变压器油中溶解气体监测与诊断

这一结论被后来进行的大量模拟试验所证实。
Halstead假说是应用油中溶解气体比值法诊断设备故障 类型并估计热点温度的理论基础。根据这一假设，随温度的 变化，故障点产生的各气体组分间的相对比例是不同的。
氢气 H2
甲烷 CH4
各 特
征
气
体
乙烷 C2H6
含
量
乙烯 C2H4
乙炔 C2H2
CH4>H2 C2H6>CH4 C2H4>C2H6 C2H2>0.1C2H4
IEC和我国《导则》均推荐以H2、CH4、C2H6、 C2H4、C2H2、CO、CO2等7种气体作为基本分析对 象。
所有运行中的变压器，包括一直运行良好的轻负载设备， 都会产生一定数量的H2和CH4等，但数量通常较少。
在正常老化过程及故障初期，油纸绝缘劣化所形成的气 体绝大部分溶解于油中，仅在某些特殊情况下，才会出现较 多的游离气体。
HCC H
HH
H
C
H
H
C
H
338 kJ/mole 607 kJ/mole 720 kJ/mole
乙炔
HC CH
960 kJ/mole
故障气体的演变 vs 温度
气体的演变 vs. 故障温度
ʹ ÏÕ øÆ åÌ ùË ¼Õ Ù°Ö·ýÊ £¨%©£
ÓÓÓÓ·Ó
100
90
80 70
63
60
50
40
30 20 10
变压器油
故障的化学特性 HH
C
H
C
H
HH H
H H
HH
C HC
H HH H H HH HH H
C DGCA
HC C
C C
C C
CH C
H H
H HH HH H H HH H
H HH
H
HH
C
H
H
C HH
C
故障气体的演变 vs 能量
不同类型的故障裂解变压器油后产生了不同的 气体
氢气 乙烷 乙烯
HH
HH
变压器油
故障的化学特性
H HH
HH C C
乙烯
H 氢气
H HH H H HH HH H
C HC
C C
C C
C C
CH C
H HH HH H H HH H
变压器油
故障的化学特性
H C C
乙炔
H H 氢气
H H
H
H HH H H HH HH H
C HC
C C
C C
C C
CH C
H HH HH H H HH H
2
§7.1 概述
油纸绝缘的特点
– 纸及油的性能互补 – 绝缘性能好：介损tanδ小，耐电强度Eb高 – 散热性能优于干式绝缘 – 但容易受潮、容易老化
3
液体绝缘油 三个重要功能：
1）热量的交换； 2）电绝缘； 3）内部故障的传输媒介：
气体、声学、光学及机械信号
4
固体纸绝缘：不可更新！ 三个重要功能：
CO H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 Æø Ìå é×·Ö
ʹ ÏÕ øÆ åÌ ùË ¼Õ Ù°Ö·ýÊ £¨%©£
CO H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 Æø Ìå ×é ·Ö
ÓÓÓÓ
100 90
85
80
70
60
50
40
30
20
10
0
CO H2
13 11
CH4 C2H6 C2H4 C2H2 Æø Ìå ×é ·Ö
变压器油中溶解的各种气体成分的相对数量和形成速度 主要取决于故障点能量的释放形式以及故障的严重程度，所 以根据色谱分析结果可以进一步判断设备内部是否存在异常， 推断故障类型及故障能量等。
1973年Halstead对油中分解的碳氢气态化合物的产生过 程进行了热动力学理论分析，认为对应于不同温度下的平衡 压力，一种碳氢气体相对于另一种碳氢气体的比例取决于热 点的温度。不同裂解能量作用下，油中烃类裂解产物出现的 顺序为：烷烃─烯烃─炔烃─焦炭。
1）绝缘； 2）机械强度； 3）延长寿命。
5
变压器绝缘纸的组成
CH2OH O
OH
葡萄糖单元 OH
O O
O
OH OH CH2OH
CH2OH O
OH
OH
纤维素结构
§7.2 油中气体的产生和溶解
绝缘油的组成
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
• 石蜡
16 19 2
0
ʹ ÏÕ øÆ åÌ ùË ¼Õ Ù°Ö·ýÊ £¨%©£
ÓÓÓÓ
100
90
80
70
60
60
50
40
30
30
20 10
523
0
ʹ ÏÕ øÆ åÌ ùË ¼Õ Ù°Ö·ýÊ £¨%©£
CO H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 Æø Ìå ×é ·Ö
ÓÓÓÓÓ
100 92 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
局部放电
正常
过热
电弧放电
图 1-2. 不同故障产气条件下油中溶解气体的相对含量示意图
Rogers由此引伸出选择5种特征气体的4个相对比例进 行 故 障 诊 断 的 方 法 。 它 们 分 别 是 CH4/H2 、 C2H6/CH4 、 C2H4/C2H6和C2H2/C2H4。研究表明，乙烷与甲烷的比值只能 反映油纸分解的极有限的温度范围，对进一步的故障识别帮 助不大，所以在后来的IEC标准中已将此比值删去，而改用 的三比值法被认为是最为简明的解释，这些比值将已知故障 按从早期故障到重大故障的顺序作了合理的 不同状态下油中气体的含量
油浸变压器绝缘材料热分解产生的可燃性和非 可燃性气体包括O2、N2、H2、CH4、C2H6、C2H4、 C2H2、CO、CO2、C3H6、C3H8和i- C4H10等多达20 余种。目前国内外各种分析方法所选用的特征气体 的种类很不统一，通常认为选用的种类过多是不经 济的。
CH3
• 芳香烃
CH2 CH CH2 CH2 CH3
CH CH CH CH3 CH2 CH CH CH
CH C C CH
CH CH CH2
CH C C CH CH CH CH
CH2 CH2
• Naphtenic
故障的化学特性
H HH HH H H HH H H
H 氢气
H HH H H HH HH H
第七章 变压器油中溶解气 体监测与诊断
DGA On-line monitoring and fault diagnosis for power transformer
1
本章内容
• 概述 • 油中气体的产生和溶解 • 不同状态下油中气体的含量 • 油中溶解气体的色谱分析 • 油中溶解气体的现场分析与在线监测 • 油中气体分析与故障诊断
C HC
C C
C C
C C
CH C
变压器油
故障的化学特性
HH C
HH
甲烷
H HH H H HH HH H
C HC
C C
C C
C C
CH C
H HH HH H H HH H
变压器油
故障的化学特性
HH H
HH C
HC
乙烷
H HH H H HH HH H
C HC
C C
C C
C C
CH C
H HH HH H H HH H