變壓器油中溶解氣體分析的原理及方法老化，產(chǎn)生某些可燃性氣體，當(dāng)變壓器存在埋伏性故障時(shí)，其氣體產(chǎn)生量和氣體產(chǎn)生速率將漸漸明顯，人們?nèi)∽儔浩饔蜆邮褂脷庀嗌V方法獲得油中溶解的特征氣體濃度后，就可以對變壓器的故障狀況進(jìn)展分析。由于大型充油電力變壓器是一個(gè)格外簡潔的電氣設(shè)備，變壓器存在埋伏性故障時(shí)與多種因素存在耦合，特征氣體形成涉及的機(jī)理格外簡潔，這些機(jī)理及由這些機(jī)理導(dǎo)出的診斷方法對智能診斷方法有很好的借鑒意義。1變壓器油及固體絕緣的成份及氣體產(chǎn)生氣理分析SF6氣體絕緣、蒸發(fā)冷卻式氣體絕緣變壓器和干式變壓器、交聯(lián)聚油式。充油電力變壓器內(nèi)部的主要絕緣材料是變壓器油、絕緣紙和紙板等A級絕緣材料，當(dāng)運(yùn)行年限為20年左右時(shí)，最高允許的溫度為105℃左右。變壓器油中特征氣體是由變壓器油及固體絕緣產(chǎn)生的，與它們的性能存在著密切的關(guān)系。變壓器油的成份及氣體產(chǎn)生氣理變壓器油是由自然石油經(jīng)過蒸餾、精煉而獲得的一種礦物油。它是由各種碳?xì)浠衔锼M成的混合物，其中碳、氫兩元素占全部重量的95%～99%。主要的碳?xì)浠衔镉协h(huán)烷烴(50%以上)(10%～40%)和芳香烴(5%～15%)組成[9]。不同變壓器油各種成份的含量有些不同。性和介電穩(wěn)定性，黏度隨溫度的變化很小。芳香烴化學(xué)穩(wěn)定性和介電穩(wěn)定性也較好，在電場作用下不析出氣體，而且能吸取氣體；但芳香烴易燃、黏度大、凝固點(diǎn)高，且在電弧的作用下生成的碳粒較多，會降低油的電氣性能。環(huán)烷烴中的石蠟烴具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和易使油凝固，但在電場的作用下易發(fā)生電離而析出氣體，并形成樹枝狀的X蠟，影響油的導(dǎo)熱性。變壓器油在運(yùn)行中受到溫度、電場、氧氣及水分和銅、鐵等材料的催化作用會形成某些氧化物及其油泥、氫、低分子烴類氣體和固體 X蠟等，這就是絕緣油的老化和劣化作用。正常的老化和劣化狀況下，變壓器油中僅能產(chǎn)生少量的氣體，通常它們的含量在臨界值之下。即使溫度較低也會分解產(chǎn)生氣體。變壓器油是由很多不同分子量的碳烴化合物分子組成的混合物，分子中存在著CH3*、CH2*CH*等化學(xué)基團(tuán)，含有C-CC-H鍵。在電或熱的作用下使某些C-CC-H自由基，這些氫原子、自由基快速重化合生成氫氣和低分子烴類氣體。不同的鍵斷裂需要不同的能量，C-H鍵(338kJ/mol)斷裂生成氫氣，這在局部放電的狀況下就能到達(dá)。對 C-C 鍵需要較多的能量，然后快速以 C-C (607kJ/mol)、C=C鍵(720kJ/mol)和C C鍵(960kJ/mol)化合分別生成相應(yīng)的乙烷、乙烯和乙炔，需要的能量越來越高。乙炔僅在接近1000℃的時(shí)候才產(chǎn)生，滿足這種條件的只有高溫過熱和放電；甲烷在低溫下產(chǎn)生較多，主要是中高溫過熱時(shí)氣體產(chǎn)生速率大大提高了。變壓器典型的內(nèi)部故障充油電力變壓器內(nèi)部的故障模式主要是機(jī)械、熱和電三種類型，其中以后兩者為主，并且機(jī)械性故障常以熱或電故障的形式表現(xiàn)出來。人們對 359臺故障變壓器實(shí)例統(tǒng)計(jì)得知過熱性故障和高能放電故障是變壓器故障的主要類型，分別占總數(shù)的53%18.1%，其次分別是過熱兼高能放電故障、火花放電故障和受潮或局部放電故障。人們依據(jù)故障的緣由及嚴(yán)峻程度將變壓器的典型故障分為6種，各種故障類型及其可能的緣由列于表1-1。表1-1 充油電力變壓器的典型故障

故障的可能緣由由不完全浸漬、高濕度的紙、油的過飽和，或空腔造成的充氣空腔中的局部放電，并導(dǎo)致形成X蠟。不良連接形成的不同電位或懸浮電位造成的火花放電或電弧，焊處或鐵芯的閉合回路中。夾件間、套管與箱壁、線圈內(nèi)的高壓和地端的放電。木質(zhì)絕緣塊、絕緣構(gòu)件膠合處，以及繞組墊塊的沿面放電。油擊穿、選擇開關(guān)的切斷電流。局部高能量或短路造成的閃絡(luò)，沿面放電或電弧。低壓對地、接頭之間、線圈之間、套管與箱體之間、銅排與箱體之間、繞組與鐵芯之間的短路。圍繞主磁通的兩個(gè)鄰近導(dǎo)體之間的放電。鐵芯的絕緣螺絲、固定鐵芯的金屬環(huán)之間的放電。低溫過熱(<300℃) 救急狀態(tài)下變壓器超銘牌運(yùn)行、繞組中油流被堵塞、鐵軛夾件中的雜散磁通過大。中溫過熱(300℃ 螺栓連接處(特別是鋁排)滑動接觸面、選擇開關(guān)內(nèi)的接觸面，<t<700℃)高溫過熱(t>700℃)

以及套管引線和電纜的連接接觸不良。的電流，鐵芯疊片之間的短路。氣體歸納于表1-2中?；谟椭腥芙鈿怏w分析的故障診斷方法表1-2 充油電力變壓器不同故障類型時(shí)產(chǎn)生的氣體油過熱主要?dú)怏w組分次要?dú)怏w組分CH、CH42 4H、CH22 6油和紙過熱CH、CH、CO、CO42 42H、CH22 6油中火花放電油中電弧H、CH、CO24CH、CH、CO2 22 62H、CH22 2H、CH22 2CH、CH、CH42 42 6油和紙中電弧H、CH、CO、CO22 22CH、CH、CH42 42 6充油電力變壓器在長期的運(yùn)行過程中受到電或熱的作用會老化和劣化，產(chǎn)生少量的氣體。當(dāng)變壓器存在熱或電故障時(shí)，產(chǎn)生氣體的速度要加快，如果產(chǎn)生的氣體導(dǎo)致油中溶解氣體飽和，氣體就會進(jìn)入氣體繼電器，導(dǎo)致變壓器報(bào)警。人們將變壓器油中溶解氣體中對推斷變壓器故障有價(jià)值的 7種氣體即氫氣(H2)(CH4)(C2H6)(C2H4)(C2H2)(CO)、二氧化碳(CO2)稱為特征氣體，把甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的總和稱為總烴。推斷變壓器是否有故障的方法推斷變壓器是否有故障的方法有依據(jù)氣體濃度推斷變壓器是否故障的斷變壓器是否故障的方法。依據(jù)氣體濃度推斷變壓器是否故障的方法正常運(yùn)行狀況下，充油電力變壓器在受到電和熱的作用會產(chǎn)生一些氫分子烴類氣體及碳的化合物。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)氣體產(chǎn)生速度要加以依據(jù)氣體的濃度可以在確定程度上推斷變壓器是否發(fā)生故障，人們總結(jié)的變壓器運(yùn)行過程中氣體濃度的留意值如表 1-3所示。表1-3 變壓器投運(yùn)前后氣體濃度的留意值(μL/L)依據(jù)產(chǎn)氣速率推斷變壓器是否故障的方法產(chǎn)氣速率較快，所以應(yīng)當(dāng)考慮用產(chǎn)氣速率來推斷變壓器是否處于故障狀態(tài)。產(chǎn)氣速率分為確定產(chǎn)氣速率和相對產(chǎn)氣速率。確定產(chǎn)氣速率是每運(yùn)行日產(chǎn)生某種氣體的平均值，即v CliCeim (2-1)a t pva

是確定產(chǎn)氣速率，單位為mL/dCli

是其次次取樣測得油中某種氣μL/LCei

是第一次取樣測得油中某種氣體濃度，單位為μ組分H2CH2 2總烴投運(yùn)時(shí)間出廠和投運(yùn)<100<20運(yùn)行中1501150L/Lt是取樣間隔中實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間，單位為d；組分H2CH2 2總烴投運(yùn)時(shí)間出廠和投運(yùn)<100<20運(yùn)行中1501150氣體組分1-4確定產(chǎn)氣速率留意值開放式(mL/d)隔膜式總烴612乙炔0.10.2氫氣510一氧化碳50100二氧化碳100200相對產(chǎn)氣速率是折算到月的某種氣體濃度增加量占原有值百分?jǐn)?shù)的平均值，按下式計(jì)算。

C C 1v li eir Cei

t100 (2-2)式中，v 是相對產(chǎn)氣速率，單位為%/m；C是其次次取樣測得油中某氣體濃r li度，單位為μL/L；C 是第一次取樣測得油中某氣體濃度，單位為μL/L；tei是取樣間隔中實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間，單位為m。當(dāng)總烴的相對產(chǎn)氣速率大于10%時(shí)就應(yīng)當(dāng)引起留意，對總烴起始值很低的變壓器不宜承受此判據(jù)。絕緣材料的體積及其老化程度，應(yīng)結(jié)合這些狀況進(jìn)展綜合分析。推斷設(shè)備狀況時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮到呼吸系統(tǒng)對氣體的逸散作用。推斷變壓器故障類型的方法壓器所屬的故障類型了。推斷變壓器故障類型的方法主要有特征氣體法和比值法，比值法又包括有編碼的比值法和無編碼的比值法，有編碼的比值法包IEC三比值法等。特征氣體法征氣體法就是依據(jù)油中各種特征氣體濃度來推斷變壓器故障類型的一種方法，特征氣體法對故障性質(zhì)有較強(qiáng)的針對性，比較直觀、便利，缺點(diǎn)是沒有1-5描述了特征氣體與變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系。表1-5 特征氣體濃度與變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系故障性質(zhì)故障性質(zhì)一般過熱性故障嚴(yán)峻過熱性故障特征氣體的特點(diǎn)CH<5μL/L2 2CH>5μL/LCHH含2 22 2量較高2局部放電總烴不高，H>100μL/L，CH占總烴的主要成份24火花放電CH>10μL/L，H較高2 22電弧放電CHH含量高2 22IEC三比值法IEC三比值法最早是由國際電工委員會(IEC)在熱力動力學(xué)原理和實(shí)踐《變壓器油中溶解氣體分析和推斷導(dǎo)則》推舉的就是改進(jìn)的三比值法。其原理是依據(jù)充油電氣設(shè)備內(nèi)油、紙編碼組合故障類型推斷編碼組合故障類型推斷5種氣體中選擇兩種溶解度和集中系數(shù)相近的氣體組分組成三比照值，以不表1-9和表1-10三比值法原理簡潔、計(jì)算簡便且有較高的準(zhǔn)確率，在現(xiàn)場有著廣泛的應(yīng)用。三比值法中各種氣體針對的是變壓器本體內(nèi)的油樣，對氣體繼電器中的屬度、對故障狀態(tài)反映不全面。1-6三比值法的編碼規(guī)章氣體比值范圍氣體比值范圍比值范圍編碼CH/CHCH/HCH/CH<0.1>=0.1～<1>=1～<3>=32 2 2 401124 210222 4 2 600121-7故障類型推斷方法CH/CH2 2 2 40CH/H4 20CH/CH2 4 2 61低溫過熱(150度)20低溫過熱(150度～300度)21中溫過熱(300度～700度)0，1，22高溫過熱(700度)10局部放電20，120，1，20，1，2低能放電低能放電兼過熱10，120，1，20，1，2電弧放電電弧放電兼過熱無編碼的比值法三比值方法存在著找不到對應(yīng)故障類型的狀況，而且推斷方法相對復(fù)雜。學(xué)者杜樣在10年中通過對國內(nèi)外大量變壓器故障實(shí)例的分析和爭論，碼缺少，有的故障用三比值法無法診斷的問題。無編碼比值法故障診斷方法如表1-8所示。表1-8無編碼比值故障診斷方法故障性質(zhì)低溫過熱<300℃CH/CH2 2 2 4<0.1CH/CH2 4 2 6<1CH/H4無關(guān)中溫過熱300℃～700℃<0.11<比值<3無關(guān)高溫過熱>700℃<0.1>3無關(guān)高能放電0.1<比值<3無關(guān)<1高能放電兼過熱0.1<比值<3無關(guān)>1低能放電>3無關(guān)<1低能放電兼過熱>3無關(guān)>1〔4〕油中微水測試22油中的氣體產(chǎn)物與變壓器發(fā)生局部放電時(shí)的產(chǎn)物是很接近的，同時(shí)溶解于油中的水可能會產(chǎn)生局部放電，所以變壓器進(jìn)水與發(fā)生局部放電很難區(qū)分?？梢酝ㄟ^油中微水測試來判別，當(dāng)使用特征氣體法或比值法推斷變壓器屬于局部放電，且變壓器油中微水含量很高，就有理由疑心變壓器進(jìn)水受潮了。4具體事例2023年我們在對變壓器進(jìn)展周期試驗(yàn)時(shí)覺察我局的古城變電站 2＃主變乙炔超過留意值，現(xiàn)將統(tǒng)計(jì)結(jié)果列表如下：日期CH4C日期CH4CH24CH26CH22H2COCO2總烴2023.12.26周期9.213.099.84023.04－－32.132023.7.25周42.318.620.3212.490－1009993.622023.7.27期跟20.811.311.010.1843384350253.28蹤2023.8.13跟21.6714.8818.3111.7538450683566.612023.8.30蹤跟22.416.511.312.2553.78475900362.452023.10.8蹤跟20.811.29.229.8072－－51.022023.10.22蹤跟10.3314.36.114.948.6－－45.62023.11.10蹤跟22.814.011.81846469751666.6蹤2023.11.14 跟 24.3 16.1 15.8 20.0 14 536 8457 76.2蹤2023725日周期覺察乙炔為12.4ul/L超過留意值，經(jīng)過跟蹤分析覺察兩天后727日乙炔為10.18ul/L，813日乙炔為11.75ul/L，8月3012.25ul/L1089.80ul/L102214.9ul/L，1110日乙炔為18ul/L1114