發布時間：2014.05.08 新聞來源：廣東金聯宇電纜實業有限公司 瀏覽次數：

目前，變壓器故障診斷中，單靠電氣試驗方法往往很難發現某些局部故障和發熱缺陷，而通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學檢測的方法，對發現變壓器內部的某些潛伏性故障及其發展水平的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的發生速率隨溫度而變化，特定溫度下，往往有某一種氣體的產氣率會出現最大值;隨著溫度升高，產氣率最大的氣體依次為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應的關系。而局部過熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中發生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運行狀態下，由于油和固體絕緣會逐漸老化、蛻變，分解出極少量的氣體(主要包括氫、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等多種氣體)當變壓器內部發生過熱性故障、放電性故障或內部絕緣受潮時，這些氣體的含量會迅速增加。故障類型：油過熱：主要增大的――CH4C2H4主要增大的――H2C2H6油紙過熱:主要增大的――CH4C2H4COCO2主要增大的――H2C2H6油紙中局放:主要增大的――H2CH4C2H2CO主要增大的――C2H6CO2油中火花放電：主要增大的――C2H2H2油中電弧：主要增大的――H2C2H2主要增大的――CH4C2H4C2H6油紙中電弧:主要增大的――H2C2H2COCO2主要增大的――CH4C2H4C2H6受潮或油有氣泡：主要增大的――H2油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質及水平直接有關。因此在設備運行過程中，定期丈量溶解于油中的氣體成分和含量，對于及早發現充油電力設備內部存在潛伏性故障有非常重要的意義和現實的效果。電力變壓器的內部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。過熱性故障：分接開關接觸不良占、鐵芯多點接地和局部短路或漏磁環流、導線過熱和接頭不良或緊固件松動引起過熱、其余、為其他故障，如局部油道堵塞，致使局部散熱不良而造成的過熱性故障。電弧放電以繞組匝、層間絕緣擊穿為主，其次為引線斷裂或對地閃絡和分接開關飛弧等故障。火花放電罕見于套管引線對電位未固定的套管導電管、均壓圈等的放電;引線局部接觸不良或鐵芯接地片接觸不良而引起的放電;分接開關撥叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。根據色譜分析數據進行變壓器內部故障診斷時，應包括：1分析氣體發生的原因及變化。2判定有無故障及故障的類型。如過熱、電弧放電、火花放電和局部放電等。3判斷故障的狀況。如熱點溫度(322lgC2H4/C2H6+525故障回路嚴重水平以及發展趨勢等。4提出相應的處置措施。如能否繼續運行，以及運行期間的技術平安措施和監視手段，或是否需要停電檢修等。若需加強監視，則應縮短周期。1.1特征氣體變化與變壓器內部故障的關系(一)根據氣體含量變化分析判斷(1氫氣變化。變壓器在高、中溫過熱時，氫氣一般占氫烴總量的27%以下，而且隨溫度升高，H2絕對含量有所增長，但其所占比例卻相對下降。變壓器無論是熱故障還是電故障，最終都將導致絕緣介質裂解發生各種特征氣體。由于碳氫鍵之間的鍵能低，生成熱小，絕緣的分解過程中，一般總是先生成H2因此H2各種故障特征氣體的主要組成成分之一。變壓器內部進水受潮是一種內部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高。客觀上如果色譜分析發現H2含量超標，而其他成分并沒有增加時，可大致先判斷為設備含有水分，為進一步判別，可做油中微水含量分析。導致水分分解出H2有兩種可能：一是水分和鐵發生化學反應;二是高電場作用下水自身分子分解。設備受潮時固體絕緣資料含水量比油中含水量要大100多倍，而H2含量高，大多是由于油、紙絕緣內含有氣體和水分，所以在現場處置設備受潮時，僅靠采用真空濾油法不能耐久地降低設備中的含水量，原因在于真空濾油對于設備整體的水分影響不大。另外，還有一種誤判斷的情況，氣相色譜儀發生異常，因分離柱長期使用，特別是用振蕩脫氣法脫氣吸附了油，當吸附達到一定水平，便在一定條件下釋放出來，使分析發生誤差。2乙炔變化乙炔的發生與放電性故障有關，當變壓器內部發生電弧放電時，C2H2一般占總烴的20-70%H2占氫烴總量的30-90%并且在絕大多數情況下，C2H4含量高于CH4當C2H2含量占主要成分且超標時，則很可能是設備繞組短路或分接開關切換發生弧光放電所致。如果其他成分沒超標，而C2H2超標且增長速率較快，則可能是設備內部存在高能量放電故障。3甲烷和乙烯變化。過熱性故障中，當只有熱源處的絕緣油分解時，特征氣體甲烷和乙烯兩者之和一般可占總烴的80%以上，且隨著故障點溫度的升高，C2H4所占比例也增加。另外，丁腈橡膠材料在變壓器油中將可能發生大量的CH4丁腈在變壓器油中產生甲烷的實質是橡膠將本身所含的CH4釋放到油中，而不是將油催化裂介為CH4硫化丁腈橡膠在油中釋放CH4主要成分是硫化劑，其次是增塑劑、硬脂酸等含甲基的物質，而釋放量取決于硫化條件。4一氧化碳和二氧化碳變化。無論何種放電形式，除了發生氫烴類氣體外，與過熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會發生CO和CO2但從總體上來說，過熱性故障的產氣速率比放電性故障慢。變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中也只對CO含量正常值提出了參考意見：開放式變壓器CO含量的正常值一般應在300ppm以下，若總烴含量超過150ppmCO含量超越300ppm,則設備有可能存在固體絕緣過熱性故障;若CO含量雖超過300ppm但總烴含量在正常范圍，可認為正常。密封式變壓器，溶于油中的CO含量一般均高于開放式變壓器，其正常值約800ppm但在突發性絕緣擊穿故障中，COCO2含量不一定高，因此其含量變化常被人們忽視。由于COCO2氣體含量的變化反映了設備內部絕緣資料老化或故障，而固體絕緣資料決定了充油設備的壽命。因此必需重視絕緣油中COCO2含量的變化。1絕緣老化時產生的COCO2正常運行中的設備內部絕緣油和固體絕緣資料由于受到電場、熱度、濕度及氧的作用，隨運行時間而發生速度緩慢的老化現象，除發生一些非氣態的劣化產物外，還會產生少量的氧、低分子烴類氣體和碳的氧化物等，其中碳的氧化物COCO2含量最高。油中COCO2含量與設備運行年限有關，例如CO產氣速率，國外有人提出與運行年限關系的經驗公式。CO2含量變化的規律性不強，除與運行年限有關外，還與變壓器結構、絕緣資料性質、運行負荷以及油維護方式等有密切關系。

變壓器正常運行下產生的COCO2含量隨設備的運行年限的增加而上升，這種變化趨勢較緩慢，說明變壓器內固體絕緣資料逐漸老化，隨著老化水平的加劇，一方面絕緣資料強度不時降低，有被擊穿的可能;另一方面絕緣資料老化發生堆積物，降低絕緣油的性能，易造成局部過熱或其它故障。這說明設備內部絕緣資料老化發展到一定水平有可能發生劇烈變化，容易形成設備故障或損壞事故。因此在進行色譜分析判斷設備狀況時，COCO2作為固體絕緣資料有關的特征氣體，當其含量上升到一定水平或其含量變化幅度較大時，都應引起警惕，盡早將絕緣老化嚴重的設備退出運行，以防發生擊穿短路事故。2故障過熱時產生的COCO2固體絕緣資料在高能量電弧放電時產生較多的COCO2由于電弧放電的能量密度高，電應力作用下會發生高速電子流，固體絕緣資料遭受這些電子轟擊后，將受到嚴重破壞，同時，發生的大量氣體一方面會進一步降低絕緣，另一方面還含有較多的可燃氣體，因此若不及時處理，嚴重時有可能造成設備的重大損壞或爆炸事故。當設備內部發生各種過熱性故障時，由于局部溫度較高，可導致熱點附近的絕緣物發生熱分解而析出氣體，變壓器內油浸絕緣紙開始熱解時產生的主要氣體是CO2隨溫度的升高，發生的CO含量也增多，使CO與CO2比值升高，至800度時，比值可高達2.5局部過熱危害不如放電故障那樣嚴重，但從發展的后果分析，熱點可加速絕緣物的老化、分解，發生各種氣體，低溫熱點發展成為高溫熱點，附近的絕緣物被破壞，導致故障擴大。充油設備中固體絕緣受熱分解時，變壓器油中所溶解的COCO2濃度就會偏高。COCO2發生與設備內部固體絕緣資料的老化或故障有明顯的關系，反映了設備的絕緣狀況。色譜分析中，應關注COCO2含量變化情況，同時結合烴類氣體和H2含量變化進行全面分析。5氣體成分變化。由于在實際情況下，往往是多種故障類型并存，多種氣體成分同時變化，且各種特征氣體所占的比例難以確定。如當變壓器內部發生火花放電，有時總烴含量并不高;但C2H4總烴中所占的比例可達25-90%C2H2含量約占總烴的20%以下，H2占氫烴總量的30%以上。當發生局部放電時，一般總烴不高，其主要成分是H2,其次是CH4與總烴之比大于90%當放電能量密度增高時也出現C2H2但它總烴中所占的比例一般不超過2%當C2H2含量較大時，往往表示為絕緣介質內部存在嚴重的局部放電故障，同時常伴有電弧燒傷與過熱，因此會出現C2H2含量明顯增大，且占總烴較大比例的情況。應注意，不能忽視H2和CH4增長的同時，接著又出現C2H2即使未達到注意值也應給予高度重視。因為這可能存在著由低能放電發展成高能放電的危險。過熱涉及固體絕緣時，除了發生上述氣體之外，還會產生大量的CO和CO2當電氣設備內部存在接觸不良時，如分接開關接觸不良、連接局部松動、絕緣不良，特征氣體會明顯增加。逾越正常值時，一般占總烴含氣量的80%以上，隨著運行時間的增加，C2H4所占比例也增加。受潮與局部放電的特征氣體有時比較相似，也可能兩種異常現象同時存在目前僅從油中氣體分析結果還很難加以區分，而應輔助以局部放電丈量和油中微水分析等來判斷。二)根據氣體含量比值分析判斷氣體含量比值分析方法的原理是基于油和固體絕緣資料在不同的溫度、不同的放電形式下產生的氣體也不同。當總烴含量逾越正常值，計算!C2H2/C2H4比值小于0.1時為過熱性故障，大于0.1時為放電性故障。計算C2H4/C2H6比值可確定其故障性質，當比值小于1時一般為低溫過熱，比值大于1而小于3時，為中溫過熱，大于3時為高溫過熱故障。而計算CH4/H2比值可確定是純放電還是放電兼過熱故障，比值小于1為放電故障，大于1為放電兼過熱故障。電路故障和磁路故障的產氣特征有差異。如果故障在導電回路，往往產有C2H2且含量較高，C2H4/C2H6比值也較高，C2H4產氣速率往往高于CH4產氣速率。磁路故障一般無C2H2或者很少(只占氫烴總量的2%以下)而且C2H4/C2H6比值較小，一般在6以下。計算CO和CO2比值，可判斷固體絕緣中的含水量，含水量大時，CO/CO2比值小。故障溫度高且時間長時，CO/CO2比值大。而嚴重故障時，生成的CO來不及溶解而導致故障，這在CO/CO2比值上得不到反映。IEC導則推薦以CO/CO2比值作為判據，認為該比值大于0.33或小于0.99時，很可能有纖維絕緣分解故障。三)根據三比值法分析判斷基于油中溶解氣體類型與內部故障性質的對應關系，人們先后提出了多種以油中特征氣體為依據來判斷設備故障的方法。國目前普遍推廣應用的IEC推薦的三比值法。通過計算C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6將選用的5種特征氣體構成三對比值，相同的情況下將這些比值以不同的編碼表示，根據測試結果計算得出編碼，并把三對比值換算成對應的編碼組，然后查表對應得出故障類型和故障的性質，但該法所給編碼組并不全，給實際分析工作帶來諸多不便。如通過對變壓器故障案例分析得出所有編碼組與設備故障的對應關系，按三比值法，000編碼屬設備正常老化，沒有故障。而實際案例的編碼“000屬低溫故障范疇，同時，當多種故障一起發生時，三比值法也難以區分。當氣體含量或產氣速率尚未達注意值時應注意不宜應用三比值法進行判斷。應用三比值法應當注意的問題：1對油中各種氣體含量正常的變壓器，其比值沒有意義。2只有油中氣體各成分含量足夠高(通常逾越注意值)且經綜合分析確定變壓器內部存在故障后，才干進一步用三比值法分析其故障性質。如果不論變壓器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能將正常的變壓器誤判斷為故障變壓器，造成不必要的經濟損失。3由于每一種故障對應于一組比值，所以對多種故障的變壓器，可能找不到相對應的比值組合。4實際應用中可能出現沒有列入的三比值組合，對于某些組合的判斷正在研究中，如，121或122對應于某些過熱與放電同時存在情況;202或201對應于有載調壓變壓器，應考慮切換開關油室的油可能向變壓器的本體油箱滲漏的情況。5三比值法不適用于氣體繼電器里收集到氣體分析判斷故障類型。由于三比值法還未能包括和反映變壓器內部故障的所有形態，所以它還在發展及積累經驗之中，有時可結合其他一些比值判斷方法綜合分析，如一種四比值法在實際應用中也取得一定的效果。四)根據TD圖對故障發展趨勢判斷(五)根據總烴含量及產氣速率判斷絕對產氣速率能較好地反映出故障性質和發展程度，不論縱比(與歷史數據比)橫(與同類產品比)均有較好的可比性。但在實際應用中往往難以求得，因而多采用相對產氣速率分析判斷。當設備經過真空濾油脫氣后，宜及時作好絕對產氣速率的丈量，并根據有關建議利用如下判斷規范：1總烴的絕對值小于注意值、總烴產氣速率小于注意值，則變壓器正常。2總烴大于注意值、但不逾越注意值的3倍，總烴產氣速率小于注意值，則變壓器有故障，但發展緩慢，可繼續運行并注意觀察。3總烴大于注意值、但不逾越注意值的3倍，總烴產氣速率為注意值的1-2倍，則變壓器有故障，應縮短試驗周期，密切注意故障發展。4總烴大于注意值的3倍，總烴產氣速率大于注意值的3倍，則設備有嚴重故障，發展迅速，應立即采取必要的措施，有條件時可進行吊罩檢修。六)根據總烴變化趨勢(總烴隨時間的變化曲線)判斷對大量過熱性故障變壓器的色譜試驗分析結果標明，變壓器內部存在潛伏性故障時，總烴在隨時間的變化曲線上主要有兩種表現形式：一種是總烴與時間大致成正比增長關系;另一種是總烴隨時間變化沒有明顯的遞增關系，而是出現時增時減的現象。對于第一種曲線，過熱經常會從低溫逐步發展成為高溫，甚至有的迅速發展為電弧放電而造成變壓器損壞事故。因此，對這種故障應及時采取措施。對于第二種曲線，可繼續運行，但應注意監督。變壓器內部存在高能量放電性故障時，宜根據故障的發展情況來決定檢修時間。如果條件允許，近期內進行檢查、消除。如果近期內沒有條件，應縮短色譜分析周期，追蹤分析，密切注視故障的發展趨勢。故障類型屬于過熱性的變壓器，宜根據電壓等級、故障水平、故障發展速度和油中氣體的飽和水平來決定維修時間。對于500kV變壓器，只要總烴量達到注意值的2倍，常認為應停運進行檢修，這是因為500kV變壓器內部場強高;如果氣體含量大、產氣量多，油中可能發生氣泡，有被擊穿的可能性，所以不能僅以氣體飽和水平來決定維修時間。對于220kV及以下的變壓器，首先應考慮產氣速率，并且計算油中氣體的飽和水平。有時即使油中氣體沒有飽和，也應發明條件對變壓器進行檢修。油中氣體分析檢測出變壓器存在問題時，應結合其他試驗，如電氣試驗、油簡化分析試驗，以及局部放電丈量等進行綜合性分析判斷。七)特征氣體變化與變壓器內部故障的關系特征氣體變化與變壓器內部故障的關系，主要特征氣體故障類型主要特征氣體故障類型:H2高，總烴不高，CH4為總烴的主要成分，有微量C2H2--油中電暈(火花放電時總烴高)C2H2高，總烴和H2較高，C2H2位總烴的主要成分――高溫電弧放電總烴及H2較高，但C2H2位構成總烴的主要成分――高溫熱點或局部高溫過熱C2H4H2COCO2及總烴均較高――絕緣局部過熱或固體絕緣散熱不良總烴高，H2和C2H2均較高――油中裸金屬過熱并有電弧放電，固體絕緣損傷總烴不高，H2>100,CH4占總烴主要成分――局部放電發生的特征氣體罕見故障為：引線焊接不良，開關接觸不良，導線有毛刺，引線有短路，繞組匝間、層間有短路，鐵芯穿心螺桿短路或有多點接地，局部過熱等。此外，與油中溶解氣體相類似，判斷變壓器內部故障的方法，用氣體繼電器積聚的氣體來判斷。不過，只有在變壓器內部已有故障時才能判斷，而不能發現早期潛伏性故障。這種方法通常是以氣體繼電器中的氣體顏色和故障性質的關系來判斷變壓器內部故障。

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