《《变压器故障检测技术案例分析》.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《变压器故障检测技术案例分析》.docx（21页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、变压器故障检测技术案例分析目录摘要错误!未定义书签。一、变压器及基本故障概述1（一）变压器的基本结构及基本特点1（二）油中溶解气体故障1二、变压器油中气体产生机理及常见故障3（一）变压器油中溶解气体产生及溶解原理41 .气体产生原理4.气体在油中溶解原理6（二）气体含量标准7三、变压器故障油色谱诊断技术研究8（一）气体组分谱图诊断技术9（二）油色谱人工神经网络诊断技术9（三）油中溶解气体分析用专家系统故障诊断技术10（四）三比值法的油色谱故障诊断技术10（五）四比值法的油色谱故障诊断技术17（六）灰色关联的油色谱故障诊断技术19结论19参考文献21致谢错误!未定义书签。本章将对目前常见的几种变
2、压器故障油色谱诊断技术进行分析与介绍。（一）气体组分谱图诊断技术气体成分光谱诊断技术本质上是一种故障识别技术，其以图形方式显示气 体成分和浓度变化。该识别技术是设置一个时间间隔，对变压器的绝缘油成分 进行分析，并将气体成分分析数据显示在笛卡尔直角坐标系上。如图3-1所示, 横坐标表示气体组成，纵坐标表示各种气体的浓度比或浓度百分比。使用该图 表，可以清楚地识别各种气体浓度或组分的变化，并在视觉上区分故障的性质 O（气体组分百分比）图3-1气体组分图（二）油色谱人工神经网络诊断技术随着科学技术的进步，高科技水平提高到一定程度，在人脑思维模拟和创 新的基础上，提出了基于人工神经网络的神经网络平台及
3、其要求，该平台可以 实现信息的即时输入和输出，该技术通常用于检测图像，语音，文本等。根 据变压器故障诊断的特点，可以在自身组织能力的基础上建立人工神经网络， 很好地融入三比值方法。通过有效的实验例子，可以使用神经网络来编码气 体比率以获得稳定性和可靠性。充分利用人工神经网络的上述特性，为变压器 的故障诊断开辟了一条新的道路。基于神经网络的分类能力，可以更准确地对 变压器的故障模式进行分类和学习，并且可以诊断变压器的故障。然而，这种方法也有缺，例如，神经网络隐藏节点层的感知器无法在系统中解释，也没有建立完善的支持理论。（三）油中溶解气体分析用专家系统故障诊断技术具备大量的专门知识与经验的程序系统
4、技术就是专家系统，同时专家系统 还包含了众多领域中的特殊专业知识点，对于特定问题能够有效解决，且能够 依照某一领域的需求，展开有效的应对，其采取的人工智能与计算机技术能够 有效带动推理与判别。模拟人类进行决策的过程，可以起到良好的推进性，为 人们解决不必要的麻烦。可扩展性与可移植性是专家系统最大的特点，通过 更新与补充不同的知识，可以提升整个系统的稳定性。但由于电力变压器故 障类型的种类划分形式多样，受多种因素影响，且故障机理纷繁复杂。而且可 以检测到的绝缘参数与其对应的函数尚不明朗。通过停电检测，综合巡视以及 带电测试，方可有效到达综合分析的需求。现阶段，专家系统采取了 DAG数据，电气性能
5、数据并渐渐融合了多元的 故障诊断技术等，对电力变压器进行常规检查诊断，提高故障诊断的速度和正 确性【。但也应看到，专家系统缺乏之处：一是在专家系统知识还没有针对知 识库进行编辑时，其运算方式十分繁复，让知识界维系数据相当困难。其二是 专家系统的推理方式较为单一，诊断路径不够灵活，所以推理性较弱。容易造 成误差，进度也较慢，满足不了检测需求，且无法契合变压器检测控制的指标。（四）三比值法的油色谱故障诊断技术IEC三比值法是用于电流互感器故障油谱诊断技术的数据分析的常用方 法。如果变压器发生故障，通过热和电的作用而产生一些低分子量的气体，如 氢气、乙快、甲烷、乙烷、乙烯等，也就是特征的气体或故障气
6、体L电弧放 电量太大，因为分解的氢气和乙焕与一定量的甲烷之间存在连接。局部放电是 由于氢和甲烷的分解，当过热的变压器油分解时，产生丙烯、乙烯、甲烷和氢 气。由于温度过热和电场，一些绝缘材料会产生CO和CO2气体。在变压器运 行中，变压器和有机绝缘体将基于电场满足由于内部故障的逐渐恶化，导致变 压器油中溶解气体的产生。如表3-1所示，变压器出现了强过热，电弧放电, 局部放电三种不同类型的故障，气体成分包括H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、 CO2等，其中，所述气体包含在主分析如果存在显著差异，变压器会出现强烈10的过热，电弧放电，局部放电三种故障类型主要是氢气成分产生，只有强烈的 过热故障
7、，二氧化碳气体才会产生。表3-1变压器故障与所含特征气体成分比对表序号气体成分强烈过热电弧放电局部放电油油和绝 缘材料油油和绝 缘材料油油和绝缘材料1H2000002CH400回回003C2H6回回4C2H400回HI5C2H2006C3H8因回7C4H8008co009CO20回注：0表示所含的大量气体，回表示所含的少量气体。通过比对变压器油中溶解气体分析判断导那么(GB/T7252-2001)可分 析到变压器油中溶解气体的注意项，如表3-2所示。表3-2油中溶解气体的注意值所含气体所含气体C1150C25H2150其中C2指乙焕，C1指甲烷。根据特征气体含量，判断故障性质，比拟直观、有针对
8、性，如3.3表所示: 变压器出现严重过热故障、火花放电、电弧放电、局部放电、受潮进水、一般11 过热故障时，常伴随着特征气体总燃和C2H2、H2的变化。比方，特征气体出 现总烧相对较高，C2H2小于5Ppm的时候，这时候基本上可判断变压器发生了 严重过热故障；当气体中H2含量高，其他组分不变时，那么可判断变压器只是出 现了一般性过热故障。表3-3以特征含量气体评判变压器内部故障类型明细表序号特征气体特点故障类型1总煌相对较高，C2H2小于5Ppm严重过热故障2总煌高，C2H2大于5Ppm,而Hz含量 高火花放电3总烧不高，C2H2大于1 Oppm, H2含量 较高电弧放电4总燃高，H2含量高，
9、C2H2高而且占总燃中主要成分局部放电5总烧不高，H2大于1 OOppm, CH4占总 燃中的主要成分受潮进水6H2含量高，其他组分不变一般过热故障利用五种特征气体的三比照值也 即c2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三个 数值，如表3-4所示，利用规范编码进行对应，通过以上三个数值和排列可以 与电力变压器所产生的故障进行比对，可评判该变压器内部的隐患故障属于哪 一种具体的故障类型。在三比值法的基础上，经过多年的实验数据改进，出现 了 IEC三比值法，如表3-5所示。12表3-4三比值法的规范编码表特征气体的比值比值编码范围C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H63131
10、表3-5 IEC三比值法故障类型诊断明细表序号具体故障类型比值取值大小详细案例描述C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H61低能量密度的局部放电100气体中放 电的含量 是通过不 完全浸剂 与饱和气 体空隙作 用造成的2高能量密度的局部放电001会导致高 湿情况，不 过固体绝 缘放电痕 迹会减少3低能量放电2-312-3各电位间 的不良链 接对导致 火花放电 的，同时固 体材料间13的油山现 象也会产 生影响4高能量放电011在线圈间、 线饼、线闸 间的油的 电弧击穿 问题，会导 致分切电 流的关闭。且为工频 续流放电5低于150的热故障110内在含有 绝缘的导 体过热6150 300
11、 低温范围的过 热放电111铁芯局部 过热是由 于铁芯中 的热点，以 及短路，都 会促发涡 旋情况，而 热量不断 递增，导致 铜过热。形 成不良接 触7300 700 低温范围的过 热放电1028高于700高 温范围的过热 故障101可IEC三比值法仍有很多局限性，准确率不是很理想。历经数十年的经验14 与探索之后，现如今推出了改良版的三比值法，也就是国际上说的GB/T7252 -2001变压器油中溶解气体分析和判断导那么口叫 这种经过加强的手法更为 明确的指出了编码对应范围的衔接，如表3-6所示。并有效实现了简化故障成 因，采用这种诊断方法，大大提高了变压器故障诊断的效率，如表3-7所示，
12、编码组合C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6同时满足条件时，才可对故障类型进 行判断。比方为0,为0,为1时，可判断为局部性放电，有可能是高含量气体 与高湿度，导致低能量密集局部发生电量的原因引起。而当为1,为2,为0、 或1或2时，可初步判断为存在电弧放电可能性，同时还存在过热故障。初步 判断有可能是引线对变压器箱壳放电、匝层间短路等原因引起。表3-6改良型三比值法的比值取值范畴表气体的取值范畴气体的比值C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.5(110021V312123222表3-7改良型三比值法故障类型诊断表15三比值组合故障具体类型故障案例描述C2H2/C
13、2H4CH4/H2C2H4/C2H6001局部性放电高含量气体与 高湿度，导致 低能量密集局 部发生电量10少于150的发热危害观察一氧化碳 二氧化碳的含 量，绝缘导体 过热的数值12150 300 焊接位置接触低温左右的过热危害不好，引起铜 过热，引线松 动，铁芯产生 漏磁等现象。 变压器内部短10300 -700 低温范畴的过 热阻碍2超出700c高 温范畴的过热 阻碍路与匝层之间 绝缘处理不 当，导致接地 性能下降20.1火花低能放电分接头接触不2过热并低能火花放电良，导致油间 隙闪络，引线 对电位没有固 定，部件间距 产生火花导致 放电，悬浮电 位间火花放电10.1电弧式放电分接头引线
14、油2电弧放电兼过执J、隙闪络、相间 闪络、线圈匝、 层间发生短路 现象、引线对 箱壳放电、线 圈熔断三比值法仅适用于比率范围内编码数据中出现的故障问题，如果超出额定 数据范围，那么无法判断，对应于各种故障的比值的数量是不同的，因此发生的 故障的组合也是不同的，有时，找到的关系的组合也不能被编码。此时，气体 继电器对于气体的手机是不利的，这时候的环境并不利于相应的气体手机。由16 于变压器的复杂设计特性以及编码本身具有一定限制的事实，必须改善误差类 型和代码之间的相关性，因此在该阶段必须不断改进和改进比值方法口叫（五）四比值法的油色谱故障诊断技术四比值法（又叫做罗杰斯比值法）是当前油色谱故障诊断
15、技术中较为常用的 一种。四比值法是在原有三比值法C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的基础上增 加了一个比值即是C2H6/CH4,通过利用五种气体32、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）, 组成四比照值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H6/CH4）。如表 3-8 所示，根 据 CH4/H2W0.1, C2H6/CH4VI, C2H4/C2H61, C2H2/C2H40,那么可判断出变 压器属于局部放电故障。依据四比照值相应的比值大小范围，来诊断变压器属 于哪一种故障类型。表3-8四比值法故障类型判断表17故障判断类型CH4/H2C2H6/CH4C
16、2H4/C2H6C2H2/C2H4一般损坏0.1-1110.5局部放电0.1110.5轻微过热，温度15013/23110.5低温过热，温度15020013/2310.5中温过热温度1502000.1 - 12110.5导体过热0.1 - 11130.5绕组中不平衡 电流或接线过 热131130.5铁件或油箱出现不平衡电流131130.5小能量击穿0.1-1110.5-3电弧短路0.1 - 1113/230.53/3故障判断类型CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4长时间刷形放电0.1 - 1113局部闪络放电0.1110.53/23总结以往的研究和应用经验，归纳为：
17、通常，给出的两组数值都超出1的 时候，就用1来说明；两组数据的浓度要低于1时，就使用0来标示；而假设 比值趋向1的话，那么就意味着故障性质的出现了，故障性中间变化越大，越 容易对故障类型进行判断。采用四比值法对电力变压器长时间放电与过热性故 障能够取得比拟理想的效果。例如，在四比值法中，当CH4/H2=0.11,C2H6/CH4 1, C2H4/C2H623, C2H2/C2H423时，那么判断该台变压器，存在长时间放电 和过热性故障。依据众多实验报告显示，四比值法可以用于判断变压器的过热 现象，同时还能够得出较准确的数值。通过四比值法判断故障性质后，可归纳 四个比值的编码如表3-9所示，形成
18、四比值编码表。通过编码表，更直观、更 快捷地评判出变压器属于哪一种故障表3-9四比值法判断比对表CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4判断结果0100微量过热，温度低于1500011微量过热，温 度低于 150-2001001微量过热，温 度低于 150-2001101普通导体过热0101接触点过热， 环形电流1110火花低能放电18一、变压器及基本故障概述（一）变压器的基本结构及基本特点目前市面上常见的变压器种类主要有两种，这两种变压器的分类标准是依 据变压器的冷却介质，利用空气来进行冷却的称为气体变压器，利用不同分子 量的碳氢混合物作为冷却介质的称为油浸式变压器。
19、由于油浸式变压器的散 热性能好，加之其造价本钱比拟低，因此在实际中受到了广泛的应用。本文正 是基于这一实际情况，选择油浸式变压器作为研究对象。油浸式变压器按照功能可以划分为以下6局部：1.主体，主体完成变压器 主要作用，变压功能；2.出线装置；3.冷去油；4.油箱；5.绝缘装置；6.保护装 置。如图1-1所示。图1-1油浸式电力变压器基本结构图在我国电网中，不管是电力的传输还是用户的用电都离不开变压器，变压 器可以说是至关重要的。不同变压器的应用场景不同，造成了其设计的结构不 同，变压器主要以变压器主体为核心，外部由冷却系统、绝缘系统和保护系统 共同组成。变压器主体还可以继续拆分为四个局部：变
20、压器铁芯、变压器绕组、 绕组的绝缘装置以及各种引线开关。（二）油中溶解气体故障变压器中气体产生的原因多种多样，但实质上是由于变压器由于使用的时 间的限制而造成其自身的一些绝缘材料会出现老化现象，这些材料会随着使用 时间的延长而出现分解现象。造成变压器绝缘部件分解的原因也有很多，最常 见的原因是变压器过热。变压器过热会产生高温，在高温的影响下，变压器内 部的绝缘部件，例如变压器油、变压器绝缘纸等，会受热分解，产生多种特征 气体并溶解于油中，而油中气体检测技术能够监测分析多种特征气体的含量，CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4判断结果1010电弧性烧坏1100电弧放电或
21、永久性火花放电（六）灰色关联的油色谱故障诊断技术灰色系统理论由邓聚龙教授于1982年创立,该理论为极少数据的背景提供 了良好的推动力，为解决不确定问题提供了合理的依据。考虑到一些和一 些未知信息，灰色系统理论是一个小的抽样不确定性对象，它使用信息生 成和比拟各种数据并提取信息以使系统每天工作标准化和稳定性，有效地完成 测试。灰色系统分析与处理随机量时，灰关联分析是有利举措，这种关联分析手 段是一种以数据到数据的投射，通过系统的灰色局部，可以模拟开展态势，并 通过曲线几何去探索更有利的方法，几何形状越接近，其发函形式也就越好， 关联性也就越高。灰色系统理论分析体系中有增设了一种灰色关联油色谱诊断
22、 技术，其可以适用于数据间的关系判别，把诊断治疗与标准数据进行比对，运 算出关联度，越高的关联度，产生该类故障的可能性就越高。因此，目前最关键的问题是如何捕获灰色关联标准索引中最真实的数据列。 使用标准灰度比拟数据可以有效地改善变压器误差的评估。这也是本文的中心 环节。结论本文首先对变压器绝缘油中常见溶解气体的产生原理、气体来源、气体在 变压器绝缘油中溶解原理、气体含量国际标准以及对变压器内部常见故障与气 体含量的对应关系进行阐述分析。对于常见故障类型，主要分为过热故障和放 电故障两大类型，其中具体故障类型下对应不同的故障气体类型，而对应的气 体又分为主要气体和次要气体。对每种故障的产生原因进
23、行了具体的剖析，为 之后的研究打下了基础。接下来对提及的故障类型进行探讨，分别介绍了电力变压器故障油色谱的19 几种诊断技术：气体组分谱图法、人工神经网络技术、油中溶解气体分析用专 家系统、三比值法、四比值法等。分析了这类型的诊断技术方法及其原理与优、 劣势，并且对于运行中的变压器如何进行诊断故障提供了依据。20参考文献1曾琦器，张昕慧，万鳏鹏.电力变压器故障诊断技术的研究J.科学技术创新, 2019(19)： 149-150.李继满.电力变压器检修工作中的故障诊断与处理J.山东工业技术， 2019(17)： 178.王磊.大型变压器铁芯接地故障分析与处理J.科技创新与应用，2019(19)：
24、 137-138.赵妍.变压器的运行故障及故障诊断分析J.当代化工研究，2019(06)： 117-118.5吴伟.UOkV变压器内部过热故障的对策分析J.集成电路应用，2019(07)： 104-105.6马欣，李鹏.主变压器局部过热故障诊断分析与处理J.山东工业技术， 2019(18)： 199-200.刘倩.电力变压器状态检修及故障诊断方法J.化工管理，2019(17)： 152-153.因李兆丰.电力变压器状态检修及故障诊断方法研究J.中国设备工程， 2019(11)： 50-51.9孙利永.变压器局部放电试验中的故障分析及处理J.现代信息科技，2019, 3(10)： 52-53.1
25、0唐文发.基于ICA-SVM的变压器故障诊断方法D.广西大学，2018.11李娅菲.基于鱼群算法优化BP神经网络的变压器故障诊断研究D.湖北工 业大学，2018.12蒋俊.变压器油中溶解气体在线监测系统研究D.湖北工业大学，2018.13万季青.变压器在线监测与故障诊断系统设计D.湖北工业大学，2018.14葛许良.基于DGA的变压器在线监测与故障诊断方法研究D.安徽理工大 学，2018.15沈传洲.变压器在线监测与故障智能诊断系统的设计D.大连理工大学， 2018.16马利东.变压器油中溶解气体在线监测系统研究D.沈阳工业大学，2018.21 所以是检测变压器是否有绝缘故障的一个很好的方法，
26、另外，不同的故障类型 和不同的绝缘材料分解产生的气体的种类和含量是不同的。机械故障、热故障和放电故障是变压器常见内部故障的三种模式，但热故 障和放电故障占据主导地位，而且通常情况下机械故障的主要表现形式又是热 故障或者放电故障。根据对国内电力变压器运行情况的统计数据，359台出现 故障的变压器其具体故障类型如表l-lo由表1-1可以看出，热故障和放电故障 所占比例分别为53%和47%o表1-1变压器故障类型统计故障类型台次所占比例()过热故障22653高能放电故障6518.1过热兼高能放电故障3610.0火花放电故障257.0局部放电故障71.9依据我国下现行的GB/T7252-2001变压器
27、油中溶解气体分析和判断导那么对变压器故障过程中的气体成分做了具体分析，如表1-2所示。表1-2不同故障类型特征气体组分故障类型主要气体成分次要气体成分绝缘油过热CH4, C2H4H2, C2H6绝缘纸和绝缘油过热CH4, C2H4，CO, CO2H2, C2H6油纸绝缘中局部放电H2, CH4, coC2H2, C2H6, CO2绝缘油中火花放电H2, C2H2C2H4, C2H6绝缘油中电弧H2, C2H2CH4, C2H4, C2H6绝缘油和绝缘纸中电弧H2, C2H2, CO, CO2CH4, C2H4, C2H6总体而言，发生热性故障时，电力变压器绝缘油中溶解气体特征主要有以下几个方面
28、：(1)当发生的故障为热性故障，并且与故此绝缘材料无关时，这时的产生 气体的主要成分为CH4和C2H4,而且两者占总烽的80%。主要气体的成分会 随着温度的降低而发生改变，例如当温度降低时，那么占比例最大的为CH4；当 热点温度到达500c或者更高的水平时，C2H4和H2的含量会出现突增，占比也 相应提升；当严重过热发生时，如果热点温度过高（大于800C）,那么会生产极少 局部的C2H2,通常含量低于C2H4含量的10%o（2）当热性故障与固体绝缘有关时，除产生上述低分子烧类，而且有较多的 CO和CO2,通常情况下这两种气体含量的比值与温度有关，温度越高那么比值 也越高。放电故障是由于当电压环
29、境发生变化时，变压器的绝缘材料的性质也随之 发生改变，目前主要的划分标准是放电的能量密度，因此可分为火花放电、电 弧放电和局部放电。火花放电通常情况下是能量较低且具有间隙性的放电故障，根据相关统计 资料显示，在以下情况下通常会产生火花放电：有载分接开关的换档拨叉电位 产生悬架或铁芯接地片的断路或者接触不佳引起放电等。当发生火花放电时， 主要特征气体是C2H2和02,误差能量相对较低并且总燃含量也低。但是，绝 缘油中溶解的C2H2含量与总煌含量的比例通常不小于25%,最大值甚至可达 90%左右，C2H2含量的含量小于20%, H2的比例在20%到30%之间。电弧放电（高能放电）的特征通常在于溶解
30、在油中的气体产生速率的增加 和含量的增加，此时产生的标志性故障气体是C2H2和02,这只是变压器故障 时产生的主要气体，当然还包括产生的次要故障气体CH4和C2H4, C2H2 含量一般占总烽含量20%到70%,并且H2占总煌含量的比率略高，一般在30 至90%之间。据统计，只有极少情况下CH4的含量低于C2H2,例如当绝缘材 料的性质是属于固体材料时，变压器绝缘油中溶解的CO气体含量相对较高， 一旦溶解气体中的C2H2量在绝缘油中占主导地位并且含量不低于标准量时，这 可能是由于当分接开关切换时产生的电弧放电或变压器绕组中的短路引起的。 如果仅C2H2含量超过标准并且气体产生率高并且不超过其他
31、气体组分时，那么这 通常是由于高能量放电。二、变压器油中气体产生机理及常见故障变压器的绝缘系统主要由两局部组成，即液体绝缘和固体绝缘，液体绝缘材料是绝缘油，这种变压器气体产生和溶解机制比拟复杂，许多实例说明，可 以分析溶解在绝缘油中的气体成分的组成，就可以将其与相对应的故障进行对 应，从而快速的实现故障的判断。目前，溶解在油中的气体分析主要基于气相 色谱法，其最大的优点是可以进行不间断的进行性能监测，即在线监测，具有 较高的精度。(-)变压器油中溶解气体产生及溶解原理1 .气体产生原理在电力变压器运行期间，内部会产生大量气体，根据相关资料，可以将这 些气体分为故障气体和常规气体。如果在变压器运
32、行过程中没有异常情况，绝 缘系统会随着运行时间的延长而逐渐老化，在老化过程中会产生一些气体，这 些气体是在变压器的正常工作范围内产生的，故障气体的产生是由于当变压器 工作出现异常时，其产生的气体会较之于平常发生显著变化，特别是一些主要 气体的含量会发生很大的变换。变压器内部有两种绝缘材料：一种是以变压器 绝缘油为代表的液体绝缘材料,另一种是以浸油绝缘纸为代表的固体绝缘材料, 还包括绝缘板、电缆和黄腊等。变压器油中溶解气体主要来源为以下三种：(1)绝缘油分解变压器的绝缘油是一种混合物，其成分是分子不同的有机化合物，其分解 的主要影响因素为温度与能量。如果变压器的内部温度过高，绝缘油的分子就会产生
33、裂解。乙快是对温度 相对较高的气体，通常在800至1200C下产生，由于电弧的温度高，因此在电 弧中产生大量的乙焕。当温度低于800时，乙快的形成迅速被抑制并作为稳 定的再结合产物积累；乙烯在约500的温度下形成，该温度高于甲烷和乙烷 的形成温度，但温度较低也会少量产生。绝缘油在放电的作用下也会分解，并且放电能量也会影响变压器绝缘油分 解时产生的气体的成分。在绝缘系统中，局部放电经常发生在弱绝缘中。不仅 绝缘油在放电的作用下分解产生气体，而且变压器中的固体绝缘材料通过放电 产生一定的气体，并且放电能量的大小对气体发生元件有一定的影响。(2)固体绝缘材料分解变压器中的绝缘主要涉及油纸绝缘，例如绝
34、缘纸和层压纸板，以及用于机 械结构支撑的其他固体，如垫块和木块，纸质绝缘材料的主要组成成分为纤维 素分子聚合物，主要分子结构如图2-1所示。这些固体绝缘材料在分子中含有大量无水右旋糖和弱CO键，并且它们的 热稳定性弱于油中的碳氢键。当变压器内部到达一定温度时，这些无水葡萄糖 环和弱C-O键首先断裂然后重新结合形成碳化合物，聚合物可在高于150C的 温度下有效裂化。只有当温度高于300C时、聚合物才能完全裂化和碳化。在 裂化过程中，绝缘油被氧化并形成水，并且还存在大量的CO, CO2和少量的 燃气体。n/2n/2图2-1纤维素分子结构变压器内油浸绝缘纸发生热解时会产生大量CO和CO2,此外还会有
35、较多 的H2和气态烽。温度对CO和CO2的生成有明显影响，这两种气体的生成量随 着温度的升高而增加，其气体含量比值CO2/CO也随温度升高而增大，当温度 到达800左右时，这个比值可高达2.5。变压器内其他固体绝缘材料发生热解 时生成的气体主要有CO和CH4,这些固体绝缘材料相比于绝缘纸和绝缘油而 言，更容易产生C2H2气体。(3)其它来源溶解在油中的某些气体不完全是由于设备故障或绝缘老化造成的，由于某 些特定操作和长期物理化学反响也可能导致气体产生。就拿变压器中H2的产生 来说，其影响因素是多种多样的：第一中是由于绝缘油的成分不可能完全纯洁, 里面或多或少可能含有局部的水分，当在环境变量的作
36、用下，铁可以与水发生 反响生成氢气，第二有可能是在变压器的制造过程中会有氢气进入，也会造成 氢气溶于绝缘油。除了 H2之外，由于各种原因还有许多其他气体溶解在油中， 例如，如果变压器被大修并且绝缘油暴露在空气中太长时间，它可能导致空气 中形成C02被吸收和溶解，这就要求在变压器的维修之后，需要对变压器的绝 缘油进行相应的真空过滤，这样才能保证绝缘油重新使用，否那么，绝缘油中的 CO2含量将会偏高，从而导致对于变压器故障的不确定性判断。溶解气体和相关数据处理的分析通常基于热力学定律：合成气体的化学不 饱和度与故障的能量密切相关。例如，如果变压器发生故障，大多数故障类型 会产生CH4和C2H6等气
37、体，但这些气体之间的相比照例取决于故障类型。这 是基于变压器故障判断的基础，在实际中可以先进行实验，将相应的故障和气 体成分归纳总结，在遇到故障时，就可以直接根据检测气体成分来对变压器的 相应故障进行判断。2 .气体在油中溶解原理气体的溶解度与许多因素密切相关，最重要的是气体自身的性质；其次环 境变量对于气体的溶解度也有很大的影响，例如温度，压强等。关于温度的影 响，气体的溶解度通常随着温度的升高而降低，然而，这只是大局部气体的溶 解规律，还有一局部气体，其气体溶解度会随着温度的升高而增加，像H2, N2, CO 等。气体在变压器绝缘油中的溶解是一个相对缓慢的过程，因此气体逸出速率 对气体在油
38、中的溶解有一些影响。当气体产生速率很低时，气体以分子形式扩 散，并有足够的时间逐渐溶解在变压器绝缘油中，气体在绝缘油中的溶解度没 有到达上限，就不会有多余的气体从绝缘油中溢出，但是当绝缘油中的气体溶 解度到达上限，气体就不会继续溶解，多余的气体就会以自由气体的形式从变 压器中溢出。当气体的产生速率较快时，气体没有充分的时间逐渐全部溶解于变压器油 中，所以除了一局部溶解的气体外，由于变压器油溶解气体的能力有限，当溶 解度到达饱和时，气体便不再溶解，多余的气体会以气泡的形式向外溢出。在 气泡上浮的过程中，会出现一些的复杂的化学反响，导致绝缘油中的局部氮、 氧元素置换出来，该过程的因素十分复杂，与许
39、多因素有关。当气泡越小时， 其与油接触的外表积越大，且上升速度也相对较慢，置换过程就越充分；当油 的粘稠度越大时，会使气泡的上升速度变慢，气泡与油接触的时间增长，置换 过程也会更充分。置换过程的发生在气泡上升这个过程，由于其发生的反响的 可逆反响，因此其气体组成成分会随着时间一直变化，直达到达溶解平衡为之。油中溶解气体分析法对于一般开展缓慢的故障或长期故障反响较为灵敏， 而对于突发性的故障反响就不太灵敏。造成这种状况的一个主要原因是，当变 压器发生突发J险故障时产气量会突然增大。一般此时的气泡体积大，上升的 速度快，气泡与油接触的外表积相对较小且与油接触的时间短，溶解和置换过 程相对不充分。这
40、些故障引起的分解气体大局部就会以气泡形式上升然后直接 进入气体继电器中，导致绝缘油中溶解的故障特征气体含量小于气体继电器中 积存的含量。（二）气体含量标准当变压器处于稳定工况状态时，绝缘油中的气体在极低的水平，其中主要 成分为。2和N2,而CH4, C2H6, C2H4, C2H2, H2和CO等气体含量几乎可以 忽略不计，占比约为总量的0.01-0.1%,对于刚投运的电力变压器，油中气体 含量相较而言更低。运行正常的变压器中02的含量相较于空气中02含量略大, 约为25%左右，一般不低于20%不高于30%。而N2含量相较于空气较少，这 主要由变压器保护结构决定，例如，开放式变压器的N2含量一
41、般为30%,薄 膜密封变压器N2含量多数情况下不高于3%。运行正常的变压器的油中CO和CO2的含量水平比空气中高一个数量级， 它们的含量往往伴随着变压器服役年限而变化，年限越长那么含量越高，所以， 通常CO和C02含量可用来表征变压器油纸绝缘系统的老化情况。相较于正常运行的变压器，发生轻微故障的变压器的CH4, C2H6, C2H4, C2H2, H2和CO等可燃性气体含量通常超过0.5,故以可燃性气体含量为参考 指标可判别变压器的运行状态。表2-1给出了 H2和其他妙类气体在变压器正常 运行时的含量极限值。表2-1 H2和其他煌类气体在变压器正常运行时的含量极限值（ppm）气体名称H2CH4
42、C2H2C2H4C2H6急烽正常极限含量1504556535150目前国外研究了变压器油中溶解气体的含量随运行年限的变化规律，总结 出变压器未发生明显故障时，油中溶解气体含量的极限值。如表2-2所示。表2-2国外无故障变压器油中气体含量极限值(ppm)运行时间H2CH4C2H6C2H4C2H2COCO2运行3年200100100150155006000运行7 年25020020030035100011000当变压器运行时油中溶解气体含量超过表2-1中数值时，需引起运维人员 注意。表中所列数据为“注意值”而非“故障值”，即气体含量到达注意值时 应当由运维人员进行跟踪分析，适当时候停运变压器进行检
43、查，但变压器并不 一定出现某种特定故障。经验说明：当油中溶解气体尚未到达注意值时假设增长 速率出现急速上升的情况时，也应当引起运维人员的注意；与之相反的是在某 些情况下即便气体含量超过注意值，但长时间内气体增长速率极慢，那么危害程 度就非常小。因此在变压器现实服役中，不仅要关注气体含量，也应对气体发 展趋势予以重视。三、变压器故障油色谱诊断技术研究变压器油色谱技术允许对变压器的运行采样和在线监测系统的使用进行讨 论。变压器油色谱分析技术是目前较为新颖的一项技术，其优点是可以对变压 器的运行状况进行实时监控，是现阶段最受推崇的一种监测方式，有利于浸油 式电力变压器的日常监测，可及早发现变压器早期潜伏性故障。依据变压器故 障及开展规律，针对这种气体特征，可以掌握其组分与气体含量间的密切关系。