专题-变压器油中溶解气体色谱分析和故障诊断

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,变压器油中溶解,气体分析,和,故障诊断,华北电力科学研究,院有限责任公司,2011,年,2,月,1,、故障类型,过热性故障,按温度高低分为：,低温过热,(150,以下,),、中低温过热,(150,300),、中温过热,(300,700),和高温过热,(700,以上,),150,以下的低温过热通常是由应急性过负荷造成绝缘导线过热引起的,150,以上的中低温、中温、高温过热的表现形式是局部过热现象，主要发生的部位是在分接开关触头间接触不良、铁心存在两点或多点接地、载流裸电导体的连接或焊接不良、铁心片间短路、铁心被异物短路、紧固件松动、漏磁环流集中部位、冷却油道阻塞部位等。,按过热部位分为：,裸金属过热和固体绝缘过热两类,2,放电性故障,电弧放电：,多发生在线圈匝间、层间和段间的绝缘击穿、引线断裂、对地闪络、分接开关飞弧等部位。电弧放电属于较严重的放电现象，这种放电现象大多非常突然，表现剧烈，多引起气体继电器的动作发跳闸信号。,火花放电：,多出现在引线及导线连接处、引线接触,(,包括开关弧触头,),不良处、悬浮导体对地间、铁心接地不良处等裸金属部位。火花放电属于中等放电现象。这种放电主要特点是间歇性放电，在较长时间内不断发生，会频繁引起气体继电器的产气报警。,局部放电：,多发生在油中气泡、气隙，绝缘件的夹层、空穴处，悬浮金属导体周围、强电场中导电体和接地处金属部件尖角部位、强电场中受潮的绝缘体内。局部放电的主要特点是低能量、低密度，外部表现不明显，但作用时间长，,H,2,、,CH,4,等特征气体会持续增长，因此通过油色谱分析可以有效地诊断局部放电故障。,3,特征气体,首先要看看特征气体的含量。,若,H,2,、,C,2,H,2,或总烃有一项或几项大于规程规定阈值（如下表），应根据特征气体含量作大致判断。,4,2,、故障诊断方法,设备,气体组分,含量,330kv,及以上,220kv,及以下,变压器（电抗器）,总烃,150,150,乙炔,1,5,氢,150,150,变压器（电抗器）油中溶解气体含量的注意（,L/L,）,过热性故障的产气组分：,热性故障,(,以中、高过热为主,),主要是以烃类气体中的,C2H4,为主，还有,CH4,和,C2H6,，而且随着温度的升高，,C2H4,所占比例增加并占主要成分，通常生成,C2H4,的温度是,500,。因此，总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很少或无，则是过热的特征。,放电性故障的产气组分：,对电弧放电和火花放电而言，放电能量较高，温度较高,(,一般在,8001200),，所以电弧放电和火花放电的产气主要是,C2H2,；局部放电能量较低，产气主要是,H2,、,CH4,。,5,故障类型,主要气体组份,次要气体组分,油过热,CH,4,C,2,H,4,H,2,C,2,H,6,油和纸过热,CH,4,C,2,H,4,CO,CO,2,H,2,C,2,H,6,油纸绝缘中局部放电,H,2,CH,4,CO,C,2,H,2,C,2,H,6,CO,2,油中火花放电,H,2,C,2,H,2,油中电弧,H,2,C,2,H,2,CH,4,C,2,H,4,C,2,H,6,油和纸中电弧,H,2,C,2,H,2,CO,CO,2,CH,4,C,2,H,4,C,2,H,6,不同故障情况产生的主要和次要气体组分,无论是过热性故障还是放电性故障，只要有固体绝缘介入,(,故障部位有纸质绝缘材料包缚,),都会产生,CO,和,CO2,，裸金属部位过热和放电所产生的,CO,和,CO2,很少甚至没有。所以如果,CO,和,CO2,没有出现大幅增长，则可排除固体绝缘异常的可能。,如果发现,CO,和,CO2,增长较快，不能简单认为存在固体绝缘缺陷，应具体分析。固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解，表现在,CO,和,CO2,的含量上，一般没有严格的界限，规律也不明显。经验证明，当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般,CO2/CO7,。当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时（高于,200,），可能,CO2/CO3,，必要时，应从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定故障是否涉及到了固体绝缘。,变压器内部受潮，主要产气成分为,H2,；如果因受潮发生了局部放电，也会产生,CH4,。,6,产气速率,主要方法：,（,1,）绝对产气速率，即每运行日产生某种气体平均值,（,2,）相对产气速率，即每运行月（或折算到月）某种气体含量增加原有值的百分数的平均值,当某一项或几项气体的产气速率超过注意值时，则怀疑设备存在故障，应结合不同故障类型产生的特征气体进行分析。,对总烃起始含量很低的设备，不宜采用此判据。,对怀疑气体含量有缓慢增长趋势的设备，使用在线监测仪随时监视设备的气体增长情况是有益的，以便监视故障发展趋势。,7,三比值法,所谓,IEC,三比值法实际上是罗杰斯比值法的一种改进方法。通过计算,C2H2,C2H4,、,CH4,H2,和,C2H4,C2H6,的值，构成三对比值，对应不同的编码，分别对应经统计得出的不同故障类型。,应注意的问题：,（,1,）若油中各种气体含量正常，其比值没有意义。,（,2,）只有油中气体各成分含量足够高,(,通常超过阈值,),，气体成分浓度应不小于分析方法灵敏度极限值的,10,倍，且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一步用三比值法分析其故障性质。,8,9,编码组合,故障类型判断,故障实例（参考）,C,2,H,2,/C,2,H,4,CH,4,/H,2,C,2,H,4,/C,2,H,6,0,0,1,低温过热（低于,150,）,绝缘导线过热，注意,CO,和,CO,2,的含量以及,CO,2,/CO,值,2,0,低温过热（,150,300,）,分接开关接触不良，引起夹件螺丝松动或接头焊接不良，涡流引起铜过热，铁芯漏磁，局部短路，层间绝缘不良，铁芯多点,接地,2,1,中温过热（,300,700,）,0,，,1,，,2,2,高温过热（高于,700,）,1,0,局部放电,高湿度，高含气量引起油中低能量密度的局部放电,2,0,，,1,0,，,1,，,2,低能放电,引线对电位未固定的部件之间连续火花放电，分接抽头引线和油隙闪络，不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电,2,0,，,1,，,2,低能放电兼过热,1,0,，,1,0,，,1,，,2,电弧放电,线圈匝间、层间短路，相间闪络、分接头引线间油隙闪络、引起对箱壳放电、线圈熔断、分接开关飞弧、因环路电流引起对其他接地体放电等,应用三比值法对故障类型的判断,综合判断,除了以上几种方法，还可以结合其他一些方法和手段辅助诊断，例如比值,O2/N2,可以给出氧被消耗的情况；比值,C2H2/H2,可以给出有载调压污染的情况；在气体继电器中聚集有游离气体时，通过判断游离气体与溶解气体是否处于平衡状态，进而可以判断故障的持续时间和气泡上升的距离。,查阅资料了解设备的结构设计特点。,核对设备的运行检修历史，例如历史缺陷和消缺情况、遭受短路冲击情况、大小修情况、负荷变化情况等等。,有条件可开展其他试验，例如，如测量绕组直流电阻、变压器空载特性试验、绝缘测量、局部放电试验、测量铁心接地电流、辅助设备检查和理化微水分析。,根据以上所有方法和资料的结果，进行综合判断。,10,出厂前的设备,对新出厂和新投运的变压器和电抗器要求为：出厂试验前后的两次试验结果，以及投运前后的两次分析结果不应有明显区别。此外，气体含量应符合国标要求。,注意积累数据。当根据试验结果怀疑有故障时，应结合其他检查性试验进行综合判断。,11,3,、故障诊断步骤,运行中的设备,（,1,）将试验结果的几项主要指标与油中溶解气体含量注意值作比较，同时与产气速率注意值作比较。短期内各种气体含量迅速增加，但尚未超过注意值，也可判断内部有异常状况；有的设备因某种原因使气体含量基值较高，超过注意值，但增长率低于表,9,产气速率的注意值，仍可认为是正常设备。,（,2,）当认为设备内部存在故障时，可用上述方法对故障类型进行初步判断。,（,3,）在气体继电器内出现气体的情况下，应将继电器内气样的分析结果按国标要求进行判断。,（,4,）根据上述结果以及其他检查性试验的结果，并结合该设备的结构、运行、检修等情况进行综合分析，判断故障的性质及部位。,（,5,）根据具体情况对设备采取不同的处理措施（如缩短试验周期、加强监视、限制负荷，近期安排内部检查，立即停止运行，吊罩检查，返厂检修等）。,12,实践证明，多数情况下，可以依靠色谱分析对设备缺陷、故障的初步定性，综合评估也要结合色谱分析结果。色谱分析能够判断出许多高压试验无法发现的缺陷和潜在故障。,油色谱分析手段的灵敏、便利、和准确，在变压器状态评估中发挥着关键性的作用，对变压器乃至发电厂、电网的安全经济运行都能起到良好的监督作用。,13,4,、结语,