电力传感与检测技术课程论文
变压器油中溶解气体的监测与诊断
授课老师 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 导师姓名
徐沪萍 自动化学院 电力电子与电力传动 自研A1101班
吴明 1049721103526
张素文
2012年1月
变压器油中溶解气体的监测与诊断
内容提要: 本文介绍了变压器油中溶解气体的监测与诊断方法，着重讲述了
色谱分析法的原理和运行过程，及其为了实现实时监测与诊断进行的改进，并引入一些先进的技术，从而达到目的。
关键字：变压器 油 气体 监测
The Detection and Diagnosis of the Gases Dissolved in the Oil of the
Transformer
Abstract: this paper has introduced the methods of the detection and diagnosis of
the gases dissolved in the oil of the transformer, emphasizing on the stating the chromatography and the process, declaring the measures we take to realize Real-time monitoring and diagnosis and draw into some advanced technology to make it happen.
Keywords: transformer oil gas detection
引言
电气设备是组成电力系统的基本元件，是保证供电可靠性的基础。无论是大型关键设备如发电机、变压器，还是小型设备如电力电容器、绝缘子等，一旦失效，必将引起局部甚至全部地区的停电。
我国在这么多年的电力建设中，通过经验和大量的资料数据表明，导致电力设备失效瘫痪的大部分原因都是其绝缘性的改变，绝缘性减弱到一定程度会发生放电导致短路，出现故障。而电力故障会造成大巨大的经济损失,按我国权威部门指出的直接损失、间接损失和社会损失的比例为1:4:6，有时也会产生人员伤亡，这都是我们不想看到的，而以前采取定期进行绝缘预防性试验，这可以防止故障的发生，但是其本身具有一定的局限性，现在比较先进的电网系统都采取了在线监测与状态维修，这种新兴的技术是十分必要和有效的。今天我们就从其中一个方面，对变压器油中溶解的气体进行监测与诊断来判断变压器的工作状态和绝缘性，从而加深对在线监测与状态维修的理解。
1 油中气体的产生和溶解
变压器的绝缘结构一般是由液体油来组成，当设备内部发生热故障、放电型故障或者油老化时，会产生多种气体，气体溶解于油里面，不同了类型的气体机
器浓度可以反映不同类型的故障。
表1 不同故障类型产生的气体组分
故障类型 主要气体成分 次要气体成分 油过热 CH4，C2H2 H2,C2H6 油和纸过热 CH4,C2H4,CO,CO2 H2,C2H6 油纸绝缘中局部放电 H2,CH4，,C2H2,CO C2H6,CO2 油中火花放电 C2H2,H2
油中电弧 H2,C2H2 CH4,,C2H4,C2H6 油和纸中电弧 H2,C2H2,CO,CO2 CH4,C2H4,C2H6
1.2气体的其他来源
在某些有些气体可能情况下，不是设备故障造成的，例如油中含有水，可以与铁作用生成氢气，过热的铁心层间油膜裂解也生成氢。新的不锈部件中也可能在钢加工过程中或焊接时吸附氢而又慢慢释放到油中。特别是在温度较高，油中溶解有氧时，设备中某些油漆(醇酸树脂)，在某些不锈钢的催化下，甚至可能生成大量的氢。某些改型的聚酞亚胺型的绝缘材料也可生成某些气体而溶解于油中。油在阳光照射下也可以生成某些气体。设备检修时暴露在空气中的油可吸收空气中的C02等。这时，如果不真空注油，油中CO2的含量则与周围环境的空气有关。
另外，某些操作也可生成故障气体，例如:有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器主油箱渗漏，或极性开关在某个位置动作时，悬浮电位放电的影响;设备曾经有过故障，而故障排除后绝缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍留在油中，或留在经油浸渍的固体绝缘中;设备油箱带油补焊;原注入的油就含有某些气体等。
这些气体的存在一般不影响设备的正常运行。但当利用气体分析结果确定设备内部是否存在故障及其严重程度时，要注意加以区分。
2不同状态下油中气体的含量
2.1正常运行的变压器油中气体含量
正常运行的变压器油中，溶解气体主要是氧气和氮气。在开放式变压器中，油中气体总含量约为油体积的10%，其中氧气为20%-30%. 氮气为70%-80%。由于某些非故障原因，例如制造和试验过程中产生的少量气体溶于油中或为材料吸附后在运行中释放出来，正常的劣化产生少量的气体等，也能使投运前和正常运行的变压器油中含有一定量的故障特征气体。
2.2少油设备油中溶解气体含量
少油设备指互感器和套管，其特点是体积小而油量少，场强更集中，外壳是瓷壳，所以当内部存在气体时，容易导致设备爆炸等恶性事故发生。
由于真空处理工艺的不完善，使互感器中含气量可达到油体积的6%左右，于是在制造、试验过程中，由于热、电应力的作用，使绝缘材料分解产生的氢、烃类气体吸附于纤维材料中。一般绝缘层较厚，吸附的气体完全释放于油中的时间较长。在出厂试验时，油和纸中的气体尚未达到溶解平衡。所以分析结果中含气量较低。而到达现场验收交接试验时，由于吸附的气体更多地释放出来，使现场分析值.尤其是H2 ，CO ,CO2含量明显增高，而在运行后，由于逸散损失，正常运行的互感器的H2含量与投运前相比则无明显增长，甚至还有下降趋势。
2.3变压器内部故障与油中气体含量关系
变压器内部故障模式主要是机械故障、热故障和电故障三种类型，以后两种为主，并且机械性故障常以热故障或电故障的形式表现出来。湖北省对359合故障变压器的故障类型进行统计，结果如表2所示。
表2 变压器故障类型统计
故障类型 台次 比率/% 故障类型 台次 比率/% 过热性能故障 226 63 高能量放电故障65 18.1 过热兼高能放电故障 36 10.0 火花放电故障 25 7.0 受潮或局部放电 7 1.9 2.3.1过热性故障 过热性故障是由于热应力所造成的绝缘加速劣化，具有中等水平的能量密度。过热故障的原因中，由于分接开关接触不良而引起的占50%，铁心多点接地和局部短路或漏磁环流而引起的占33%，导线过热和接头不良或紧周件松动引起的占14.4%，局部油道堵塞造成局部散热不良引起的约占2.6%。 当热应力只引起热源处绝缘油分解时，所产生的特征气体主要是CH4和C2H4，它们的总和占总烃的80%，且C2H4,所占比例随着故障点温度的升高而增加。例如78台高温过热故障变压器的C2H4占总烃的比例平均为62，5%，其次是C2H6和H2 。据统计，C2H6一般低于总烃的20%. 2.3.2电性故障
电性故障是由于高电应力作用而造成绝缘劣化，按能量密度不同可分为以下几种故障类型。