变压器油故障及油中溶解气体分析教学

1、变压器油故障及油中溶解气体分析变压器故障变压器故障油色谱分析油色谱分析o 第一节：三比值法的基本第一节：三比值法的基本 原理及方法原理及方法 引言引言 大量的大量的实践证明实践证明，采用特征气体，采用特征气体法结合可燃气体含量法，可做出对法结合可燃气体含量法，可做出对故障性质的判断，但还必须找出故故障性质的判断，但还必须找出故障产气组分含量的相对比值与故障障产气组分含量的相对比值与故障点温度或电场力的依赖关系及其变点温度或电场力的依赖关系及其变化规律。化规律。 为此，人们在用特征气体法等进行充为此，人们在用特征气体法等进行充油电气设备故障诊断的过程中，经不油电气设备故障诊断的过程中，经不断的总

2、结和改良，国际电工委员会（断的总结和改良，国际电工委员会（IECIEC）在热力动力学原理和实践的基）在热力动力学原理和实践的基础上，相继推荐了三比值法和改良的础上，相继推荐了三比值法和改良的三比值法。我国现行的三比值法。我国现行的DL/T722-DL/T722-20002000导则导则推荐的也是改良的三推荐的也是改良的三比值法。比值法。 引言引言 一、三比值法的原理一、三比值法的原理三比值法的原理三比值法的原理是：根据充是：根据充油电气设备内油、绝缘在故障油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系对浓度与温度的相互依赖关系，从，从5

3、 5种特征气体中选取两种种特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体溶解度和扩散系数相近的气体 一、三比值法的原理一、三比值法的原理o组成三对比值，以不同的编码表示；组成三对比值，以不同的编码表示；根据表根据表2 21111的编码规则和表的编码规则和表2 21212的故障类型判断方法作为诊断故障性的故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。这种方法消除了油的体积质的依据。这种方法消除了油的体积效应的影响，使判断充油电气设备故效应的影响，使判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较可靠的诊断。障状态较可靠的诊断。 一、三比值法的原理一、三比值法的原

4、理o表表2 21111和表和表2 21212是我国是我国DL/T722-2000DL/T722-2000导则导则推荐的改推荐的改良的三比值法（类似于良的三比值法（类似于IECIEC推荐推荐的改良的三比值法）的编码规则的改良的三比值法）的编码规则和故障类型的判断方法和故障类型的判断方法。表211 编码规则表212 故障类型判断方法o 同时，同时，DL/T722-2000DL/T722-2000导则导则还提示还提示利用三对比值的另一种判断故障类型的利用三对比值的另一种判断故障类型的方法，即溶解气体分析解释表（表方法，即溶解气体分析解释表（表2 21313）和解释简表（表）和解释简表（表2 2141

5、4）。）。o 表表2 21313是将所有故障类型分为是将所有故障类型分为6 6种情种情况，这况，这6 6种情况适合于所有类型的充油电种情况适合于所有类型的充油电气设备，气体比值的极限依赖于设备的气设备，气体比值的极限依赖于设备的具体类型，可稍有不同；具体类型，可稍有不同； 一、三比值法的原理一、三比值法的原理o表表2 21313显示显示D1D1和和D2D2两种故障类型之两种故障类型之间既有重叠又有区别，这说明放电的间既有重叠又有区别，这说明放电的能量有所不同，必须对设备采取不同能量有所不同，必须对设备采取不同的措施。表的措施。表2 21414给出了粗略的解释给出了粗略的解释，对于局部放电，低能

6、量或高能量放，对于局部放电，低能量或高能量放电以及热故障可有一个简便粗略的区电以及热故障可有一个简便粗略的区别。别。 一、三比值法的原理一、三比值法的原理 一、三比值法的原理一、三比值法的原理表表2 213 13 溶解气体分析解释表溶解气体分析解释表注：注：1 1上述比值在不同地区可稍有不上述比值在不同地区可稍有不同；同； 2 2以上比值在至少上述气体之一以上比值在至少上述气体之一超过正常值并超过正常值增长速率时超过正常值并超过正常值增长速率时才增长有效；才增长有效； 3 3在互感器中在互感器中CH4/H2CH4/H20.20.2时为局时为局部放电。在套管中部放电。在套管中CH4/H2CH4/

7、H20.70.7为局为局部放电；部放电； 一、三比值法的原理一、三比值法的原理o 4 4气体比值落在极限范围之外，而不对应于气体比值落在极限范围之外，而不对应于本表中的某个故障特征时，可认为是混合故障本表中的某个故障特征时，可认为是混合故障或一种新的故障。这个新的故障包含了高含量或一种新的故障。这个新的故障包含了高含量的背景气体水平。在这种情况下，本表不能提的背景气体水平。在这种情况下，本表不能提供诊断。但可以使用图示法给出直观的、在本供诊断。但可以使用图示法给出直观的、在本表中最接近的故障特征。表中最接近的故障特征。o NSNS表示无论什么数值均无意义；表示无论什么数值均无意义；o C2H2

8、C2H2的总量增加，表明热点温度增加，的总量增加，表明热点温度增加，高于高于10001000。 一、三比值法的原理一、三比值法的原理表表214 溶解气体分析解释简表溶解气体分析解释简表 一、三比值法的原理一、三比值法的原理 二、三比值法的应用原则二、三比值法的应用原则 （1 1）只有根据气体各组分含量的）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，理由判断设备可能存在故障时，气体比值才是最有效的，并应予气体比值才是最有效的，并应予以计算。对以计算。对气体含量正常，且无气体含量正常，且无增长趋势的设备，比值没有意义增长趋势的设备，比

9、值没有意义。 （2 2）假如气体的比值与以前的不同，可能）假如气体的比值与以前的不同，可能有新的有新的故障重叠或正常老化故障重叠或正常老化上。为了得上。为了得到仅仅相对于新故障的气体比值，要从到仅仅相对于新故障的气体比值，要从最后一次分析结果中减去上一次的分析最后一次分析结果中减去上一次的分析数据数据，并重新计算比值并重新计算比值（尤其在（尤其在COCO和和CO2CO2含量较大的情况下）。在进行比较时，含量较大的情况下）。在进行比较时，要注意在相同的负荷和温度等情况下在要注意在相同的负荷和温度等情况下在相同的位置取样。相同的位置取样。 二、三比值法的应用原则二、三比值法的应用原则 （3 3）由

10、于溶解气体分析本身存在的）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试验误差，导致气体比值也存在某些不确定性不确定性。因此在使用比值法判断设。因此在使用比值法判断设备故障性质时，应注意各种可能降低备故障性质时，应注意各种可能降低精确度的因素。尤其是对精确度的因素。尤其是对正常值较低正常值较低的电压互感器、电流互感器和套管的电压互感器、电流互感器和套管，更要注意这种情况。更要注意这种情况。 二、三比值法的应用原则二、三比值法的应用原则 通过大量的时间，发现三比值法存在以下通过大量的时间，发现三比值法存在以下不足：不足：（1 1）由于充油电气设备内部故障非常）由于充油电气设备内部故

11、障非常复杂，有典型事故统计分析得到的三复杂，有典型事故统计分析得到的三比值法推荐的编码组合，在实际应用比值法推荐的编码组合，在实际应用中常常出现不包括表中常常出现不包括表2 21212范围内的范围内的编码组合对应的故障。编码组合对应的故障。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足 （2 2）只有油中气体各组分含量足够只有油中气体各组分含量足够高或超过注意值，并且经综合分析确高或超过注意值，并且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一定变压器内部存在故障后，才能进一步用三比值法判断故障性质。步用三比值法判断故障性质。如果不如果不论变压器是否存在故障，一律使用三论变压器是否存在故障，一律使用三比

12、值法，就有可能对正常的变压器造比值法，就有可能对正常的变压器造成误判断。成误判断。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足 （3 3）在实际应用中，当有多种故）在实际应用中，当有多种故障联合作用时，可能在表中找不障联合作用时，可能在表中找不到相对应的比值组合；同时，在到相对应的比值组合；同时，在三比值编码边界模糊的比值区间三比值编码边界模糊的比值区间内的故障，往往易误判。内的故障，往往易误判。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足o （4 4）在实际中可能出现的故障没有包括）在实际中可能出现的故障没有包括在表在表2 21212比值组合对应的故障类型中，比值组合对应的故障类型中，例如，编码组合例如

13、，编码组合202202或或201201在表中为低能在表中为低能放电故障，但对于有载调压变压器，应放电故障，但对于有载调压变压器，应考虑切换开关油室的油可能向变压器本考虑切换开关油室的油可能向变压器本体油箱渗漏的情况。此时要用比值体油箱渗漏的情况。此时要用比值C2H2/H2C2H2/H2配合诊断。配合诊断。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足o （5 5）三比值法不适用于）三比值法不适用于气体继电器气体继电器里收里收集到的气体分析诊断故障类型。集到的气体分析诊断故障类型。o （6 6）当故障涉及固体绝缘的正常老化过）当故障涉及固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解时，将引起程与故障情况下

14、的劣化分解时，将引起COCO和和CO2CO2含量明显增长，表含量明显增长，表2 21212中无此中无此编码组合。此时要利用下述的比值编码组合。此时要利用下述的比值CO2/COCO2/CO配合诊断。配合诊断。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足o（7 7）由于故障分类）由于故障分类存在模糊性，存在模糊性，一一种故障状态可能引起多种故障特征，种故障状态可能引起多种故障特征，而一种故障特征也可在不同程度上反而一种故障特征也可在不同程度上反映多种故障状态，因此三比值法不能映多种故障状态，因此三比值法不能全面反映故障状况。同时，对油中各全面反映故障状况。同时，对油中各种气体组分含量正常的变压器，其比种

15、气体组分含量正常的变压器，其比值没有意义。值没有意义。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足o 总之，由于故障分类本身存在模糊性，总之，由于故障分类本身存在模糊性，每一组编码与故障类型之间也具有模糊每一组编码与故障类型之间也具有模糊性，三比值还未能包括和反映变压器内性，三比值还未能包括和反映变压器内部故障的所有形态，所以，它还在不断部故障的所有形态，所以，它还在不断的发展的积累经验，并继续进行改良，的发展的积累经验，并继续进行改良，其发展方向之一是通过把其发展方向之一是通过把比值法与故障比值法与故障稳定的关系变为模糊关系矩阵来判断稳定的关系变为模糊关系矩阵来判断，以便更全面的反映故障信息。以便

16、更全面的反映故障信息。 三、三比值法的不足三、三比值法的不足 我国我国DL/T711-2000DL/T711-2000导则导则指指出，对出厂的设备，按出，对出厂的设备，按导则导则规定的注意值进行比较，并注意规定的注意值进行比较，并注意积累数据；当根据试验结果怀疑积累数据；当根据试验结果怀疑有故障时，应结合其他检查性试有故障时，应结合其他检查性试验进行综合诊断。对运行中的变验进行综合诊断。对运行中的变压器，按下述步骤进行故障诊断压器，按下述步骤进行故障诊断： 四、以三比值法诊断故障的步骤四、以三比值法诊断故障的步骤 1 1将试验结果的几项主要指标（将试验结果的几项主要指标（总总烃、甲烷、乙炔、氢

17、）烃、甲烷、乙炔、氢）与充油电气设与充油电气设备备产气速率注意值产气速率注意值作比较。短期内各作比较。短期内各种气体含量迅速增加，但尚未超标的种气体含量迅速增加，但尚未超标的数据，也可诊断为内部有异常状况；数据，也可诊断为内部有异常状况；有的设备因某种原因使气体含量基值有的设备因某种原因使气体含量基值较高，但增长速率低于产气率注意值较高，但增长速率低于产气率注意值的，仍可认为是正常设备。的，仍可认为是正常设备。 四、以三比值法诊断故障的步骤四、以三比值法诊断故障的步骤 2 2当认为设备内部存在故障时当认为设备内部存在故障时，可用，可用特征气体法、三比值法和特征气体法、三比值法和其他方法其他方法

18、并参考溶解气体分析并参考溶解气体分析解解释表释表和和气体比值的图示法气体比值的图示法，对故，对故障类型进行诊断障类型进行诊断 3 3对对COCO和和CO2CO2进行诊断。进行诊断。 四、以三比值法诊断故障的步骤四、以三比值法诊断故障的步骤 4 4在气体继电器内出现气体在气体继电器内出现气体的情况下，应将继电器内气体的情况下，应将继电器内气体的分析结果按本节所述的方法的分析结果按本节所述的方法进行诊断。进行诊断。 四、以三比值法诊断故障的步骤四、以三比值法诊断故障的步骤 5 5根据上述结果以及其他检查根据上述结果以及其他检查性试验（如性试验（如测量绕组直流电阻、测量绕组直流电阻、空载特性试验、绝

19、缘试验、局部空载特性试验、绝缘试验、局部放电试验和测量微量水分放电试验和测量微量水分等）的等）的结果，并结合该设备的结构、运结果，并结合该设备的结构、运行、检修等情况进行综合分析，行、检修等情况进行综合分析， 四、以三比值法诊断故障的步骤四、以三比值法诊断故障的步骤o诊断故障的性质及部位。根据具诊断故障的性质及部位。根据具体情况对设备采取不同的处理措体情况对设备采取不同的处理措施（如缩短试验周期，加强监视施（如缩短试验周期，加强监视，限制负荷，近期安排内部检查，限制负荷，近期安排内部检查，立即停止运行等）。，立即停止运行等）。 四、以三比值法诊断故障的步骤四、以三比值法诊断故障的步骤 尽管我国

20、现行的尽管我国现行的DL/T722-2000DL/T722-2000导则导则中采用了改良的三比值法中采用了改良的三比值法，提高了诊断故障的可靠性，但，提高了诊断故障的可靠性，但三比值法故障编码不多，实际工三比值法故障编码不多，实际工作中有许多变压器的故障因查不作中有许多变压器的故障因查不到编码而无法判断，而且判断方到编码而无法判断，而且判断方法也较复杂。法也较复杂。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法 因此，寻求更简单、更精确的诊断技术已因此，寻求更简单、更精确的诊断技术已成为各国研究的主要课题。我国电力研成为各国研究的主要课题。我国电力研究者通过究者通过1

21、010多年收集的全国部分省市变多年收集的全国部分省市变压器故障实例和对国外模拟故障色谱数压器故障实例和对国外模拟故障色谱数据的分析研究，提出了用据的分析研究，提出了用“无编码比值无编码比值法法”分析和诊断变压器故障性质的方法分析和诊断变压器故障性质的方法，可以从一个层面解决三比值法故障编，可以从一个层面解决三比值法故障编码少，有的故障用三比值法难于诊断的码少，有的故障用三比值法难于诊断的问题。问题。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法一、一、故障类型诊断的原理故障类型诊断的原理 如前所述，变压器油和固体如前所述，变压器油和固体绝缘材料在不同的温度、不同的放电

22、绝缘材料在不同的温度、不同的放电形式下产生的气体也不相同。日本等形式下产生的气体也不相同。日本等国通过大量的模拟试验，得到过热、国通过大量的模拟试验，得到过热、放电分解的不同气体。从试验结果可放电分解的不同气体。从试验结果可以看出以下以看出以下规律规律： 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法（1 1）在油中发生）在油中发生600600以下过热时以下过热时，产生的主要气体是，产生的主要气体是甲烷甲烷，其次是，其次是乙乙烯、乙烷和少量氢气烯、乙烷和少量氢气。（2 2）在）在电弧放电电弧放电时，油产生的气时，油产生的气体以体以氢气氢气和和乙炔乙炔为主，有少量的为主，

23、有少量的甲烷甲烷、乙烯、乙烯；在；在纸和油中电弧放电纸和油中电弧放电时产生时产生的的COCO是纯油中的是纯油中的1010倍多。倍多。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法（3 3）在）在局部放电局部放电时，无时，无乙炔乙炔，而且，而且甲甲烷较多烷较多。（4 4）火花放电火花放电产生的气体近似于产生的气体近似于电弧电弧放电放电。利用上述试验得到的规律，我们可以利利用上述试验得到的规律，我们可以利用某些特征气体的组分含量和它们之间用某些特征气体的组分含量和它们之间的相互比值来判断变压器中存在的不同的相互比值来判断变压器中存在的不同故障类型。故障类型。 第五节第五节

24、 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法 如用如用过热过热时时甲烷多氢气少甲烷多氢气少、放电时氢气放电时氢气多而甲烷少多而甲烷少的特点，用甲烷与氢气比率的特点，用甲烷与氢气比率就可区分放电与过热故障。为此，共计就可区分放电与过热故障。为此，共计算出算出9 9种种不同组合形式的气体比率值，并不同组合形式的气体比率值，并按变压器实际故障分类统计，从中找出按变压器实际故障分类统计，从中找出故障性质相关的量。于是，我们就可以故障性质相关的量。于是，我们就可以用表用表2 21515与故障性质相关的气体比率来与故障性质相关的气体比率来确定故障性质。确定故障性质。 第五节第五节 无编码比值

25、法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法表表215 气体比值与实际故障性质分类统计表气体比值与实际故障性质分类统计表表表215 气体比值与实际故障性质分类统计表气体比值与实际故障性质分类统计表 该方法该方法不需要对比值编码不需要对比值编码，而是，而是直接由两个比值直接由两个比值确定一个故障性确定一个故障性质，减去了传统的质，减去了传统的“三比值法三比值法”先变法然后由编码查找故障性质先变法然后由编码查找故障性质的过程，使分析判断方法的过程，使分析判断方法简化而简化而可操作性又较强可操作性又较强。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法 二、诊断故障性质的方

26、法二、诊断故障性质的方法（1 1）以计算比值诊断）以计算比值诊断 根据计算的比值，按表根据计算的比值，按表2 21616进行诊断，步骤如下：进行诊断，步骤如下：表表2 21616无编码比值故障性质分析诊断方法无编码比值故障性质分析诊断方法 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法（1 1）以计算的）以计算的乙炔乙炔比比乙烯乙烯值诊断值诊断过热过热或或放电性放电性故障。当计算的比值故障。当计算的比值小于小于0.10.1时时为为过热性过热性故障，故障，大于大于0.10.1时为时为放电性放电性故障故障 （2 2）计算）计算乙烯乙烯比比乙烷乙烷的值并以的值并以过热温度过热

27、温度诊断故障程度诊断故障程度。当乙烯比乙烷的计算比。当乙烯比乙烷的计算比值值小于小于1 1时为时为低温过热低温过热（小于（小于300300）；）；大于大于1 1小于小于3 3为为中温过热中温过热（300300700700）；大于大于3 3时为时为高温过热高温过热（大于（大于700700）。）。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法（3 3）以计算的）以计算的甲烷甲烷比比氢气氢气值诊断值诊断是否是否放电或过热性故障并存放电或过热性故障并存。当甲烷。当甲烷比氢气的计算比值大于比氢气的计算比值大于1 1时，为放电时，为放电兼过热性故障，反之为纯放电性故障兼过热性故障

28、，反之为纯放电性故障 （2 2）以故障分区图诊断）以故障分区图诊断 根据计算的比值，按图根据计算的比值，按图2-12-1的的故障分区图进行诊断，其步骤如下：故障分区图进行诊断，其步骤如下： 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法以计算的乙炔比乙烯的值判断故障区以计算的乙炔比乙烯的值判断故障区域域 。当计算比值小于。当计算比值小于0.10.1时为过热性故时为过热性故障，大于障，大于0.10.1时为放电性故障。时为放电性故障。 以计算的乙烯比乙烷值过热故障区以计算的乙烯比乙烷值过热故障区域。以左

29、纵坐标为准，查出过热温度，域。以左纵坐标为准，查出过热温度，诊断过热故障类型。诊断过热故障类型。 以计算的甲烷比氢气值判断故障程以计算的甲烷比氢气值判断故障程度。以图度。以图2 21 1的右纵坐标为准，查处该的右纵坐标为准，查处该值所对应的故障。值所对应的故障。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法 求出两对比值后，即可在故障分求出两对比值后，即可在故障分区图区图2 21 1中查到故障性质，因此中查到故障性质，因此该图示法具有该图示法具有直观、明了、简单直观、明了、简单、准确、准确等优点；对于过热故障，等优点；对于过热故障，还可以看出它的温度变化情况，还可以看

30、出它的温度变化情况，可用于运行中变压器的可用于运行中变压器的色谱追踪色谱追踪分析分析。 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法三、无编码比值法的特点三、无编码比值法的特点 1 1可诊断放电兼过热故障可诊断放电兼过热故障 提高过热性故障诊断的准确提高过热性故障诊断的准确率率 第五节第五节 无编码比值法的基本原理及方法无编码比值法的基本原理及方法o采用常规气相色谱仪进行变压采用常规气相色谱仪进行变压器油率溶解气体的定期检侧，器油率溶解气体的定期检侧，即试验人员到变电站抽取部分即试验人员到变电站抽取部分脱出气体注入气相色谱仪的进脱出气体注入气相色谱仪的进样口，用气相色

31、谱仪检测，输样口，用气相色谱仪检测，输出结果，最后将结果与标准进出结果，最后将结果与标准进行比较判断。行比较判断。 油色谱在线发展油色谱在线发展o为了克服常规油色谱分析法的为了克服常规油色谱分析法的繁琐而复杂的作业程序，人们繁琐而复杂的作业程序，人们研制出了油中气体自动分析装研制出了油中气体自动分析装置，即将置，即将常规色谱分析仪的脱常规色谱分析仪的脱气和气体浓度检测两部分气和气体浓度检测两部分置于置于变压器安装现场，在技术上实变压器安装现场，在技术上实现自动化分析，现自动化分析， 油色谱在线发展油色谱在线发展o显然，这种油色谱自动化分析显然，这种油色谱自动化分析装置的功能与常规色谱分析法装置的功能与常规色谱分析法相仿，结构上未发生根本变革相仿，结构上未发生根本变革，仅是作业程序上实现了自动，仅是作业程序上实现了自动，从技术经济上限制了它的推，从技术经济上限制了它的推广应用前景。广应用前景。 油色谱在线发展油色谱在线发展油气分离、气体检测的改进油气分离、气体检测的改进o在变压器油