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【运维之道】变压器油中溶解气体的分析与故障判断

2025-02-1463

导读

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

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)、氧气(O2)、氮气(N2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、乙烷(C2H6)、二氧化碳(CO2)、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(CO)和二氧化碳(CO2)，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℃时(如在电弧弧道温度300℃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(CO2)。

■ 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＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6＜1时，属变压器已正常老化。

(2) C2H2/C2H4≤0.1　　CH4/H2＜0.1

0.1＜C2H4/C2H6＜1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＜C2H2/C2H4＜1　　CH4/H2＜0.1

0.1＜C2H4/C2H6＜1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＜C2H2/C2H4＜3　　0.1＜CH4/H2＜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。

(5) C2H2/C2H4≈3　　0.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6≈3时，属低能量的放电，随着火花放电强度的增长，特征气体的比值逐渐增加到3，故障可能是悬浮电位体的连续火花放电或固体材料之间油的击穿。

(6) C2H2/C2H4≤0.1　0.1＜CH4/H2＜1

1＜C2H4/C2H6＜3时，属低于150℃的热故障，气体主要来自固体绝缘材料的分解，通常是包有绝缘层的导线过热。

(7) C2H2/C2H4≤0.1　 1＜CH4/H2＜3

C2H4/C2H6＜1时，属300℃以下的低温热故障。

(8) C2H2/C2H4≤0.1　1＜CH4/H2＜3

1＜C2H4/C2H6＜3时，属300～700℃的中温热故障。

(9) C2H2/C2H4≤0.1　1＜CH4/H2＜3

C2H4/C2H6＞3时，属高于700℃的高温热故障。

造成(7)、(8)、(9)的主要原因是由于磁通集中引起的铁芯局部过热，在实际中出现没有包括的比值组合，可能是过热和放电同时存在或有载调压变压器的切换开关油室渗漏。

■ 发生内部故障时的处理

(1)取油样观察，有无悬浮颗粒，有无芳香气味等外观检查和油中溶解气体的色谱分析。

(2)考察故障的发展趋势，也就是故障点(如果存在的话)的产气速率是与故障消耗能量大小，故障部位，故障点的温度等情况有关。

(3)当认为变压器内部存在故障时，可用三比值法对故障的类型作出判断。

(4)在气体继电器内部出现气体的情况下，应将继电器内气样的分析结果与油中取出气体的分析结果作比较。

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责编：魏星｜审核：陈亮丨监审：文卉

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