变压器油中溶解气体在线监测

变压器油中溶解气体在线监测方法研究

摘要 (3)

1. 导言 (4)

2. 国内外发展现状及发展趋势 (6)

3. 变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理 (9)

3.1.变压器常见故障类型 (9)

3.2.变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系 (10)

4. 基于油中特征气体组分的故障诊断方法 (14)

4.1.特征气体法 (14)

4.2.三比值法 (15)

4.3.与三比值法配合使用的其它方法 (17)

摘要

电力变压器是电力系统中最主要的设备，同时也是电力系统中发生事故最多的设备之一，对其运行状况实时监测，保证其安全可靠运行，具有十分重要的意义。变压器油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映设备异常的特征量。如何以变压器油中溶解气体在线监测为手段，实现对运行变压器潜伏性故障的诊断和预测，是本文的出发点。

本文的目标是研究基于油中溶解气体分析（DGA）的电力变压器状态监测与故障分析方法，通过气体色谱分析方法实现对变压器油中溶解的七种特征气体（氢气H2、甲烷CH4、乙炔C2H2、乙烯C2H4、乙烷C2H6、一氧化碳CO、二氧化碳CO2)组分含量在线实时监测，从而达到对电力变压器工作状态的诊断分析。

1.导言

现代社会对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展。一方面是单台电力的容量越来越大；另一方面是电力网向着超高压的方向发展，并正组织成庞大的区域性甚至跨区域的大电网。然而，随着电力设备容量的增大和电力网规模的扩大，电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响也就越来越大。这就要求供电部门在不断提高供电质量的同时，要切实采取措施来保证电力设备的正常运行，以此来提高供电的可靠性。长期以来形成的定期检修已不能满足供电企业生产目标。激烈的市场竞争迫使电力企业面临着多种棘手的问题，例如如何提高设备运行可靠性、如何有效控制检修成本、合理延长设备使用寿命等。因此，状态检修已成为必然。而状态检修的实现，必须建立在对主要电气设备有效地进行在线监测的基础上，通过实时监测高压设备的实际运行情况，提高电气设备的诊断水平，做到有针对性的检修维护，才能达到早期预报故障、避免恶性事故发生的目的。由此可见，以变压器状态监测为手段，随时对其潜伏性故障进行诊断和预测以及跟踪发展趋势是十分必要的。

对于大型电力变压器，目前几乎大多是用油来绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成低分子气体；变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展，裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用，就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障，其产生的气体量随故障的严重程度而异。由此可见，油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映电气设备电气异常的特征量。

溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis简称DGA)是诊断变压器内部故障的最主要技术手段之一。根据GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，可以通过分析油中7种分析组分H2、C2H2、C2H4、C2H6、CH4、CO和CO2的含量来判断并分析故障。通过从油样中分离出这些溶解气体，并利用色谱技术对其进行定量分析。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。众所周知，局部放电的在线监测方法因受现场电磁场干扰的困扰，放电量的检测、放电源的确定等目前都尚未完全解决。DGA由于能够在变压器运行的过程中进行故障诊断，不受外界电场和磁场的影响，而且可以发现油设备中一些用局部放电法所不能发现的局部性过热等缺陷，其结果反映变压器的潜伏性故障比较灵敏，有效率可达85%以上，并且易于在线实现，已被公认为监测和诊断充油电力变压器早期故障、预防灾难性事故发生的最有效的方法，因而得到了广泛的应用。

因此，基于DGA的电力变压器状态监测与故障分析系统的研究具有重要的现实意义和实用价值。

2.国内外发展现状及发展趋势

近年来，加拿大、日本等国普遍开展了在线监测变压器油中溶解气体的研究，先后推出了多种装置，成熟的在线DGA监测设备不断投入使用，对充油变压器故障气体的在线监测提供了各种解决方案。

国外较为典型的有加拿大Syprotec公司的法拉第变压器看护单元Hydran201R 智能型在线式变压器早期故障监测装置，以及美国Serveron公司的Truegas气体在线监测仪。加拿大Syprotec 公司早在二十世纪七十年代就研制了Hydran 在线氢气检测仪，目前在全世界已安装了850套Hydran 系列产品，是应用最广泛的监测系统，Syprotec 声称它已成功避免了约100次变压器灾难性事故。日本日立、三菱公司研制了能在线监测H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2六种气体的装置，但其检测周期长达7-10天，精度为15-20ppm。此外，他们还提到了一种采用局部真空来加快膜的渗透速度的方法。针对气敏传感器线性度不好的问题，可采用用FFT(快速傅立叶变换)和BP神经网络对传感器输出进行处理。近几年，国外很多公司，如AOC、MicroMonitors、UnisensorGmbH、SchwakenAG、Raychem、ABB Power Transformers公司等，纷纷研制了在线监测多种气体的系统，这些系统大多尚未商品化，而且运行时间尚短，其可靠性有待进一步检验；另外，这些装置都倾向于同时使用两种检测器(红外光谱和半导体传感器)，目的是检测更多种类的气体并获得较高的精度，但这样必然加大装置结构的复杂性。最近，国外公司己开发出全组分气体的在线色谱装置，使变压器的气体在线分析技术前进了一步。例如，美国A VO公司的True-Gas变压器油中气体在线监测设备可监测多达八种气体，是目前检测气体种类最多的装置。澳大利亚红相电力设备集团的DRMCC变压器在线监测控制系统可持续、在线、多方位监测变压器的工作状态，可监测变压器的各类数据，经专家系统诊断系统分析各类数据，得出的结果能全面反映变压器的现行运行状况。但国外在线监测产品的分析软件往往都是非中文界面，存在着操作过于繁琐复杂等问题。

目前，我国对变压器状态在线监测的研究主要集中在三个方面，即变压器局部放电、变压器油氢气浓度、变压器油色谱在线监测。电科院、武高所、清华大

学、东北电力研究院、湖南电力研究所、华北电力研究院等单位分别在这几个方面积极开展了研究并研制了一些性能不错的装置，但由于监测量的局限性，从而未能对变压器运行状态有一个完整的把握。国内较为典型的同类产品的有宁波理工监测设备有限公司推出的TRAN-A、TRAN-B型变压器故障在线监测设备，东北电力科学研究院的大型变压器色谱监测，以及河南的中分仪器仪表厂生产的变压器故障在线监测设备。但是国内变压器故障油色谱在线监测设备装置普遍存在有监测气体成分单一，故障判据过于简单化等缺陷。其监测软件系统往往功能简单，故障信息未采用网络化数据库保存而是以文件的形式存在，不利于数据信息的共享和保密。

随着国内外电网的高速发展，供电企业对设备安全运行和供电可靠性要求越来越高。人们越来越关心、重视在线监测技术发展，对运行中电气设备的故障进行诊断和预测以及追踪故障发展趋势要求更高，更快的推动电力变压器状态监测设备的进步。目前国内外对电气设备油中气体在线监测和故障分析技术的研究主要呈现以下几种趋势。

(1) 多种气体的在线监测

单种气体的在线监测，只能反映油中溶解的单一气体的实时状况，只能片面的判定故障，难以分析变压器的具体故障类型。而多种气体的在线监测，则不然，能够真实反映油中溶解各种气体的实时状况变化，为诊断故障类型提供了强有力的保证。

(2) 故障诊断方法智能化

现有的特征气体法、三比值法、无编码比值法等故障诊断方法，虽在一定范围内都有其较好的性能，但都太绝对化,既不能对故障进行定位分析，又不能够有效地处理不精确性、不完全性和不确定性信息。因此，近几年来，人们相继引入模糊数学、神经网络、灰色理论、小波分析等数学方法，积极探索能够快速、准确判定具体的潜伏性故障的智能化诊断方法。

(3) 数据库大型化

数据库是存放历史数据的仓库，所保存数据种类及特征量越多越全面，时间越长，则对分析机组的故障就越有利。数据库用于保存管理各种动态历史数据及特征数据及网上数据发布。历史数据库应包括如下历史数据：定时采集动态数据、

报警动态数据、异常动态数据、人工采集动态数据、工艺量数据开关量数据、特征参数、其它测量数据。数据库的发展方向是大型，高速，实时。

(4) 通信方式便利化

在线监测的一项关键技术就是实现主控设备和远端终端设备的有效实时通信。随着计算机网络和无线通信技术的发展，使得通信方式有了更大的选择空间，通信的距离和准确度都大大提高。

3.变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理

3.1.变压器常见故障类型

电力变压器故障类型划分的方式较多，按变压器结构区分有以下几种较常见的故障类型。

1）出口短路故障

出口短路故障是指运行变压器由于受出口短路故障的影响而遭受到的破坏。变压器出口短路时，其高、低压绕组可能同时通过数十倍于额定值的短路电流，它将产生很大的热量，使变压器严重发热，损坏绝缘

2）绕组故障

各类变压器的绕组均是由带绝缘层的绕组导线按一定排列规律和绕向，经绕制、整形、浸烘、套装而成。由于绕组在生产时的不当、运输中受伤、运行中受潮、受各类过电压及过电流冲击等，致使绕组绝缘受到损伤、老化、劣化，造成绕组的短路、断路、变形等故障，由此可能造成变压器内部出现局部过热、局部放电、火花放电、电弧放电等故障。

a、局部放电

当电场强度超过某一极限值（耐压值）时，绝缘油等电介质将失去绝缘作用，在此过程中，若强电场区只局限于电极附近很小的区域内，则电介质只遭受局部损坏，产生放电脉冲电流，此现象即为电介质的局部放电。若强电场的区域很大，形成贯穿性的通道，造成极间短路，则为电介质的击穿。局部放电往往是液体或固体电介质击穿的前奏，若不及时消除，有可能发展为击穿故障。

b、火花放电

在通常大气压下，当电压增高一定值后，气隙中突然发生断续而明亮的火花，在电极间伸展出细光束，此种放电称为火花放电。其特点是放电过程不稳定，击穿后形成收细的发光放电通道，而不再扩散于整个间隙的空间。

c、电弧放电

当电源功率足够大!外电路电阻较小时，气隙火花放电之后，可形成非常明亮的连续弧光,此种放电称为电弧放电。其特点是弧温较高，电弧不易熄灭，电

路具有短路的特征。

火花放电与电弧放电对于变压器的危害最大，因为此类放电的能量密度高，在电应力的作用下会产生高速电子流，固体绝缘材料、金属材料等遭受这些电子轰击后将受到严重破坏，与此同时产生的大量气体一方面会进一步降低绝缘强度，另一方面还含有较多的可燃气体。若不及时处理，严重时有可能造成设备的重大损坏或爆炸事故。

3）铁芯故障

变压器的器身主要是由绕组和铁芯构成，它们是变压器传递、交换电磁能量的主要部件。铁芯不仅要求质量好，还必须有可靠的一点接地。铁芯只有一点接地时，变压器才能正常运行，当出现两点及以上的接地时将可能导致铁芯中产生涡流，铁耗增加，铁芯局部过热。严重的多点接地甚至会使接地线烧断，使变压器失去正常的一点接地，遭受严重损坏。

3.2.变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系

在正常情况下，变压器油在热和电的作用下，逐渐老化和分解，会缓慢地产生少量的低分子烃类，在故障处有纤维材料时，还会产生CO和CO2气体。当变压器内部存在潜伏性的局部过热和局部放电故障时，就会加快产气的速度。一般说来，对于不同性质的故障，绝缘物分解产生的气体不同；而对于同一性质的故障，由于程度不同，所产生的气体数量也不同。所以，根据油中气体的组分和含量，可以判断故障的性质及严重程度。变压器内部故障方式主要有机械的、热的和电的三种类型，而又以后两种为主，且机械性故障常以热的或电的故障形式表现出来。表1对359台故障变压器的故障类型进行统计的结果可以看出，运行中变压器的故障主要有过热性故障和高能放电性故障。根据模拟试验和大量的现场试验，电弧放电的电流大，变压器油主要分解出C2H2、H2及较少的CH4；局部放电的电流较小，变压器油主要分解出H2和CH4；变压器油过热时分解出H2和CH4、C2H4等，而纸和某些绝缘材料过热时还分解出CO和CO2等气体。我国现行的《变压器油中溶解气体分析和判断导则》(GB/T7252-2001)，将不同故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体归纳为表2。同时，通过对变压器在运行中发生的大量事故的诊断和吊芯检验，在表3中列出了变压器典型故障。

表1 变压器故障类型的统计

表 2 变压器不同故障类型产生的气体

表 3 变压器的典型故障

(1) 热性故障

热性故障是由于热应力所造成的绝缘加速老化，具有中等水平的能量密度。过热故障的原因有：分接开关接触不良引起的为50%，铁芯多点接地和局部短路或漏磁环流占33%，导线过热和接头不良或紧固件松动占14.4%，因局部油道堵塞造成局部散热不良约占 2.6%。当变压器发生低温过热时，有一部分变压器油中氢与氢烃(H2+C1+C2)总量之比高于27%；而中高温过热故障时，氢气占氢烃总量的27%以下；当高温过热(>700℃)时，特征气体主要是C2H4，其次是CH4，两者之和一般占总烃的80%以上。除C2H4、CH4之外还有C2H6和H2，严重过热时，也会产生微量C2H2，其最大含量不超过总烃量的6%。当涉及固体材料时则还会产生大量CO、CO2。

当发生裸金属过热使周围的油受热分解时，产生的气体主要是H2和烃类(CH4、C2H2)，当发生固体绝缘材料介入热分解时，也会有大量的CO和CO2产生。变压器内部发生这类故障的原因，主要有：分接开关接触不良，引线和分接开关连接处焊接不良，导线和套管连接处导电不良，铁芯多点接地和局部短路过热等。

纸、纸板、布带、木材等固体绝缘材料受热分解时，其特征是烃类气体含量不高，所产生的气体主要是CO和CO2。产生这一内部故障的原因主要是变压器长期过负荷运行，使固体绝缘大面积过热，或者是由于裸金属过热，引起邻近固体绝缘局部过热。

(2) 电性故障

变压器内部由于放电而使绝缘材料分解产生大量气体，根据放电时能量级别不同，可以分为高能量放电(电弧放电)、低能量放电(火花放电)和局部放电等不同故障类型。

①电弧放电，以线圈匝、层间击穿为多见，其次是引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障模式。其特点是产气急剧、量大，尤其是匝、层间绝缘故障，因无先兆现象，一般难以预测。产生的特征气体主要是C2H2和H2，但也有相当数量的CH4和C2H4。

②火花放电，常发生在以下情况：引线或套管储油柜对电位未固定的套管

导电管放电；引线局部接触不良或铁芯接地片接触不良，而引起放电；分接开关拨叉电位悬浮而引起放电。特征气体以C2H2和H2为主，但也有相当数量的CH4、C2H6，有时也有CO和CO2的增加。因故障能量小，一般总烃含量不高。油中溶解的C2H2在总烃中所占比例可达25-90%，C2H4含量则小于20%，H2占氢烃总量的30%以上。

③局部放电，随放电能量密度的不同而不同，一般总烃含量不高，特征气体主要是H2，其次是CH4，通常H2占氢烃的90%以上，CH4占总烃的90%以上。放电能量密度增高时也可出现C2H2，但在总烃中所占比例一般小于2%，这是和上述两种放电现象区别的主要标志。

(3) 受潮

当变压器内部进水受潮时，能引起局部放电而产生H2，水分在电场作用的电解作用下与铁发生化学反应，也可产生大量H2。故障受潮设备中H2在氢烃总量中占比例更高，有时局部放电和受潮同时存在，其特征气体同局部放电所反映的特征气体极为相似，故单靠油中气体分析结果尚难加以区分，必要时要根据外部检查和其它试验结果加以综合判断。

4.基于油中特征气体组分的故障诊断方法

在实际应用中，分析油中特征气体的组分、含量与故障性质之间的关系的常用方法有：特征气体法、三比值法、与三比值法配合使用的其它方法。

4.1.特征气体法

变压器油中溶解的特征气体可以反映故障点引起的周围油、纸绝缘的热分解本质。气体组分特征随着故障类型、故障能量及其涉及的绝缘材料的不同而不同，表4给出了故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源的能量密度之间有密切关系。

表4 判断故障性质的特征气体法

从表 4 所统计的结果可知：每种故障产生的特征气体都有C2H2，但热故障和电故障产生的特征气体中C2H2的含量差异很大；低能量的局部放电并不产生C2H2，或仅仅产生很少量的C2H2。因此，C2H2既是故障点周围绝缘油分解的特征气体，而C2H2的含量又是区分过热和放电两种故障性质的主要指标。由于大部分过热故障，特别是出现高温热点时，也会产生少量C2H2，因此不能认为凡有C2H2出现的故障，都视为放电性故障。例如1000℃以上时，会有较多的C2H2出现。但1000℃以上的高温既可以由能量较大的放电引起，也可以由导体过热而引起；又如分接开关出现热故障时也出现有C2H2，实际上一般只是由高温过热点产生C2H2，不应该因有C2H2而认为裸金属过热并伴有放电。H2是油中发生放电分解的特征气体，但是H2的产生又不完全由放电引起。当H2含量增大，而其他组分不增加时，有可能是由于变压器进水或有气泡引起水和铁的化学反应，

或在高电场强度下，水或气体分子的分解或电晕作用所致；如果伴随着H2含量超标，CO、CO2含量较大，即是固体绝缘受潮后加速老化的结果。

在变压器中，主要的绝缘材料是绝缘油和绝缘纸、纸板等，它们在运行中受多种因素的作用将逐渐老化，分解产生的主要气体是CO 和CO2，因此可将CO 和CO2作为油纸绝缘系统中固体材料分解的特征气体。

综上所述，并根据对各类大型电力变压器的诊断和检查结果进行的比较、分析，在表5 中归纳出特征气体中主要成分与异常情况的关系。

表 5 特征气体与异常情况对照表

特征气体判断法对故障性质有较强的针对性，比较直观方便，缺点是没有明确量的概念。特征气体法虽可对故障性质作出判断，但是要对故障性质作进一步的探讨，预估故障源的温度范围等，还必须找出故障气体组分的相对比值与故障点温度依赖关系及其变化规律，即组分比值法。

4.2.三比值法

研究证明，变压器故障诊断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；基于上述观点，产生了以CH4/H2，C2H6/CH4，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4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。于是国际电工委员会（IEC）将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进行了改良，得到了目前推荐的改良三比值法（以下简称三比值法）。

三比值法的原理是：根据变压器内油和绝缘物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种特征气体中选用两种溶解度和扩散

系数相近的气体组分组成三对比值，以不同的编码表示；根据表6的编码规则和表7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影响，是判断变压器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6和表7是我国GB/T7252-2001《导则》推荐的改良三比值法（类似于IEC 推荐的改良三比值法）的编码规则和故障类别判断方法。

表6 三比值法的编码规则

表7 故障类型判断方法

应用三比值法时应当注意的问题有：

①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判断设备可能存在故障时，气体比值才是有效的。对气体含量正常，比值没有意义。

②假如气体的比值与以前的不同，可能有新的故障重叠在老故障或正常老化上。为了得到仅仅相应于新故障的气体比值，要从最后一次的分析结果中减去

上一次的分析数据，并重新计算比值。

③表中每一种故障对应于一组比值，对多种故障的联合作用，可能找不到相对应的比值组合，而实际是存在的。在实际中可能出现没有包括在表中的比值组合，对于某些组合的判断正在研究中。

总之，虽然目前三比值法准确率相对较高，应用较为广泛，但是由于故障分类本身存在模糊性，每一组编码与故障类型之间也具有模糊性，三比值还未能包括和反映变压器内部故障的所有形态，所以它还在不断发展和积累经验，并继续进行改良，以便更全面地反映故障信息。

4.3.与三比值法配合使用的其它方法

由于三比值法存在着不足，因此在对运行中的充油变压器进行故障诊断时，还需要一些配套的辅助方法。为此，我国现行的GB/T7252-2001《导则》推荐了其它几种辅助方法。

1、比值CO2/CO

当故障涉及固体绝缘时，会引起CO和CO2含量的明显增长。根据现有的统计资料，固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的老化分解，表现在油中CO和CO2的含量上，一般没有严格的界限，规律也不明显。这主要是由于从空气中吸收CO2、固体绝缘老化及油的长期氧化形成CO和CO2的基值过高造成的。开放式变压器溶解空气的饱和量为10％，设备里可以含有来自空气中的300μ/μL 的CO2。在密封设备里，空气也可能经泄漏而进入设备油中，这样，油中的CO2浓度将以空气的比率存在。经验证明，当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般CO2/CO＞7。当怀疑故障涉及固体绝缘材料时(高于200℃)，可能CO2/CO＜3。

2、比值O2/N2

一般在油中都溶解有O2和N2，这是油在开放式设备的储油罐中与空气作用的结果，或密封设备泄漏的结果。在设备里，考虑到O2和N2的相对溶解度，油中的O2/N2的比值反映空气的组成，接近0.5。运行中由于油的氧化或纸的老化，这个比值可能降低，因为O2的消耗比扩散更迅速。负荷和保护系统也可影响这个比值。但当O2/N2＜0.3时，一般认为是出现了氧被极度消耗的迹象。

3、比值C2H2/H2

在充油电力变压器中，有载调压操作产生的气体与低能量放电的情况相符。假如某些油或气体在有载调压油箱与主油箱之间相通，或各自的储油罐之间相通。这些气体可能污染主油箱的油，并导致误判断。

主油箱中C2H2/H2＞2，认为是有载调压污染的迹象，这钟情况可利用比较主油箱和储油罐的油中溶解气体浓度来确定。气体比值和乙炔浓度值依赖于有载调压的操作次数和产生污染的方式(通过油或气)。

4、气体比值的图示法

利用气体的三对比值，在立体坐标图上建立图1所示的立体图示法，可方便地直观不同类型故障的发展趋势。利用CH4、C2H2和C2H4的相对含量，在图2所示的三角形坐标图上判断故障类型的方法也可辅助这种判断。

图示法对在三比值法或溶解气体解释表中给不出诊断的情况下是很有用的，因为它们在气体比值的极限之外。使用图1的最接近未诊断情况的区域，容易直观地注意这种情况的变化趋势。在这种情况下，图2总能提供一种诊断。为了显示清楚，图1中轴以10为极限，但实际上是无限的，这更适合利用计算机软件显示。

图1 立体图示法

图 2 中，PD-局部放电，D1-低能放电，D2-高能放电，T1-热故障t﹤300℃，T2-热故障300℃﹤t﹤700℃，T3-热故障t﹥700℃

图2 大卫三角法

参考文献

[1]张冠军，钱政，严璋。DGA技术在电力变压器绝缘故障诊断中的应用和进展。变压

器。1999，36(1)：30

[2]孙才新等。电气设备油中气体在线监测与故障诊断技术。北京：科学出版社，2003

[3]高文胜，严璋，谈克雄。基于油中溶解气体分析的电力变压器绝缘故障诊断方法。电工

电能新技术。2000，(1)：22-26

[4]吴广宁。电气设备状态监测的理论与实践。清华大学出版社，2005.10

[5]周武仲。电力设备维修诊断与预防性实验。北京：中国电力出版社，2008

[6]郑朝晖。油中溶解气体气相色谱法诊断变压器内部故障。华北电力技术，2003，30(8)：

34-37

[7]陈化钢。电力设备预防性试验方法及诊断技术。北京：中国科学技术出版社，2001.3

[8]刘先勇。在线油中气体分析技术及其实现途径。第一届电力行业“电气设备状态监测与

故障诊断技术研讨会”，杭州，2003

[9]薛伍德。变压器油中溶解气体的现场监测和故障诊断。变压器,1996

[10]叶品勇。基于油中溶解气体分析的变压器故障预测。南京理工大学硕士学位论文。2007

变压器油中溶解气体在线监测概要

变压器油中溶解气体在线监测方法研究

摘要 (3) 1. 导言 (4) 2. 国内外发展现状及发展趋势 (6) 3. 变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理 (9) 3.1.变压器常见故障类型 (9) 3.2.变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系 (10) 4. 基于油中特征气体组分的故障诊断方法 (14) 4.1.特征气体法 (14) 4.2.三比值法 (15) 4.3.与三比值法配合使用的其它方法 (17)

摘要 电力变压器是电力系统中最主要的设备，同时也是电力系统中发生事故最多的设备之一，对其运行状况实时监测，保证其安全可靠运行，具有十分重要的意义。变压器油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映设备异常的特征量。如何以变压器油中溶解气体在线监测为手段，实现对运行变压器潜伏性故障的诊断和预测，是本文的出发点。 本文的目标是研究基于油中溶解气体分析（DGA）的电力变压器状态监测与故障分析方法，通过气体色谱分析方法实现对变压器油中溶解的七种特征气体（氢气H2、甲烷CH4、乙炔C2H2、乙烯C2H4、乙烷C2H6、一氧化碳CO、二氧化碳CO2)组分含量在线实时监测，从而达到对电力变压器工作状态的诊断分析。

1.导言 现代社会对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展。一方面是单台电力的容量越来越大；另一方面是电力网向着超高压的方向发展，并正组织成庞大的区域性甚至跨区域的大电网。然而，随着电力设备容量的增大和电力网规模的扩大，电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响也就越来越大。这就要求供电部门在不断提高供电质量的同时，要切实采取措施来保证电力设备的正常运行，以此来提高供电的可靠性。长期以来形成的定期检修已不能满足供电企业生产目标。激烈的市场竞争迫使电力企业面临着多种棘手的问题，例如如何提高设备运行可靠性、如何有效控制检修成本、合理延长设备使用寿命等。因此，状态检修已成为必然。而状态检修的实现，必须建立在对主要电气设备有效地进行在线监测的基础上，通过实时监测高压设备的实际运行情况，提高电气设备的诊断水平，做到有针对性的检修维护，才能达到早期预报故障、避免恶性事故发生的目的。由此可见，以变压器状态监测为手段，随时对其潜伏性故障进行诊断和预测以及跟踪发展趋势是十分必要的。 对于大型电力变压器，目前几乎大多是用油来绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成低分子气体；变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展，裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用，就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障，其产生的气体量随故障的严重程度而异。由此可见，油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度，可以作为反映电气设备电气异常的特征量。 溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis简称DGA)是诊断变压器内部故障的最主要技术手段之一。根据GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，可以通过分析油中7种分析组分H2、C2H2、C2H4、C2H6、CH4、CO和CO2的含量来判断并分析故障。通过从油样中分离出这些溶解气体，并利用色谱技术对其进行定量分析。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及故障的严重程度，所以根据色谱分析结果可以进

变压器油中溶解气体的成分和含量

变压器油中溶解气体的成分和含量 与充油电力设备绝缘故障诊断的关系 摘要：介绍了通过分析变压器油中溶解气体的成分和含量以判断充油电力设备故障的机理和方法。 关键词：变压器；变压器油；气相色谱法；比值法 1 前言 气相色谱法一直是国内外许多电力设备制造厂作为检验质量、开发新产品的有力工具。实践证明，用气相色谱法能有效地发现充油电力设备内部的潜伏性故障及其发展程度，而利用其他电气试验方法很难发现某些局部发热和局部放电等缺陷。故在1999年颁布执行的电力设备预防性试验规程中，把油中气体色谱分析放在“电力变压器及电抗器”试验的首位。某些变压器厂家在其产品中还装设了DGA(dissolved gas analysis，即溶解气体分析)自动检测报警系统。 2 故障分析的机理 充油的电力设备(如变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等)的绝缘主要是由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料(如电缆纸、绝缘纸板等)所组成。其中 矿物绝缘油即变压器油，是石油的一种分镏产物，其主要成分是烷烃(C n H 2n+2 )、环烷族饱 和烃(C n H 2n )、芳香族不饱和烃(C n H 2n-2 )等化合物。有机绝缘材料主要是由纤维素(C 6 H 10 O 5 ) n 构成。在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质，会分解出极少量的气 体(主要有氢H 2、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、一氧化碳CO、二氧化碳CO 2 等7种)。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮情况时，这些气体的产

量会迅速增加。表1列出气体的种类与外施能量的关系。 这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分上升在绝缘油的面上，例如变压器有一部分气体从油中逸出进入气体继电器(瓦斯继电器)。经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关。因此在设备运行过程中，定期测量溶解于油中的气体组织成分和含量，对于及早发现充油电力设备内部存在的潜伏性故障有非常重要的意义。 表1 气体种类与外施能量的关系 气体CO CO2H2CH4C2H6C2H4C2H2 能量/J 3特征气体色谱的分析和判断 判断有无故障的两种方法 与油中溶解气体的正常值作比较判定有无故障 若氢和烃类气体不超过表2所列的含量，则认为电力设备运行正常。 表2 油中溶解气体的正常值 气体成分H2CH4C2H6C2H4C2H2总烃(C1+C2) 正常极限值/μ1004535555100 根据总烃产气速率判定有无故障 当总烃含量超过正常值时，应考虑采用产气速率判断有无故障。绝对产气速率V：

油色谱在线监测系统专用技术规范(范本)

油色谱在线监测系统专用技术规范（范本） 目次 1 标准技术参数 (1) 2 项目需求部分 (2) 2.1 货物需求及供货范围一览表 (2) 2.2 必备的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表 (2) 2.3 图纸资料提交单位及其接收单位 (3) 2.4 工程概况 (3) 2.5 项目单位技术差异表 (3) 2.6 使用条件 (3) 3 投标人响应部分 (4) 3.1 投标人技术偏差表 (4) 3.2 销售及运行业绩表 (4) 3.3 推荐的备品备件、专用工具和仪器仪表供货 (4) 3.4 最终用户的使用情况证明 (4) 3.5 投标人提供的试验检测报告表 (4) 3.6 投标人提供的鉴定证书表 (4) 1 标准技术参数 投标人应认真逐项填写标准技术参数表（见表1）中投标人保证值，不能空格，也不能以“响应”两字代替，不允许改动招标人要求值。如有差异，请填写表7 投标人技术偏差表。表 1 系统标准技术参数表

中给出，投标人应对该差异表响应。差异表与标准技术参数表中参数不同时，以差异表给出的参数为准。 2 项目需求部分 2.1 货物需求及供货范围一览表 表 2 货物需求及供货范围一览表 2.2 必备的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表 表 3 必备的备品备件、专用工具和仪器仪表供货表

2.3 图纸资料提交单位及其接收单位 经确认的图纸资料应由卖方提交表 4 所列单位。 2.4.1 项目名称： 2.4.2 项目单位： 2.4.3 工程规模： 2.4.4 工程地址： 2.4.5 交通、运输： 2.5 项目单位技术差异表 项目单位原则上不能改动通用部分条款及专用部分固化的参数。根据工程实际情况，使用条件及相关技术参数有差异时，应逐项在“表5 项目单位技术差异表”中列出。本表是对技术规范的补充和修改，如有冲突，应以本表为准。

变压器铁芯接地电流在线监测装置技术规范

Q/CSG 中国南方电网有限责任公司企业标准 中国南方电网有限责任公司发布

Q/ CSG XXXXX.X-2013 目次 前言...................................................................................................................................................................... II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 技术要求 (1) 5 试验项目及要求 (2) 6 检验规则 (3) 7 标志、包装、运输、储存 (4) I

Q/ CSG XXXXX.X-2013 II 前言 为规范输变电设备在线监测系统的规划、设计、建设和运行管理，统一技术标准，促进在线监测 技术的应用，提高电网的运行可靠性，特制定本标准。 本标准由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口并解释。 本标准起草单位：广东电网公司电力科学研究院。 本标准主要起草人： 本标准由中国南方电网有限责任公司标准化委员会批准。 本标准自XXXX年XX月XX日起实施。 执行中的问题和意见，请及时反馈给南方电网公司生产技术部。

Q/ CSG XXXXX.X-2013 变压器铁芯接地电流在线监测装置技术规范 1范围 本标准规定了变压器铁芯接地电流在线监测装置的范围、术语、使用条件、技术要求、试验、备品备件、标志、包装、运输、贮存要求等，可作为产品的研制、生产、检验和现场测试的依据。 本标准适用于110kV及以上电压等级的变压器铁芯接地电流在线监测装置的生产、检测、使用和维修。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 191 包装储运图示标志 GB/T 2423 电工电子产品环境试验 GB/T 16927.1 高电压试验技术第一部分：一般试验要求 GB/T 16927.2 高电压试验技术第二部分：测量系统 GB/T 17626.1 电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论 DL 393-2010 输变电设备状态检修试验规程 Q/CSG XXXX 变电设备在线监测系统通用技术规范 3术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1变压器铁芯接地电流在线监测装置 安装在高压设备附近，用于变压器铁芯接地电流特征量连续实时监测的装置。一般由传感器、数据采集和处理模块、通讯控制模块等组成。 4技术要求 4.1通用技术要求 变压器铁芯接地电流在线监测装置的基本功能、绝缘性能、电磁兼容性能、环境性能、机械性能要求、外壳防护性能、连续通电性能、可靠性及外观和结构等通用技术要求应满足《变电设备在线监测装置通用技术规范》。 4.2接入安全性要求 1

变压器油中气体分析

变压器油中气体分析 通过培训掌握绝缘油中气体含量分析，气相色谱技术是近年来兴起的一项新技术，能够对运行中的变压器进行实时监测，通过采集变压器箱体内的少量油样，分析油中气体的组分及其含量，就可以判断变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。 油浸式变压器一旦出现故障，将造成影响现场生产，甚至造成机组停机，损失巨大。及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障苗头，对保证变压器安全、可靠、优质运行有十分重要的意义。 一、气相色谱法的原理和意义 色谱法它是一种物理分离技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，叫做固定相，另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做流动相。当流动相中所含的混合物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用。由于各组分在性质与结构上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后秩序从固定相中流出，这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱法。当用液体作为流动相时，称为液相色谱，当用气体作为流动相时，称为气相色谱。 气相色谱法的一般流程主要包括三部分：载气系统、色谱柱和检测器。 当载气携带着不同物质的混合样品通过色谱柱时，气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内，随着固定相中物质分子的增加，从固定相挥发到气相中的试样物质分子也逐渐增加，也就是说，试样中各物质分子在两相中进行分

配，最后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程，称分配过程。分配达到平衡时，物质在两相中的浓度比称分配系数，也叫平衡常数，以Ｋ表示，Ｋ＝物质在固定相中的浓度／物质在流动相中的浓度，在恒定的温度下，分配系数Ｋ是个常数。 由此可见，气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样的各组分就在两相中经反复多次地分配，使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果，从而将各组分分离开来。然后再进入检测器对各组分进行鉴定。 不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体，就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并可随时监视故障的发展状况。因此，国家规程对于变压器油中各种气体的含量有着明确而严格的要求。特别是对于乙炔，它是反映故障放电的主要指标，一旦出现，就可能是变压器内部严重故障的反应。因此对于变压器油中乙炔的含量应严格要求和追踪。对于出现含乙炔的变压器油的变压器，应严格按规定进行追踪分析判断，并结合电气试验，对变压器内部运行做出正确的分析判断。当变压器油中的油气组分超标时，我们可以认为其设备内部就可能存在故障。气相色谱技术的运用充分解决了这一难题。变压器油气的色谱分析及色谱追踪试验，能够真实有效的反映设备的运行情况，对于尽早发现设备内部过热或放电性故障，及早预防保证设备的正常运行，有着重要的作用。 二、绝缘油气体在线装置工作原理 变压器在发生故障前，在电、热效应的作用下，其内部会析出以H2为主的

设油色谱在线监测装置

设油色谱在线监测装置 变压器需装设油色谱在线监测装置 安装方式：现场机柜安装在变压器现场，后台控制系统主机安装在控制室（具体方式设计联络时确定）。 适应变压器油温:10℃～100℃； 载气：使用时间不小于1年 工作电源：交流220V±10%，50HZ； ●油色谱在线监测装置由安装在变压器现场的现场机柜、油色谱在线监测屏（含数据处理服务器、分析软件等）、色谱数据采集器等组成，每台变压器含油色谱在线监测装置一套。油色谱在线监测屏的尺寸和颜色在设计联络时确定。 ●在线监测系统数据采用有线传输，实现网络远程功能，并能在数据处理服务器上显示监测界面、数据查询、参数设置等功能。 ●应能同时监测变压器油中溶解的氢气(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、乙烷（C2H6）等六种气体组分及总烃的含量、各组 判断所监测设备的状态，对设备初期故障进行预测； ●油气分离装置：采用真空脱气原理，油气分离装置应满足不消耗油、不污染油、循环取油以及免维护等前提条件，确保监测系统的取样方式不影响主设备的安全运行。 ●取样方式须采用循环取油方式，取样后的变压器油必须回到变压器本体内，不能直接排放，不能造成变压器油损耗。取样油必须能代表变压器中油的真实情况。 ●装置具有原始谱图查询功能； ●装置不能使用可燃性气体，实验时不能有火焰； ●装置应通过国家或省级权威机构的产品性能测试和电磁兼容测试，并提供测试报告和测试方法；

●系统设备的安装、使用不影响主设备的正常、安全可靠运行，可以带电安装调试。 ●采用高纯氮气作为载气。 ●载气应为两瓶，一主一备。确保在载气更换过程中不影响监测设备正常运行。 ●监测系统包括在线检测油中溶解气体含量和色谱分析诊断两部分。能自动实现数据采集、智能谱峰识别、三比值分析、立方图分析、大卫三角形分析、相对产气速率和绝对产气速率计算、趋势图分析、色谱谱图分析、原始谱图查询及故障诊断等功能； ●测量周期 监测装置的最小监测周期≤2小时。 监测周期可以通过现场和远程方式自行设定。 ●色谱分离模块须采用单一色谱柱进行气体组份分离，分离模块具备恒温控制系统，恒温精度≤±0.1℃； ●监测系统工程可由用户根据需要设置不同间隔的采样周期.； ●通讯接口：RS485（支持TCP/IP网络协议），具体接口设计联络时确定； ●同一样品多次分析误差不大于其平均值±5%；与试验室分析数据的平行试验结果相差不应大于平均值的±30%。（投标方必须提供至少省级电力试验研究院或实验室出具的产品稳定性、重复性以及最小检测限检测证明）； ●后台处理器抗干扰性能符合对变电站综合自动化系统主控室计算机要求的相关标准； ●历史监测数据和原始谱图能够保存10年。能够对历史数据和原始谱图进行查询； ●可设定变压器色谱数据的越限报警值。一旦系统判断设备状态参数超标，系统能够自动报警；报警功能具有二级，为声/光报警。 ●系统应具备谱图控制功能，用户能够根据自己的需要对数据的图形显示结果进行局部放大、缩小以及定制显示效果等多种控制； ●系统具有完善的安全防护措施，采用基于权限的用户管理； ●系统须提供手动启动检测方式，用户可以在任意时间通过软件启动一次检测，并能观察到整个系统的运行控制流程，可以视现场装置运行情况，自行决定何时进样、何时结束检测。 ●油色谱信息上传至供电段，远方后台进复示终端。

主变压器在线监测装置配置分析.

分析主变压器的油色谱、温度（光纤测温）、铁芯接地、局部放电、套管介损等五种在线监测，得出配置主变压器在线监测是安全，可靠、经济的结论。 1.前言 大型电力变压器的安全稳定运行日益受到各界的关注，尤其越来越多的大容量变压器进网运行，一旦造成变压器故障，将影响正常生产和人民的正常生活，而且大型变压器的停运和修复将带来很大的经济损失，在这种情况下实时监测变压器的绝缘数据，使变压器长期在受控状态下运行，避免造成变压器损坏，对变压器安全可靠运行具有一定现实意义。 主变压器在线监测主要包括：油色谱、温度（光纤测温）、铁芯接地、局部放电、套管介损监测。 2.变压器油色谱在线监测 变压器油中溶解气体分析是诊断充油电气设备最有效的方法之一，能够及早发现潜在性故障。由于试验室分析的取样周期较长，且脱气误差较大及耗时较多等问题，因此不能做到实时监测、及时发现潜伏性故障，很难满足安全生产和状态检修的要求。油色谱在线监测采用与实验室相同的气相色谱法。能够对变压器油中溶解故障气体进行实时持续色谱分析，可以监测预报变压器油中七种故障气体，包括氢气（H2），二氧化碳（CO2），一氧化碳（CO），甲烷（CH4），乙烯（C2H4），乙烷（C2H6）和乙炔（C2H2）。 该系统目前已广泛应用于变压器的在线故障诊断中，并且建立起模式识别系统可实现故障的自动识别，是当前在变压器局部放电检测领域非常有效的方法。 3.变压器光纤测温在线监测 变压器寿命的终结能力最主要因素是变压器运行时的绕组温度。传统的绕组温度指示仪（WTI）是利用"热像"原理间接测量绕组温度的仪表，安装在变压器油箱顶部感测顶层油温，WTI指示的温度是基于整个

应用油中溶解气体分析法判断变压器故障

编号：AQ-JS-03420 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 应用油中溶解气体分析法判断 变压器故障 Application of dissolved gas analysis in oil to judge transformer fault

应用油中溶解气体分析法判断变压 器故障 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 1根据油中溶解气体进行变压器故障诊断 变压器油是由具有不同键能的化学键键合在一起的碳氢化合物分子组成的。它作为良好的介质材料在变压器中起绝缘、散热、灭弧等作用，并有其特殊的性能。 在正常运行条件下，变压器油和固体绝缘材料由于受到电场、热、水分、氧的作用，随时间而发生速度缓慢的老化现象，产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物等。 当变压器在故障状态下运行时，故障点周围的变压器油温度升高，其化学键断裂，形成多种特征气体。因不同键能的化学键在高温下有不同的稳定性，根据热力动力学原理，油裂解时生成的任何一种气体，其产气速率都随温度而变化，在一特定温度下达到最大

值。随着温度的上升，最大值出现的顺序是：甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)。在温度高于1000℃时，还有可能形成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。故障下产生的气体通过运动、扩散、溶解和交换，将热解气体分子传递到变压器油的各部分。 油中溶解气体分析法就是根据故障下产气的累计性、故障下的产气速率和故障下产气的特性来检测与诊断变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障的。 2采用色谱法分析变压器故障的注意事项 (1)发现特征气体组分含量增长时，应缩短跟踪分析周期，并结合历史数据、产气速率、负荷情况、电气试验、新投运设备出厂前的状况、检修工艺流程等，确定故障是由于电路还是磁路或是其它原因，如辅助设备、设备材料、检修工艺等引起的，以缩小检修时的故障查找范围。 (2)由于取样阀中某些特殊的材料(如含镍不锈钢合金等)的催化作用，生成大量的氢气聚集在取样阀周围；取样阀在进行焊接后，大量在高温下产生的特征气体同样会聚集在取样阀的周围，此时取

变压器油中溶解气体分析与诊断

变压器油中溶解气体分析与诊断 摘要 变压器在线监测及故障诊断技术，对提高电力系统的安全稳定性具有十分重要的意义。其中基于油中溶解气体分析的在线监测技术是变压器在线监测中最普遍，也是最重要的技术。目前己投入使用的油中溶解气体在线监测系统普遍存在一些不足，如检测气体种类少、准确度及精确度不高、体积大、成本高等。 本文对变压器油色谱在线监测及故障诊断系统进行了研究，分析了其它色谱在线监测方法的种种不足，对其进行了改进，设计了一套变压器油在线监测系统，能够及时、准确地监测变压器油中溶解的各种特征气体，实时地反映设备的运行状态，并对故障诊断算法进行了仿真。在获得真实可靠的监测数据的基础上，建立了一个诊断模型，并对该模型进行了仿真，仿真结果表明三比值法、四比值法等故障诊断方法有一定的优越性，能够比较准确地定性和定量地对故障做出判断，为电力运营部门提供有用的决策依据。 分析了变压器油中溶解气体的发展变化规律，研究了变压器油中溶解气体和故障类型之间的关系。对常用的三比值模型进行深入研究，总结了各种模型的特点和适用范围。论述了用三比值进行变压器油中溶解气体分析，诊断和预测变压器故障的有效性和可行性。 关键词：变压器油中溶解气体在线监测故障诊断

目录 第一章绪论 (4) 1.1变压器 (4) 1.1.1变压器的分类 (4) 1.1.2电力变压器的选型原则 (6) 1.1.3变压器的作用及其意义 (13) 1.2变压器油 (14) 1.2.1变压器油简介 (14) 1.2.2变压器油国内外发展现状 (15) 第二章.变压器油中溶解气体分析与诊断 (17) 2.1.利用CO、CO2浓度及CO2/CO比值诊断固体绝缘老化 (17) 2.2.利用mL(CO2+CO)/g(纸)诊断变压器绝缘寿命 (19) 2.3利用油中糠醛分析诊断变压器绝缘老化 (20) 2.3.1概述 (20) 2.3.2.油中糠醛含量测试方法 (21) 2.3.4利用油中糠醛诊断变压器绝缘寿命 (23) 2.4固体绝缘老化的综合诊断 (29) 3 变压器油的运行维护 (30) 3.1变压器油的选择 (30) 3.1.1变压器油的质量标准 (30) 3.1.2变压器油在低温下的特性 (31) 3.2 混油、补油和换油 (33) 3.2.1 混油和补油 (33) 3.2.2换油 (34) 3.3 运行变压器油的防劣措施 (36) 3.3.1 隔膜密封装置 (36) 3.3.2 净油器 (37) 3.4 变压器油的金属减活（钝化）剂 (42)

油色谱在线监测系统

ES-2010变压器油色谱在线监测系统 福州亿森电力设备有限公司 安装准备方案 （变压器制造商、电力设计院） “ES-2010变压器油色谱在线监测系统”是一种高可靠性的在线监测设备，可连续、实时、在线、自动分析变压器油中溶解气体的含量和增长率，通过故障诊断专家系统，对变压器故障进行自动诊断。 “ES-2010变压器油色谱在线监测系统”安装的最佳方案是在变压器出厂前即预留好油路安装接口，为便于与变压器制造商更好配合，特编制了以下准备方案，供变压器生产商参考。 一、ES-2010变压器油色谱在线监测系统现场安装示意图 ES-2010系统的现场主机安装在变压器油池边，现场主机与变压器预留接口通过4mm不锈钢管连接，ES-2010数据处理器安装在变电站（电厂）主控室内，与现场主机通过通讯电缆连接，安装示意图如图1 图1：室外安装示意图

二、ES-2010变压器色谱在线监测系统的组成 ES-2010系统包含配置：（图纸附后） 1．色谱在线监测现场主机：型号：ES-2010，1台； 2．数据处理服务器：型号：品牌服务器1台（安装于变电站主控室，建议组屏）；3．分析软件： 1套； 4．不锈钢连接管：长度根据现场距离而定（连接变压器上接口与油色谱现场主机）；5．配件：通讯电缆（连接油色谱现场主机与数据处理服务器）。 三、ES-2010变压器油色谱在线监测系统安装条件准备： 1．变压器油路接口（变压器厂提供） 由变压器厂在每台变压器本体上开2个接口，并加装阀门，上部接口位置最好在变压器2/3高度，并与下部接口在同一条直线上。 建议两个阀门采用常用的球阀或者闸阀，若采用其他尺寸阀门，变压器厂将接口法兰尺寸告知福州亿森，由福州亿森加工相对应油路接口。 2．现场电源（设计院设计） ES-2010油色谱现场主机电源要求：220V不间断交流电源；由变压器周围配电箱提供，现场设备功耗1000W。 3．油色谱现场主机基础（附图）（设计院设计） ES-2010油色谱在线监测现场主机基础要求用混凝土或水泥材料建立，在砌基础时预埋四个M10×100不锈钢螺栓和三根Ф50镀锌管，膨胀螺栓用来固定油色谱在线监测现场主机，镀锌管用来铺设油管和电缆，附图。 4．数据处理服务器安装位置（设计院设计） ES-2010数据处理服务器外型满足19″工业机箱标准，组屏，可直接在主控室控制屏上安装，要求在控制屏上预留安装位置。 5．主控室电源（设计院设计） ES-2010数据处理服务器电源要求：220V交流电源，所需的交流电源取自室内设备不间断电源，设备功耗400W。 6．主控室网线（设计院设计） 为能达到MIS系统与远程控制的顺利进行，在主控室安装监控服务器系统的控制屏处

智能变压器状态在线监测技术方案

智能变压器状态监测系统技术方案 一、智能变压器状态监测系统 智能变压器作为智能变电站的核心组成部分，其建设获得了越来越多的关注。根据现行的标准，智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站互动的变电站。智能变压器在线监测系统是保证变压器正常工作并预估设备的损耗以建立合理的检修计划，智能变压器在线监测系统是实现智能变电站的基础设备之一。 变压器是电力系统中重要的也是昂贵的关键设备，它承担着电压变换，电能分配和转移的重任，变压器的正常运行是电力系统安全、可靠地经济运行和供用电的重要保证，因此，必须最大限度地防止和减少变压嚣故障或事故的发生。但由于变压器在长期运行中，故障和事故是不可能完全避免的。引发变压器故障和事故的原因繁多，如外部的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中留下的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化等等，已成为故障发生的主要因素。同时，客观上存在的部分工作人员素质不高、技术水平不够或违章作业等，也会造成变压器损坏而造成事故或导致事故的扩大，从而危及电力系统的安全运行。 正因为变压器故障的不可完全避免，对故障的正确诊断和及早预测，就具有更迫切的实用性和重要性。但是，变压器的故障诊断是个非常复杂的问题，许多因素如变压器容量、电压等级、绝缘性能、工作环境、运行历史甚至不同厂家的产品等等均会对诊断结果产生影响。 智能变压器状态监测系统构架如图1-1所示：

变压器油中气体分析

变压器 TRANSFORMER 2000 变压器油中溶解气体的成分和含量 与充油电力设备绝缘故障诊断的关系 张利刚 摘要：介绍了通过分析变压器油中溶解气体的成分和含量以判断充油电力设备故障的机理和方法。 关键词：变压器；变压器油；气相色谱法；比值法 中图分类号：TM411；TM406 文献标识码：B 文章编号：1001-8425(2000)03-0039-04 Relation between the Composition & Contents of Dissolved Gases in Transformer Oil and Insulation Fault Diagnosis of Oil-Filled Power Equipment ZHANG Li-gang Abstract:The mechanism and method of estimating the oil-filled power equipment fault through analyzing the composition & contents of dissolved gases in transformer oil are introduced.

Key words:Transformer; Transformer oil; Gas Chromatography; Ratio method 1 前言 气相色谱法一直是国内外许多电力设备制造厂作为检验质量、开发新产品的有力工具。实践证明，用气相色谱法能有效地发现充油电力设备内部的潜伏性故障及其发展程度，而利用其他电气试验方法很难发现某些局部发热和局部放电等缺陷。故在1999年颁布执行的电力设备预防性试验规程中，把油中气体色谱分析放在“电力变压器及电抗器”试验的首位。某些变压器厂家在其产品中还装设了DGA(dissolved gas analysis，即溶解气体分析)自动检测报警系统。 2 故障分析的机理 充油的电力设备(如变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等)的绝缘主要是由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料(如电缆纸、绝缘纸板等)所组成。其中矿物绝缘油即变压器油，是石油的一种分 镏产物，其主要成分是烷烃(C n H 2n+2 )、环烷族饱和烃(C n H 2n )、芳香族不饱 和烃(C n H 2n-2 )等化合物。有机绝缘材料主要是由纤维素(C 6 H 10 O 5 ) n 构成。在 正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质，会分解出极少 量的气体(主要有氢H 2、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、一氧 化碳CO、二氧化碳CO 2 等7种)。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮情况时，这些气体的产量会迅速增加。表1列出气体的种类与外施能量的关系。 这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分上升在绝缘油的面上，例如变压器有一部分气体从油中逸出进入气体继电器(瓦斯继电器)。经验

变压器油色谱在线监测系统

ES-Y102变压器油色谱在线监测系统 产品说明书福州亿森电力设备有限公司

目录 1、前言..................................................................错误！未定义书签。 2、产品简介 (6) 3、系统组成 (6) 4、工作原理 (7) 5、技术特点 (8) 6、技术参数 (10) 7、装置安装 (11) 8、在线分析及故障诊断专家系统软件 (12)

1、基本介绍 ES-2010油色谱在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的精密设备，对变压器等油浸电力设备进行在线监测，及在线及时准确检测出绝缘油中溶解的各种故障特征气体浓度及变化趋势，这些气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。ES-2010油色谱在线监测系统能够快速准确的进行油色谱分析，实现完全在线监测油浸式电力设备的运行信息，为变压器等油浸电力设备的长期稳定运行提供了可靠保证。 2主要特点编辑 1、独特的内置油循环系统 2、世界最先进的真空脱气方式 3、专用复合色谱柱 4、高灵敏度的气敏传感器 ES-2010 5、高精度恒温控制系统 6、最新诊断技术

7、先进的数据处理算法 3产品简介编辑 系统组成： 系统由前端脱气装置（ESTAM-sp）、数据处理器(ESTAM-sm)和系统分析管理软件(ESTAM-st)三部分组成 系统特点： ◆油气分离采用一体化气室，密封性能好 ◆高性能渗透膜抗压力强、平衡快、使用寿命长 ◆数据采集器可自动检测并储存多天的检测数据，主控计算机随时实施数据上传 ◆系统数据处理软件实现数据自动上传、自动捕峰、自动出峰增益和自动故障诊断 ◆系统数据通讯支持TCP/IP网络协议，可实现远程检测诊断和系统远程维护 ◆系统检测前端小，便于维护和现场安装 ◆全汉化软件系统，界面友好、操作方便 在线油色谱检测系统 技术参数：

变压器在线监测装置

变压器在线监测装置 我厂2X 1000MW 机组2组主变（2x3台单相变）及2台三相一体式起备变变压器配置美 国Server 。n 公司生产的变压器在线监测装置的描述。在该系统装置中，对变压器油中故障 气体（TM8、微水（TMM 、高压套管（TMB 进行在线监测及后台控制，并通过接口与 DCS 连接。 1、TM8/TMM 变压器在线监测装置工作原理 TM8/TMM 变压器在线监测装置是通过油中溶解气体分析（ Dissolved Gases An alysis, 简称DGA 来对油浸电力设备进行监测。因能够及时发现变压器内部存在的早期故障，在以 往的运行维护中消除了不少事故隐患。 其工作原理是：TM8/TMM 1过一台泵来实现变压器油以大约 250ml/m 的流量在变压器 和在线监测仪的萃取系统间循环。 萃取过程不消耗变压器油。油气分离装置气体侧有一个气 密的空间，与油侧的油中气体达到自然平衡。经过一个典型的 4小时采样间隔，大约有 60 升油穿过了萃取系统， 萃取系统中显示的气压反映了变压器中溶解气体的全部气压。 在获得 气样后用载气通过色谱柱后， 通过TCD 获得气体的具体含量。 在色谱柱热区，通过加热的方 式使其温度一直保持在 73 C 。这样能够使测量准确稳定。 TM8/TMM 带有自校验系统，能够 自动或人为进行校验。 TM8/TMM 共测量8种故障气体及微水，包括氢气， 甲烷，乙炔， 乙烯， 乙烷，一氧 化碳， 二氧化碳和氧气。 TM8也能对氮气及总烃报数，是唯一全面符合中国标准的 DGA 2、 TMB 容性设备绝缘在线监测系统工作原理 TMB 容性设备绝缘在线监测系统，对电流互感器（ CT ）、套管（Bushing ）、耦合电容器 （OY ）以及电压互感器（PY ）、CVT 等进行在线监测，能够发现套管存在的绝缘问题。 本系统利用高灵敏度电流传感器， 不失真的采集电力设备末屏对地的电流信号， 同时从相应 的PT 取得电压信号，通过对数字信号的运算和处理，得出介质损耗和电容量等信息。最终 利用专家系统，全方位的分析、判定、预测电气设备绝缘系统的运行状况。 其主要功能是 1. 实时或者周期性监测高压套管的介质损耗和等小电容； 2. 环境温度、湿度变化趋势以及相应的监测结果的修正； 3. 自动跟踪电容及介质损耗变化并分析其趋势； 4. 报警功能 On-Line Transformer Monitor tmcior Id Ctiromatography Column helium TjiUi vm TMnmi Delxcbor ComnuriitjllQfis

应用油中溶解气体分析法判断变压器故障参考文本

应用油中溶解气体分析法判断变压器故障参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

应用油中溶解气体分析法判断变压器故 障参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1 根据油中溶解气体进行变压器故障诊断 变压器油是由具有不同键能的化学键键合在一起的碳 氢化合物分子组成的。它作为良好的介质材料在变压器中 起绝缘、散热、灭弧等作用，并有其特殊的性能。 在正常运行条件下，变压器油和固体绝缘材料由于受 到电场、热、水分、氧的作用，随时间而发生速度缓慢的 老化现象，产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物 等。 当变压器在故障状态下运行时，故障点周围的变压器 油温度升高，其化学键断裂，形成多种特征气体。因不同 键能的化学键在高温下有不同的稳定性，根据热力动力学

原理，油裂解时生成的任何一种气体，其产气速率都随温度而变化，在一特定温度下达到最大值。随着温度的上升，最大值出现的顺序是：甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)。在温度高于1 000℃时，还有可能形成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。故障下产生的气体通过运动、扩散、溶解和交换，将热解气体分子传递到变压器油的各部分。 油中溶解气体分析法就是根据故障下产气的累计性、故障下的产气速率和故障下产气的特性来检测与诊断变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障的。 2 采用色谱法分析变压器故障的注意事项 (1) 发现特征气体组分含量增长时，应缩短跟踪分析周期，并结合历史数据、产气速率、负荷情况、电气试验、新投运设备出厂前的状况、检修工艺流程等，确定故障是由于电路还是磁路或是其它原因，如辅助设备、设备材

变压器油中溶解气体的分析与故障判断

变压器油中溶解气体的分析与故障判断 随着变压器运行时间的延长，变压器可能产生初期故障，油中某些可燃性气体则是内部故障的先兆，这些可燃气体可降低变压器油的闪点，从而引起早期故障。 变压器油和纤维绝缘材料在运行中受到水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而老化和分解，产生的气体大部分溶于油中，但产生气体的速率是相当缓慢的。当变压器内部存在初期故障或形成新的故障条件时，其产气速率和产气量则十分明显，绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象，因此，对变压器产生气体进行适当分析即能检测出故障。 1、变压器油中的气体类别 气相色谱法正是对变压器油中可燃性气体进行分析的最切实可行的方法，该方法包括从油中脱气和测量两个过程。矿物油是由大约2871种液态碳氢化合物组成的，通常只鉴别绝缘油中的氢气(H2卜氧气(02)、氮气 (N2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(C0)、乙烷(C2H6)、二氧化碳(C02)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)9种气体，将这些气体从油中脱出并经分析，证明它们的存在及含量，即可反映出产生这些气体的故障类型和严重程度。油在正常老化过程产生的气体主要是一氧化碳(C0)和二氧化碳(C02)，油绝缘中存在局部放电时(如油中气泡击穿)，油裂解 产生的气体主要是氢气(H2)和甲烷(CH4)。在故障温度高于正常运行温度不多时，产生的气体主要是甲烷 (CH4)， 随故障温度的升高，乙烯(C2H2)和乙烷(C2H6)逐渐成为主要物征气体；当温度高于1000 C时(如在电弧弧道温度300 C以上)，油裂解产生的气体中含有较多的乙炔(C2H2)，如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的一 氧化碳(CO)和二氧化碳(C02)。 2、如何判断电气设备的故障性质 运用五种特征气体的三对比值判断电气设备的故障性质： (1) C2H2/C2H4 < 0.1 0.1 v CH4/H2V 1 C2H4/C2H6 v 1时，属变压器已正常老化。 (2) C2H2/C2H4 < 0.1 CH4/H2 v 0.1 0.1v C2H4/C2H6v1 时，属低能量密度的局部放电，是含气空腔中的放电，这种空腔是由于不完全浸渍、气体饱和或高湿度等原因造成的。 (3) 0.1 v C2H2/C2H4v 1 CH4/H2v 0.1 0.1v C2H4/C2H6v1 时，属高能量密度的局部放电(除含气空腔的放电)，导致固体绝缘的放电痕迹。 (4) 1 v C2H2/C2H4v 3 0.1 v CH4/H2v 1 C2H4/C2H6>3时，有工频续流的放电、线圈、线饼、线匝之间或线圈对地之间油的电弧击穿。

变压器油色谱在线监测系统

变压器油色谱在线监测系统 GS101H变压器油色谱在线监测系统 产品及安装讲明 1、欢迎使用本公司GS101H变压器油色谱在线监测系列产品。 2、本手册属上海菲柯特电气科技有限公司知识产权，未经许可，任何单位及个人不得翻录。 3、本手册是GS101H型变压器油色谱在线监测系统产品及安装指南,使用产品前请认真阅读。

4、本手册若有任何修改恕不另行通知。 目录 产品讲明 系统概述------------------------------------------------------------------------3 系统构成------------------------------------------------------------------------3 结构与原理----------------------------------------------------------------------4 技术指标和特点------------------------------------------------------------------6运行使用------------------------------------------------------------------------7 日常爱护------------------------------------------------------------------------9 常见咨询题-----------------------------------------------------------------------10安装讲明 安装前要了解的内容-------------------------------------------------------------10系统标准配置-------------------------------------------------------------------12安装要求-----------------------------------------------------------------------12 变压器信息---------------------------------------------------------------------13 系统安装-----------------------------------------------------------------------13 系统调试-----------------------------------------------------------------------17