文档介绍：变压器油中溶解气体分析和故障诊断
华北电力科学研究院有限责任公司
2011年2月
1、故障类型
过热性故障
按温度高低分为:低温过热(150℃以下)、中低温过热(150℃~300℃)、中温过热(300℃~700℃)和高温过热(700℃以上)
150℃以下的低温过热通常是由应急性过负荷造成绝缘导线过热引起的
150℃以上的中低温、中温、高温过热的表现形式是局部过热现象,主要发生的部位是在分接开关触头间接触不良、铁心存在两点或多点接地、载流裸电导体的连接或焊接不良、铁心片间短路、铁心被异物短路、紧固件松动、漏磁环流集中部位、冷却油道阻塞部位等。
按过热部位分为:裸金属过热和固体绝缘过热两类
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放电性故障
电弧放电:多发生在线圈匝间、层间和段间的绝缘击穿、引线断裂、对地闪络、分接开关飞弧等部位。电弧放电属于较严重的放电现象,这种放电现象大多非常突然,表现剧烈,多引起气体继电器的动作发跳闸信号。
火花放电:多出现在引线及导线连接处、引线接触(包括开关弧触头)不良处、悬浮导体对地间、铁心接地不良处等裸金属部位。火花放电属于中等放电现象。这种放电主要特点是间歇性放电,在较长时间内不断发生,会频繁引起气体继电器的产气报警。
局部放电:多发生在油中气泡、气隙,绝缘件的夹层、空穴处,悬浮金属导体周围、强电场中导电体和接地处金属部件尖角部位、强电场中受潮的绝缘体内。局部放电的主要特点是低能量、低密度,外部表现不明显,但作用时间长,H2、CH4等特征气体会持续增长,因此通过油色谱分析可以有效地诊断局部放电故障。
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特征气体
首先要看看特征气体的含量。若H2、C2H2或总烃有一项或几项大于规程规定阈值(如下表),应根据特征气体含量作大致判断。
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2、故障诊断方法
设备
气体组分
含量
330kv及以上
220kv及以下
变压器(电抗器)
总烃
150
150
乙炔
1
5
氢
150
150
变压器(电抗器)油中溶解气体含量的注意(μL/L)
过热性故障的产气组分:热性故障(以中、高过热为主)主要是以烃类气体中的C2H4为主,还有CH4和C2H6,而且随着温度的升高,C2H4所占比例增加并占主要成分,通常生成C2H4的温度是500℃。因此,总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很少或无,则是过热的特征。
放电性故障的产气组分:对电弧放电和火花放电而言,放电能量较高,温度较高(一般在800℃~1200℃),所以电弧放电和火花放电的产气主要是C2H2;局部放电能量较低,产气主要是H2、CH4。
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故障类型
主要气体组份
次要气体组分
油过热
CH4,C2H4
H2,C2H6
油和纸过热
CH4,C2H4,CO,CO2
H2,C2H6
油纸绝缘中局部放电
H2,CH4,CO
C2H2,C2H6,CO2
油中火花放电
H2,C2H2
油中电弧
H2,C2H2
CH4,C2H4,C2H6
油和纸中电弧
H2,C2H2,CO,CO2
CH4,C2H4,C2H6
不同故障情况产生的主要和次要气体组分
无论是过热性故障还是放电性故障,只要有固体绝缘介入(故障部位有纸质绝缘材料包缚)都会产生CO和CO2,裸金属部位过热和放电所产生的CO和CO2很少甚至没有。所以如果CO和CO2没有出现大幅增长,则可排除固体绝缘异常的可能。
如果发现CO和CO2增长较快,不能简单认为存在固体绝缘缺陷,应具体分析。固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解,表现在CO和CO2的含量上,一般没有严格的界限,规律也不明显。经验证明,当怀疑设备固体绝缘材料老化时,一般CO2/CO>7。当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时(高于200℃),可能CO2/CO<3,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。
变压器内部受潮,主要产气成分为H2;如果因受潮发生了局部放电,也会产生CH4。
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产气速率
主要方法:
(1)绝对产气速率,即每运行日产生某种气体平均值
(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
当某一项或几项气体的产气速率超过注意值时,则怀疑设备存在故障,应结合不同故障类型产生的特征气体进行分析。
对总烃起始含量很低的设备,不宜采用此判据。
对怀疑气体含量有缓慢增长趋势的设备,使用在线监测仪随时监视设备的气体增长情况是有益的,以便监视故障发展趋势。
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三比值法
所谓IEC三比值法实际上是罗杰斯比值法的一种改进方法。通过计算C2H2/C2H4、CH4/H2和C2H4/C2H6的值,构成三对比值,对应不同的编码,分别对应经统计得出的不同故障类型。
应注意的问题:
(1)若油中各种气体含量正常,其