变压器油中溶解气体分析的原理及方法(2)

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式中，vr是相对产气速率，单位为%/m；Cli是第二次取样测得油中某气体浓度，单位为μL/L；Cei是第一次取样测得油中某气体浓度，单位为μL/L；?t是取样间隔中实际的运行时间，单位为m。当总烃的相对产气速率大于10%时就应该引起注意，对总烃起始值很低的变压器不宜采用此判据。

产气速率在很大程度上依赖于设备的类型、负荷情况、故障类型和所用绝缘材料的体积及其老化程度，应结合这些情况进行综合分析。判断设备状况时，还应该考虑到呼吸系统对气体的逸散作用。

3.2 判断变压器故障类型的方法

在判断变压器是故障后，就可以利用判断变压器故障类型的方法判断变压器所属的故障类型了。判断变压器故障类型的方法主要有特征气体法和比值法，比值法又包括有编码的比值法和无编码的比值法，有编码的比值法包括IEC三比值法等。

(1)特征气体法

变压器油中溶解的特征气体随着故障类型及严重程度的变化而变化，特征气体法就是根据油中各种特征气体浓度来判断变压器故障类型的一种方法，特征气体法对故障性质有较强的针对性，比较直观、方便，缺点是没有量化。表1-5描述了特征气体与变压器内部故障的关系。

表1-5 特征气体浓度与变压器内部故障的关系 故障性质 特征气体的特点 一般过热性总烃较高，C2H2<5μL/L 故障 严重过热性总烃高，C2H2>5μL/L，但C2H2未构成总烃的故障 主要成份，H2含量较高 局部放电 总烃不高，H2>100μL/L，CH4占总烃的主要成份 火花放电 总烃不高，C2H2>10μL/L，H2较高

武汉华能阳光电气有限公司 电弧放电 总烃高，C2H2高并构成总烃中的主要成份，H2含量高 (2)IEC三比值法

IEC三比值法最早是由国际电工委员会(IEC)在热力动力学原理和实践的基础上推荐的。我国现行的DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的就是改良的三比值法。其原理是根据充油电气设备内油、纸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种气体中选择两种溶解度和扩散系数相近的气体组分组成三对比值，以不同的编码表示，根据比值的编码判断变压器所属的故障类型。表1-9和表1-10是我国DL/T722-2000推荐的改良三比值法的编码规则和故障类型判断方法。

三比值法原理简单、计算简便且有较高的准确率，在现场有着广泛的应用。三比值法中各种气体针对的是变压器本体内的油样，对气体继电器中的油样无效，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变压器存在故障时，气体比值才是有效的，对于正常的变压器比值没有意义。同时三比值法还存在一些不足，比如实际情况中可能出现没有对应比值编码的情况、对多故障并发的情况判断能力有限、不能给出多种故障的隶属度、对故障状态反映不全面。

表1-6 三比值法的编码规则 气体比值范比值范围编码 围 C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 <0.1 0 1 0 >=0.1～<1 1 0 0 >=1～<3 1 2 1 >=3 2 2 2 表1-7故障类型判断方法

编码组合 故障类型判断

武汉华能阳光电气有限公司 C2H2/C2H4 0 CH4/H2 0 2 2 0，1，2 1 C2H4/C2H6 1 0 1 2 0 0，1，2 0，1，2 0，1，2 0，1，2 低温过热(低于150度) 低温过热(150度～300度) 中温过热(300度～700度) 高温过热(高于700度) 局部放电 低能放电 低能放电兼过热 电弧放电 电弧放电兼过热 2 0，1 2 1 0，1 2 (3)无编码的比值法

三比值方法存在着找不到对应故障类型的情况，而且判断方法相对复杂。学者杜样在10年中通过对国内外大量变压器故障实例的分析和研究，提出了一种“无编码比值法”，该方法在一定程度上解决了三比值法故障编码缺少，有的故障用三比值法无法诊断的问题。无编码比值法故障诊断方法如表1-8所示。

表1-8无编码比值故障诊断方法 故障性质 C2H2/C2H4 C2H4/C2H6 CH4/H2 低温过热<300℃ <0.1 <1 无关 中温过热300℃～700℃ <0.1 1<比值<3 无关 高温过热>700℃ <0.1 >3 无关 高能放电 0.1<比值<3 无关 <1 高能放电兼过热 0.1<比值<3 无关 >1 低能放电 >3 无关 <1

武汉华能阳光电气有限公司 低能放电兼过热 （4）油中微水测试

>3 无关 >1 变压器进水时，溶解在油中的水受到铁、氧等作用会分解出氢气，此时油中的气体产物与变压器发生局部放电时的产物是很接近的，同时溶解于油中的水可能会产生局部放电，所以变压器进水与发生局部放电很难区分。可以通过油中微水测试来判别，当使用特征气体法或比值法判断变压器属于局部放电，且变压器油中微水含量很高，就有理由怀疑变压器进水受潮了。 4 具体事例

2001年我们在对变压器进行周期试验时发现我局的古城变电站2＃主变乙炔超过注意值，现将统计结果列表如下：

古2＃主变色谱数据

日期 CH4 2000.12.周26 期 C2H4 C2H6 9.84 C2H2 0 H2 CO － CO2 总烃 32.13 9.2 13.09 23.04 － 2001.7.2周42.3 18.6 20.35 期 2 12.4 90 － 100993.69 2 2001.7.2跟20.8 11.3 11.0 10.17 踪 18.31 8 11.75 43 384 3502 53.28 2001.8.1跟21.614.83

38 450 6835 66.61 踪 7 8 武汉华能阳光电气有限公司 2001.8.3跟22.4 16.5 11.3 12.253.70 踪 5 8 72 475 9003 62.45 － － 51.02 2001.10.跟20.8 11.2 9.22 9.80 8 踪 6.1 2001.10.跟10.314.3 22 踪 3 14.9 48.6 － － 45.6 2001.11.跟22.8 14.0 11.8 10 踪 18 46 469 7516 66.6 2001.11.跟24.3 16.1 15.8 20.0 14 踪 14 536 8457 76.2 从2001年7月25日周期发现乙炔为12.4ul/L超过注意值，经过跟踪分析发现两天后7月27日乙炔为10.18ul/L，8月13日乙炔为11.75ul/L，8月30日乙炔为12.25 ul/L，10月8日乙炔为9.80 ul/L，10月22日乙炔为14.9 ul/L，11月10日乙炔为18 ul/L，到11月14日乙炔为20 ul/L发现乙炔一直在增长。计算乙炔绝对产气速率va?Cli?Ceim? ?tp ＝（ 20－18）／4×

15.6/0.89＝8.76超过隔膜式变压器乙炔绝对产气速率注意值0.2，判断变压器内部存有故障。

11月15日开始停运检修，发现有载调压开关的油泄漏到变压器本体里，经过滤油处理重新运行，截至目前为止变压器

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运行正常，乙炔无明显变化。 5小结

分析了变压器油和固体绝缘的成份以及气体产生的机理，给出了变压器内部典型的6种故障及其对应的产气特征，介绍了变压器是否故障的判断方法以及变压器故障类型的判断方法，同时给出了辅助的故障判断方法，为专家系统中的故障诊断、人工智能方法的应用建立了坚实的基础。

充油电力变压器在正常运行过程中受到热、电和机械方面力的作用下逐渐老化，产生某些可燃性气体，当变压器存在潜伏性故障时，其气体产生量和气体产生速率将逐渐明显，人们取变压器油样使用气相色谱方法获得油中溶解的特征气体浓度后，就可以对变压器的故障情况进行分析。由于大型充油电力变压器是一个非常复杂的电气设备，变压器存在潜伏性故障时与多种因素存在耦合，特征气体形成涉及的机理十分复杂，这些机理及由这些机理导出的诊断方法对智能诊断方法有很好的借鉴意义。

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