第六章变压器的故障气体与检测课件

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,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,*,第六章 变压器的故障气体与检测,第一节 变压器内的故障气体,第二节 变压器油的气相色谱分析,第六章 变压器的故障气体与检测第一节 变压器内的故障气体,1,第一节 变压器内的故障气体,一、正常气体的产生,绝缘材料析出的气体,绝缘材料的老化,第一节 变压器内的故障气体,2,二、故障气体的产生,1.,过热故障,故障的类型,轻微过热故障源温度700,产生故障的原因,接点与接触不良,导体故障,磁路故障,二、故障气体的产生,3,过热性故障的产气特征,裸金属过热性故障,变压器油裂解产生的气体,主要是低分子的烃类,其中以甲烷、乙烯为主,一般二者之和占总烃的80%以上。,涉及固体绝缘材料的过热性故障,除了引起变压器油裂解产生低分子烃类气体以外,由于固体绝缘材料的裂解,还产生较多的CO和CO,2,气体,且随着温度的升高CO/CO,2,比值增大。,CO和CO,2,气体含量的高低是反映过热性故障是否涉及绝缘及故障能量高低的重要指标。,过热性故障的产气特征,4,2.放电,故障,高能量放电电弧放电,产生故障的原因,引起电弧放电故障的原因,通常是线圈匝间绝缘击穿、过电压引起内部闪络、引线断裂引起电弧、分接开关飞弧和电容屏击穿等。,产气特征,这类故障的产气特征是乙炔、氢气的含量较高,其次是乙烯和甲烷。由于故障能量大,总烃含量很高。若高能量放电故障涉及到固体绝缘材料,则瓦斯气体和油的溶解气体中,除乙炔特征气体含量较高外,一氧化碳的含量也很大。,2.放电故障,5,低能量放电,火花放电,产生故障的原因,如铁芯钢片之间、铁芯接地不良造成的悬浮电位放电;分接开关拔叉悬浮电位放电;电流互感器内部引线对外壳放电;一次线圈支持螺帽松动,造成线圈屏蔽铝箔悬浮电位放电等。,产气特征,火花放电产生的主要气体成份是乙炔和氢气,其次是甲烷和乙烯,但由于故障能量低,总烃含量不高。,低能量放电火花放电,6,局部放电,产生故障的原因,局部放电是指液体和固体绝缘材料内部形成桥路的一种放电现象。一般可分为气隙性和气泡性两类局部放电。在电流互感器和电容套管故障中,这类放电比例较大。设备受潮、制造工艺不良和安装维护质量差都会造成局部放电隐患。,产气特征,局部放电常发生在油浸纸绝缘中的气体空穴内或悬浮带电体的空间内。局部放电产生的气体主要是氢气,其次是甲烷。当放电能量高时,会产生少量乙炔。,在故障检查分析时,若在绝缘纸表面看到有明显可见的蜡状物或放电痕迹,通常都认为是局部放电引起的。,局部放电,7,无论哪种放电,只要涉及到固体绝缘材料,都会使油中的一氧化碳和二氧化碳的含量明显增加。,变压器油的组成对产气故障特征也有一定的影响。如在同样的电场作用下,含芳香烃较少的油容易析出氢气和甲烷;而芳香烃含量相对较高的油中,则产生的氢气和甲烷数量相对较少。,无论哪种放电,只要涉及到固体绝缘材料,都会使油中的一氧化碳和,8,3.受潮,充油电气设备内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障,严重时会造成设备的绝缘损坏事故。,当设备内部进水受潮时,油中的水分和杂质易形成导电“小桥”,发生水分电解而产生氢气;若固体绝缘含水量较高且内部存在气隙,则易引起局部放电而产生氢气。另外,在电场作用下,水与铁发生化学反应,也能产生大量的氢气。,2Fe+3H,2,OFe,2,O,3,+3H,2,总之,充油电气设备油中溶解气体组分中氢气含量很高,而其他组分很低,是设备绝缘受潮的标志和特征。,3.受潮,9,不同故障类型产生的气体,故 障 类 型,主要气体组分,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,注:进水受潮或油中气泡可能使氢含量升高,不同故障类型产生的气体 故 障 类 型主要气体,10,三、变压器油产生故障气体的机理,1.链引发,2.链发展,HC,n,H,2n+2,H,2,+C,n,H,2n+1,CH,3,C,n,H,2n+2,CH,4,+C,n,H,2n+1,3.链终止,C,2,H,5,C,n,H,2n+1,C,2,H,4,+C,n,H,2n+2,2C,n,H,2n+1,C,n,H,2n,+C,n,H,2n+2,三、变压器油产生故障气体的机理,11,五、气体在油中的溶解与扩散,1气体在油中的溶解度,气体在油中的溶解度符合亨利定理和气体分压定理。,C,0i,=K,i,P,gi,式中,C,0i,某气体组分i在油中的浓度;,K,i,该气体组分的溶解系数(表6-4);,P,gi,该气体组分在油面上的分压。,五、气体在油中的溶解与扩散,12,2气体在油中的扩散与交换,正常运行的变压器油中往往会溶解一部分“正常气体”,当故障气体产生后,将逐步向油中扩散,溶解度较大的故障气体组分,会将原来油中溶解度较小的气体组分(氢气、空气等)从油中“挤”出来,并与油中未溶解的气体混合。由此反复交换,若油-气接触时间较长,可使所有气体组分达到饱和状态。这种交换作用从故障气体与油接触开始,到气体从油面或瓦斯继电器中析出为止的整个过程中均在进行,由此造成了油中溶解气体与油面上析出气体的组分和含量有所不同。,2气体在油中的扩散与交换,13,第二节 变压器油的气相色谱分析,一、概述,在变压器运行过程中,定期做油的色谱分析,能尽早发现设备内部的潜伏性故障,以避免设备发生故障或事故损失。,在电气试验中,通过气相色谱分析绝缘油中溶解气体,能尽早的发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障,是绝缘监督的一种重要手段。,第二节 变压器油的气相色谱分析一、概述,14,二、油中溶解气体分析,1.取样,溢流法取样,二、油中溶解气体分析,15,注射器取样,注射器取样,16,2.脱气,2.脱气,17,3.色谱分析,3.色谱分析,18,三、变压器内异常情况的判断,三、变压器内异常情况的判断,19,1.“导则”中的注意值,(1)出厂和新投运的设备的气体含量,1.“导则”中的注意值,20,(2)运行设备的注意值,(2)运行设备的注意值,21,(3)注意值的应用。,在判断设备是否有故障时,一般首先将分析结果与“导则”中规定的注意值进行比较,(3)注意值的应用。,22,2 考察产气速率,根据一次油中溶解气体分析结果的绝对值,难以判断设备是否有潜伏性故障,更难以判断其严重程度。因此,必须对设备进行跟踪分析,考察故障的发展趋势,估算产气速率。,产气速率有绝对产气速率和相对产气速率之分。,2 考察产气速率,23,1)绝对产气速率,即每运行日产生某种气体的平均值,按下式计算:,1)绝对产气速率,即每运行日产生某种气体的平均值,按下式计,24,绝对产气速率的注意值,气体组分,开放式,隔膜式,总烃,6,12,乙炔,0.1,0.2,氢,5,10,一氧化碳,50,100,二氧化碳,100,200,注:当产气速率达到注意值时,应缩短检测周期,进行追踪分析。,绝对产气速率的注意值气体组分开放式隔膜式总烃612乙炔0.,25,2)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,按下式计算,:,式中:,r,相对产气速率,%/月;,C,i,2,第二次取样测得油中某气体浓度,L/L;,C,i,1,第一次取样测得油中某气体浓度,L/L;,t二次取样时间间隔中的实际运行时间,月。,相对产气速率也可以用来判断充油电气设备内部的状况。总烃的相对产气速率大于10%时,应引起注意。对总烃起始含量很低的设备,不宜采用此判据。,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,26,3.熟悉设备的历史和变化情况,3.熟悉设备的历史和变化情况,27,四、故障类型的判断,1.IEC三比值法,四、故障类型的判断,28,第六章变压器的故障气体与检测课件,29,表6-11 编码规则,气体,比值范围,比值范围的编码,C,2,H,2,/C,2,H,4,CH,4,/H,2,C,2,H,4,/C,2,H,6,0.1,0,1,0,0.11,1,0,0,13,1,2,1,3,2,2,2,2.三比值法(改良电协法),表6-11 编码规则气体比值范围的编码C2H2/C2H4C,30,表6-12 故障类型判断方法,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(150300),分接开关接触不良,引线夹件螺丝松动或接头焯接不良,涡流引起铜过热,铁心漏磁,局部短路,层间绝缘不良,铁心多点接地等,2,1,中温过热(300700),0,1,2,2,高温过热(高于700),1,0,局部放电,高温度、高含气量引起油中低能量密度的局部放电,1,0,1,0,1,2,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,2,0,1,0,1,2,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、引线对箱壳放电、线圈熔断、分接开关飞弧、因环路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等,表6-12 故障类型判断方法编码组合故障类型故障实例C2H,31,使用三比值法应注意的问题,:,引用三比值时的条件:,只有根据气体各组分含量的注意值或气体增长率的注意值有理由判断设备可能存在故障时,气体比值才是有效的,并应予计算。对气体含量正常,且无增长趋势的设备,比值没有意义。,由于溶解气体分析本身存在的试验误差,导致气体比值也存在某些不确定性。,注意设备油中气体组分含量的起始值。,注意运行中三比值的变化情况,注意设备的结构,注意设备的运行情况,使用三比值法应注意的问题:,32,第六章变压器的故障气体与检测课件,33,4.特征气体法,4.特征气体法,34,4.对一氧化碳和二氧化碳的判断,当故障涉及到固体绝缘时,会引起CO和CO,2,含量的明显增长。,开放式变压器溶解空气的饱和量为10%,设备里可以含有来自空气中的300L/L的CO,2,。在密封设备里,空气也可能经泄漏而进入设备油中,这样,油中的CO,2,浓度将以空气的比率存在。经验证明,当怀疑设备固体绝缘材料老化时,一般CO,2,/CO7。当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时(高于200),可能CO,2,/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。,4.对一氧化碳和二氧化碳的判断,35,5.判断故障类型的其它方法,1)比值O,2,/N,2,一般在油中都溶解有O,2,和N,2,,这是油在开放式设备的储油罐中与空气作用的结果,或密封设备泄漏的结果。在设备里,考虑到O,2,和N,2,的相对溶解度,油中O,2,/N,2,的比值反映空气的组成,接近0.5。运行中,由于油的氧化或纸的老化,这个比值可能降低,因为O,2,的消耗比扩散更迅速。负荷和保护系统也可影响这个比值。但当O,2,/N,2,0.3时,一般认为是出现氧被极度消耗的迹象。,5.判断故障类型的其它方法,36,2)比值C,2,H,2,/H,2,主油箱中C,2,H,2,/H,2,2,认为是有载调压污染的迹象。这种情况可利用比较主油箱和储油罐的油中溶解气体浓度来确定。气体比值和乙炔浓度值依赖于有载调压的操作次数和产生污染的方式(通过油或气)。,2)比值C2H2/H2,37,3)气体比值的图示法,利用气体的三对比值,在立体坐标图上建立的立体图示法可方便地直观不同类型故障的发展趋势。利用
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