绝缘放电基本原理 绝缘试验 绝缘油的气相色谱分析

绝缘预防性试验概述绝缘电阻和吸收比测量第一章介质损耗正切值的测量第二章局部放电的测量第三章工频交流耐压试验第四章直接泄露及直流耐压试验第五章绝缘油的气相色谱分析第六章三比值法的基本原理和应用方法电气设备故障与油中特征气体的关系变压器绝缘油色谱异常分析变压器典型故障案例分析01绝缘油的气相色谱分析电气设备故障与油中特征气体的关系电气设备故障与油中特征气体的关系充油电气设备内部故障根据模拟试验和大量的现场试验得出主要的四种情况：（1）电弧放电的电弧电流大，变压器主要分解出乙炔、氢及较少的甲烷；（2）局部放电的电流较小，变压器油主要分解出氢和甲烷；（3）变压器油过热时分解出氢和甲烷、乙烯、丙烯等，（4）纸和某些绝缘材料过热时还分解出一氧化碳和二氧化碳等气体。绝缘油的气相色谱分析电气设备故障与油中特征气体的关系充油电气设备故障类型的统计绝缘油的气相色谱分析电气设备故障与油中特征气体的关系充油电力变压器不同故障类型产生的气体绝缘油的气相色谱分析电气设备故障与油中特征气体的关系故障类型举例局部放电由不完全津渍、高湿度的纸、油的过饱和，或空腔造成的充气空腔中的局部放电，并导致形成X蜡低能量放电不良连接形成不同电位或悬浮电位的。造成的火花放电或电弧，可发生在屏蔽环、绕组中相邻的线饼间或导体间，以及连线开焊处或铁心的闭合回路中夹件间、套管与箱壁、线圈内的高压的地端的放电木质绝缘块、绝缘构件胶合处，以及绕组垫块的沿面放点。油击穿、选择开关的切断电流高能量放电局部高能量放电造成的闪络，沿面放电或电弧低压对地、接头之间、线圈之间、套管与箱体之间、铜排与箱体之间、绕组与铁芯之间的短路环绕主磁通的两个邻近导体之间的放电。铁芯的绝缘螺丝、固定铁芯的金属环之间的放电过热t＜300℃在救急情况下，变压器超铭牌运行绕组中油流被阻塞在铁轭夹件中的杂散磁通量过热300℃＜t＜700℃螺栓连接处（特别是铝排）、滑动接触面、选择开关内的接触面（形成积碳），以及套管引线和电缆的连接接触不良铁轭处夹件和螺栓之间、夹件和铁芯叠片之间的环流，接地线中的环流，以及磁屏蔽上的不良焊点和夹件的环流绕组中平行的相邻导体之间的绝缘磨损过热t＞700℃油箱和铁芯上的大的环流油箱壁为补偿的磁场过高，形成一定的电流铁芯叠片之间的短路充油电力变压器的典型故障三比值法的基本原理和应用方法电气设备故障与油中特征气体的关系变压器绝缘油色谱异常分析变压器典型故障案例分析01绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法大量的实践证明，采用特征气体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化规律。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，经不断的总结和改良，国际电工委员会（IEC）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三比值法。我国现行的DL/T722-2000《导则》推荐的也是改良的三比值法。通过大量的研究证明，充油电气设备的故障诊断也不能只依赖于油中溶解气体的组分含量，还应取决于气体的相对含量；通过绝缘油的热力学研究结果表明，随着故障点温度的升高，变压器油裂解产生烃类气体按CH4→C2H6→C2H4→C2H2的顺序推移，并且H2是低温时由局部放电的离子碰撞游离所产生。基于上述观点，产生以CH4/H2，C2H6/CH4，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4的四比值法。由于在四比值法中C2H6/CH4的比值只能有限地反映热分解的温度范围，于是IEC降其删减。绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法根据充油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系。从5种特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值，以不同的编码表示。三比值的原理绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法表2－1编码规则气体范围比值范围的编码C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6＜0.1010≥0.1-＜1100≥1-＜3121≥3222绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法表2－2故障类型判断方法编码组合故障类型判断故障实例C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6001低温过热（低于150℃）绝缘导线过热，注意CO和CO2的含量及CO2/CO的值20低温过热（150-300℃）分解开关接触不良，引线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、铁芯多点接地等21中温过热（300-700℃）0，1，22高温过热（高于700℃）10局部放电高温度、含气量引起油中低能量密集的局部放电20，10，1，2低能放电引线对电位未固定的部件之间连续火花放电，分解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电火花放电20，1，2低能放电兼过热10，10，1，2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、因环路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等。20，1，2电弧放电兼过热绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法同时，DL/T722-2000《导则》还提示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2－3）和解释简表（表2－4）。表2－3是将所有故障类型分为6种情况，这6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具体类型。可稍有不同；表2－3显示D1和D2两种故障类型之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的措施。表2－4给出了粗略的解释，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别。绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法表2－3溶解气体分析解释表情况特征故障C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6DP局部放电（见注3）NS①＜0.1＜0.2D1低能量局部放电＞10.1-0.5＞1D2高能量局部放电0.6-2.50.1-1＞2T1热故障t＜300℃NS①＞1但NS①＞1＜1T2热故障300℃＜t＜700℃＜0.1＞11-4T3热故障t＞700℃＜0.2①＞1＞4绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法表2－3溶解气体分析解释表情况特征故障C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6DP局部放电（见注3）NS①＜0.1＜0.2D1低能量局部放电＞10.1-0.5＞1D2高能量局部放电0.6-2.50.1-1＞2T1热故障t＜300℃NS①＞1但NS①＞1＜1T2热故障300℃＜t＜700℃＜0.1＞11-4T3热故障t＞700℃＜0.2①＞1＞4绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法注：1．上述比值在不同地区可稍有不同；2．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计算才有效；3．在互感器中CH4/H2＜0.2时为局部放电。在套管中CH4/H2＜0.7为局部放电；4．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。①NS表示无论什么数值均无意义；②C2H2的总量增加，表明热点温度增加，高于1000℃。绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法表2－4溶解气体分析解释简表情况特征故障C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6PD局部放电＜0.2D低能量或高能量放电＞0.2T热故障＜0.2绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法二、三比值法的应用原则（1）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，气体比值才是最有效的，并应予以计算。对气体含量正常，且无增长趋势的设备，比值没有意义。（2）假如气体的比值与以前的不同，可能有新的故障重叠或正常老化上。为了得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数据，并重新计算比值（尤其在CO和CO2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相同的位置取样。（3）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。利用《导则》所述的方法，分析油中溶解气体结果的重复性和再现性。对气体浓度大于10μL/L的气体，两次的测试误差不应大于平均值的10%，而在计算气体比值时，误差提高到20%。当气体浓度低于10μL/L时，误差会更大，使比值的精确度迅速降低。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精确度的因素。尤其是对正常值较低的电压互感器、电流互感器和套管，更要注意这种情况。绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法三、三比值法诊断故障的步骤1．将试验结果的几项主要指标（总烃、甲烷、乙炔、氢）与充油电气设备产气速率注意值作比较。短期内各种气体含量迅速增加，但尚未超标的数据，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。2．当认为设备内部存在故障时，可用特征气体法、三比值法和其他方法并参考溶解气体分析解释表和气体比值的图示法，对故障类型进行诊断。3．对CO和CO2进行诊断。4．在气体继电器内出现气体的情况下，应将继电器内气体的分析结果按本节所述的方法进行诊断。绝缘油的气相色谱分析三比值法的基本原理和应用方法5．根据上述结果以及其他检查性试验（如测量绕组直流电阻、空载特性试验、绝缘试验、局部放电试验和测量微量水分等）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，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，立即停止运行等）。四、三比值法的不足，通过大量的时间，发现三比值法存在以下不足：（1）由于充油电气设备内部故障非常复杂，实际应用中常常出现不对应的故障。（2）只有油中气体各组分含量足够高或超过注意值才能进行判断。（3）在实际应用中，当有多种故障联合作用时，可能在表中找不到相对应的比值组合。（4）三比值法不适用于气体继电器里收集到的气体分析诊断故障类型。（5）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CO和CO2含量明显增长，表2－2中无此编码组合。此时要利用下述的比值CO2/CO配合诊断。三比值法的基本原理和应用方法电气设备故障与油中特征气体的关系变压器绝缘油色谱异常分析变压器典型故障案例分析01绝缘油的气相色谱分析变压器典型故障案例分析案例分析如前所述，充油变压器在长期运行中，由于变压器的容量、电压等级、结构、运行环境、油质状况、运行参数等的差异，所以诊断方法都涉及特定的参数或大量模拟及事故数据分析统计而得出的经验公式或判据。下面通过对某厂变压器的事故分析，分析色谱数据变化，从而判定事故原因。某厂某主变2001年投入运行，参数如下：额定容量：430000kVA额定电压：高压：242kV低压：23kV频率：50Hz线圈温升：65K（395MVA为55K）额定电流：高压1025.9A低压10793.9A空载损耗；186.7kW接线组别：YN，d11绝缘油的气相色谱分析变压器典型故障案例分析2015年03月17日-4月14日，按期取变压器本体油样进行色谱分析，发现总烃、氢气数量较上次取样结果涨幅较大。接地电流测试及油位、温度、声音等检查与以往数据相比无异常，油色谱异常数据如表3-1所示。绝缘油的气相色谱分析变压器典型故障案例分析表3-1某主变色谱变化数据表时间氢气H2甲烷CH4乙烷C2H6乙烯C2H4乙炔C2H2总烃一氧化碳CO二氧化碳CO214.11.20108.91.3110.1311.34604262715.3.174689.2430.39100.570.64220.83551259115.3.194895.1631.78108.590.71236.24672275115.3.2055109.5532.95116.190.79259.48738300115.3.2163118.1437.71125.530.68282.06994314815.3.2255113.5435.9119.140.692693.2363107.7635.41118.340.68262.2938264515.3.2460107.9633.08118.30.68260.02955272215.3.2466.34129.4530.71133.040.64293.841029.513839.5415.3.2555109.3334.38118.660.69263.07905252115.3.2657117.0435131.070.792763.2763113.0437.25123.030.74272.661048274015.3.2866115.453128.80.86282.36907284815.3.2967124.437.73132.20.832923.3064109.7935.89125.680.83272.19810238615.3.3162119.5537130.740.862884.166118.3635.58127.750.81282.5836244115.4.269120.437.36132.320.83290.91985243015.4.372120.9737.66136.810.89296.331033245515.4.699107.3848.79206.51.87427.54905249915.4.7131201.3849.6636.922.06490.021134242715.4.8106188.6563.92249.252.175041078256015.4.9137234.8170.75294.712.6602.88964237715.4.10146219.6771.54284.422.61578.251181240815.4.11151223.9864.63278.412.43570.451182225115.4.12155231.0175.42299.642.74608.811292234215.4.13173257.4376.1399.322.99675.841242251715.4.14177253.879.88360.153.24697.0811912390绝缘油的气相色谱分析变压器典型故障案例分析一、产气速率计算总烃的相对产气速率γ=(γmax-γmin)*M/Δt*ρ总烃的相对产气速率分析γ=(γmax-γmin)/γminxΔtx100分析数据从3月17日开始，到4月14日，以4月3日为数据增长拐点，拐点前绝对产气速率为219.75ml/d，拐点后的产气速率为2114ml/d，远远超过隔膜式变压器总烃含量注意值12ml/d。相对产气速率前速率计算为56.984%，拐点后产气速率相对为338.07%，两者数据远远超过总烃的相对产气速率注意值10%，如此高的产气率是比较少见，表明故障发展迅速，现象十分严重。如图3-1所示。图3-1某主变总烃含量增长曲线绝缘油的气相色谱分析变压器典型故障案例分析二、油色谱的三比值比较分析以4月9日试验数据以最近一次的油色谱进行数据分析，色谱数据中特征气体中以乙烯为主导，根据《导则》C2H2/C2H4=2.6/294.71=0.008<0.1判定代码为0CH4/H2=234.81/137=1.71≧1且<3判定代码为2C2H4/C2H6=294.