三比值法-变压器油中气体分析(原件)
三比值法的基本原理及方法
三比值法的基本原理及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。
一、三比值法的原理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的比值为基础的四比值法。
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降其删去而推荐采用三比值法。
随后，在人们大量应用三比值法的基础上，IEC对与编码相应的比值范围、编码组合及故障类别做了改良，得到目前推荐的改良三比值法（以下简称三比值法）。
由此可见，三比值法的原理是：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；根据表2－11的编码规则和表2－12的故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。
这种方法消除了油的体积效应的影响，使判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较可靠的诊断。
表2－11和表2－12是我国DL/T722-2000《导则》推荐的改良的三比值法（类似于IEC推荐的改良的三比值法）的编码规则和故障类型的判断方法。
表2－12 故障类型判断方法同时，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2－13）和解释简表（表2－14）。
变压器油气相色谱分析
变压器油气相色谱分析一、基本原理正常情况下充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及二氧化碳、一氧化碳等。
这些气体大部分溶解在油中。
当存在潜伏性过热或放电故障时，就会加快这些气体的产生速度。
随着故障发展，分解出的气体形成的气泡在油里经对流、扩散，不断溶解在油中。
例如在变压器里，当产气量大于溶解量时，变有一部分气体进入气体继电器。
故障气体的组成和含量与故障的类型和故障的严重程度有密切关系。
因此，在设备运行过程中定期分析溶解与由衷的气体就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障并随时掌握故障的发展情况。
当变压器的气体继电器内出现气体时，分析其中的气体，同样有助于对设备的情况做出判断。
二、用气相色谱仪进行气体分析的对象氢（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氧（O2）、氮（N2）九种气体作为分析对象。
三、试验结果的判断1、变压器等充油电气中绝缘材料主要是绝缘油和绝缘纸。
设备在故障下产生的气体主要也是来源于油和纸的热裂解。
2、变压器内产生的气体：变压器内的油纸绝缘材料会在电和热的作用下分解，产生各种气体。
其中对判断故障有价值的气体有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢、一氧化碳、二氧化碳。
在正常运行温度下油和固体绝缘正常老化过程中，产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳。
在油纸绝缘中存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是氢和甲烷。
在故障温度高于正常运行温度不多时，油裂解的产物主要是甲烷。
随着故障温度的升高，乙烯和乙烷的产生逐渐成为主要特征。
在温度高于1000℃时，例如在电弧弧道温度（3000℃）的作用下，油分解产物中含有较多的乙炔。
如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的一氧化碳和二氧化碳。
有时变压器内并不存在故障，而由于其它原因，在油中也会出现上述气体，要注意这些可能引起误判断的气体来源。
三比值法气体分析在变压器故障判断中应用
三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用摘要：变压器故障条件下在绝缘油中产生大量气体，三比值法气体分析能根据各组分的含量、比值、产气速率判断变压器的故障原因及性质，在解决各类变压器故障中发挥了十分重要的作用。
本文对三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用做了介绍，供广大电力人员作参考。
关键词：三比值法气体分析变压器故障判断应用电力变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。
据有关资料介绍，对359台故障变压器统计表明：过热性故障占63％；高能量放电故障占18.1％；过热兼高能量放电故障占10％；火花放电故障占7％；受潮或局部放电故障占1.9％。
电气测量不能发现以上很多隐性故障，如何找到一种能早期发现这些隐性故障的检测手段和方法以快速判断变压器故障的原因、性质和发展趋势是十分必要的。
而三比值法气体分析就是在变压器故障分析中被大量采用的有效的化学测量方法。
一、绝缘油产气原理1、产品老化及故障条件下温度上升与放电导致绝缘油分解并产生气体绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有ch3、ch2和ch化学基团并由c-c键键合在一起。
由于电或热故障的结果可以使某些c-h键和c-c键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基如：ch3*、ch2*ch*，或c*（其中包括许多更复杂的形式），这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物（x-蜡）。
故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成自由气体。
碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。
低能量故障，如局部放电，通过离子反应促使最弱的键c-h 键（338 kj／mol）断裂，大部分氢离子将重新化合成氢气而积累。
对c-c键的断裂需要较高的温度（较多的能量），然后迅速以c-c键（607 kj／mol）、c＝c键（720 kj／mol）和c 三c（960 kj／mol）键的形式重新化合成烃类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。
变压器油色谱三比值法
变压器油色谱三比值法
首先，让我们来了解一下变压器油色谱三比值法的原理。
这种
方法基于变压器油中不同气体和颗粒物的比值，通过比较这些比值
与标准值，来判断变压器油中是否存在异常情况。
通常包括氢气/甲
烷比值、乙烯/乙炔比值和乙炔/乙烯比值。
氢气/甲烷比值用于评估变压器油中的热故障，因为在高温下，
油中的甲烷会逐渐转化为氢气。
乙烯/乙炔比值则用于检测变压器油
中的放电故障，因为放电会导致乙炔生成乙烯。
最后，乙炔/乙烯比
值通常用于评估变压器油中的热故障和放电故障的综合情况。
这种方法的优点在于可以通过比较不同比值的变化，综合评估
变压器油中的故障情况，提高了故障诊断的准确性。
同时，这种方
法也比较简单易行，可以在实验室或现场进行。
然而，需要注意的是，变压器油色谱三比值法也有一些局限性。
比如，对于不同型号的变压器油，标准值可能会有所不同，因此在
实际应用中需要谨慎选择标准值。
另外，这种方法也无法直接定量
测量油中的气体和颗粒物的浓度，只能作为一种辅助手段来使用。
总的来说，变压器油色谱三比值法是一种常用的检测方法，可以帮助工程师及时发现变压器油中的故障和污染物，从而采取相应的维护措施，延长变压器的使用寿命。
三比值法的基本原理及方法
三比值法的根本原理及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比照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，经不断的总结和改进，国际电工委员会〔IEC〕在热力动力学原理和实践的根底上，相继推荐了三比值法和改进的三比值法。
我国现行的DL/T722-2000?导那么?推荐的也是改进的三比值法。
一、三比值法的原理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说明，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的比值为根底的四比值法。
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降其删去而推荐采用三比值法。
随后，在人们大量应用三比值法的根底上，IEC对与编码相应的比值范围、编码组合及故障类别做了改进，得到目前推荐的改进三比值法〔以下简称三比值法〕。
由此可见，三比值法的原理是：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比照值，以不同的编码表示；根据表2－11的编码规那么和表2－12的故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。
这种方法消除了油的体积效应的影响，使判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较可靠的诊断。
表2－11和表2－12是我国DL/T722-2000?导那么?推荐的改进的三比值法〔类似于IEC推荐的改进的三比值法〕的编码规那么和故障类型的判断方法。
气相色谱分析之改良三比值法
气相色谱分析之改良三比值法张志谦一、参考资料：1．《色谱分析与变压器故障诊断》王万华，1996.4.232．SD187-86→DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》二、目的：分析油中溶解气体的组分和含量是发现充油电气设备潜伏性故障最有效的措施之一，通过学习达到能看懂变压器油色谱分析报表，分析判断故障性质，估算故障点温度，多掌握一种判断设备故障的方法。
三、名词解释：1．气相色谱法：采用气体为流动相（即载气，一般用氦气、氮气、氢气等）流经装有填充剂的色谱柱进行分离测定的色谱方法。
物质或其衍生物气化后，被载气带入色谱柱进行分离，各组分先后进入检测器，用记录仪、积分仪或数据处理系统记录色谱信号，根据色谱上出现的物质成分的峰面积或峰高进行定量分析的测量方法。
流程：采样→脱气→分析2．三比值法就是选用上述5种特征气体（氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）构成三对比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），在相同的情况下把这些比值以不同的编码表示，根据测试结果把三对比值换算成对应的编码组，然后查表对应得出故障类型和故障的大体部位的方法。
3．特征气体：对判断充油电气设备内部故障油价值的气体，即氢气、CO、CO2、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，O2、N2作为辅助判据。
4．总烃（C1＋C2）：烃类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔含量的综合。
5．游离气体：非溶解于油中的气体，包括：瓦斯继电器中气体及变压器油面以上的气体。
6．气体溶解度：该气体在压强为1.01×105Pa，一定温度时溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体体积数。
（在0℃时，氮气在水中的溶解度为0.024，氧气在水中的溶解度为0.049。
在20℃时，氮气在水中的溶解度为0.015，氧气在水中的溶解度为0.031。
）220KV~330KV变压器（隔膜式）油中气体（O2、N2、烃类）含量体积比不超过1％；变压器油经真空脱气处理后不应含有H2和C2H2，烃类组分为几个或几十个μL/L；开放式变压器油中溶解空气的饱和量可达10％（21％×0.17+78%×0.09=0.0357+0.0702=0.1059mL/mL），变压器油能从空气中吸收CO2，设备里可能含有来自空气中的300μL/L的CO2。
3.1 变压器油中溶解气体的检测
表6-4中总结的不同故障类型产生的油中特征气体组分， 只能粗略地判断充油电力变压器内部的故障。因此国内外通 常以油中溶解的特征气体的含量来诊断充油的故障性质。
变压器油中溶解的特征气体可以反映故障点周围的油和纸 绝缘的分解本质。气体组分特征随着故障类型、故障能量及涉 及的绝缘材料不同而不同，即故障点产生烃类气体的不饱和度 与故障源能量密度之间有密切的关系。
表6-8 改良三比值法的编码规则
特征气体的比值 <0.1 0.1~<1 1~<3 ≥3 0 1 1 2
比值范围编码
C2H2/C2H4
CH4/H2
1 0 2 2
C2H4/C2H6
0 0 1 2
（3）其他故障诊断法 除了特征故障气体法和三比值法，还有立体图示 法、大卫三角法、四比值法等其他一些传统的故障 诊断法。近年来，数学工具开始广泛应用于故障诊 断，并建立了一些以人工智能为基础的故障诊断专 家系统。 实际应用中，由于变压器故障表现形式以及故 障起因均比较复杂，所以在进行故障诊断时，常常 综合利用多种方法以求得到尽可能准确的诊断结果。
1.脱气
脱气法主要有油中吹气法、抽真空取气法、分离膜 渗透法，表1给出了简单的优缺点比较结果。其中平板 分离膜、毛细管柱、血液透析装置、中空纤维装置都属 于高分子分离膜的应用，其它都属于抽真空脱气法。
表1 油气分离方法比较
油气分离方法 高分子平板透 气膜 波纹管
平衡时 间 长 短
分离效 果 较好 差
Ci 2 Ci1 r 100% Ci1.t
（2）
根据规程要求，变压器的总烃绝对产气速率， 开放式大于0.25mL/h，密封式大于0.25mL/h和相对 产气速率大于10％/月时可以认定有故障存在。
变压器色谱三比值分析
C2H4/C2H6
故 障 类 型 判 断 低温过热(低于 150℃) 低温过热(150～ 300)℃ 中温过热(300～ 700)℃ 高温过热(高于 700℃)
0
1
2 2 0，1，2
0 1 2
故 障 实 例 (参 考 ) 绝缘导线过热，注意CO 和CO2的含量，以及 CO2/CO值 分接开关接触不良，引 线夹件螺丝松动或接头 焯接不良，涡流引起铜 过热，铁心漏磁，局部 短路，层间绝缘不良， 铁心多点接地等 高温度、高含气量引起 油中低能量密度的局部 放电 引线对电位未固定的部件之间 连续火花放电，分接抽头引线和 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火花 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 线对箱壳放电、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
0
1
0
局部放电
பைடு நூலகம்
0，1
0，1，2
低能放电
1
2
0，1，2
低能放电兼过热
2
0，1 2
0，1，2 0，1，2
电弧放电 电弧放电兼过热
三比值法计算公式
C2Ｈ2 输入色谱值
三比值
C2H4 20 8.1
CH4/H2 0.130666667
CH4 4.9
C2H4/C2H6 4.263157895
H2 37.5
C2H6 1.9
C2Ｈ2/C2H4 2.469135802
表10 编 码 规 则 比 值 范 围 的 编 码 气 体 比值范围 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11 故障类型判断方法 编 码 组 合 C2H2/C2H4 CH4/H2
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和油隙闪络，不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位
2
2
0,1,2
低能放电H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 C2H2/H2 CO2/CO
H2氢
77.44
比值 2.92089249 0.39772727 12.0243902 1.8595 4.639344
CH4甲烷
30.8
C2H6乙烷
4.1
编码
1
0
2
C2H4乙烯
49.3
C2H2乙炔
144
CO
366
0
0，1,2
2
高温过热（>700℃）
心多点接地
0
1
0
局部放电
高湿度、高含气量引起油中低能量密度的局部放电
1
0,1
0,1,2
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、引线对箱壳放电、线圈熔断、分接开关飞弧、引线
1
2
0,1,2
低能放电兼过热
对其他接地体放电等
2
0,1
0,1,2
低能放电
引线对电位未固定的部件之间连续火花放电，分接引线
过热温度计算
873
CO2
1698
1
0
2
C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6
故障类型
故障实例
0
0
1
低温过热（<150℃） 绝缘导体过热，注意CO和CO2的含量，以及CO2/CO的值
0
2
0
低温过热（<300℃） 分接分接开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焊接
0
2
1
中温过热（<700℃） 不良，涡流引起铜过热，局部过热，层间绝缘不良，铁