《變壓器故障檢測技術(shù)案例分析》

1、變壓器故障檢測技術(shù)案例分析目錄摘要錯誤!未定義書簽。 TOC o 1-5 h z 一、變壓器及基本故障概述1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document （一）變壓器的基本結(jié)構(gòu)及基本特點1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document （二）油中溶解氣體故障1二、變壓器油中氣體產(chǎn)生機理及常見故障3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document （一）變壓器油中溶解氣體產(chǎn)生及溶解原理4.氣體產(chǎn)生原理4.氣體在油中溶解原理6 HYPERLINK l bookmark20 o Curr

2、ent Document （二）氣體含量標(biāo)準(zhǔn)7三、變壓器故障油色譜診斷技術(shù)研究8 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document （一）氣體組分譜圖診斷技術(shù)9 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document （二）油色譜人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)9 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document （三）油中溶解氣體分析用專家系統(tǒng)故障診斷技術(shù)10 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document （四）三比值法的油色譜故障診斷技術(shù)10 HYPERLINK l bookm

3、ark10 o Current Document （五）四比值法的油色譜故障診斷技術(shù)17 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document （六）灰色關(guān)聯(lián)的油色譜故障診斷技術(shù)19結(jié)論19參考文獻21致謝錯誤!未定義書簽。本章將對目前常見的幾種變壓器故障油色譜診斷技術(shù)進行分析與介紹。（一）氣體組分譜圖診斷技術(shù)氣體成分光譜診斷技術(shù)本質(zhì)上是一種故障識別技術(shù)，其以圖形方式顯示氣 體成分和濃度變化。該識別技術(shù)是設(shè)置一個時間間隔，對變壓器的絕緣油成分 進行分析，并將氣體成分分析數(shù)據(jù)顯示在笛卡爾直角坐標(biāo)系上。如圖3-1所示, 橫坐標(biāo)表示氣體組成，縱坐標(biāo)表示各種氣體的濃度比或

4、濃度百分比。使用該圖 表，可以清楚地識別各種氣體濃度或組分的變化，并在視覺上區(qū)分故障的性質(zhì) O（氣體組分百分比）圖3-1氣體組分圖（二）油色譜人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進步，高科技水平提高到一定程度，在人腦思維模擬和創(chuàng) 新的基礎(chǔ)上，提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)平臺及其要求，該平臺可以 實現(xiàn)信息的即時輸入和輸出，該技術(shù)通常用于檢測圖像，語音，文本等。根 據(jù)變壓器故障診斷的特點，可以在自身組織能力的基礎(chǔ)上建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 很好地融入三比值方法。通過有效的實驗例子，可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來編碼氣 體比率以獲得穩(wěn)定性和可靠性。充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的上述特性，為變壓器 的故障診斷開辟了一條新的道

5、路。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類能力，可以更準(zhǔn)確地對 變壓器的故障模式進行分類和學(xué)習(xí)，并且可以診斷變壓器的故障。然而，這種方法也有缺，例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱藏節(jié)點層的感知器無法在系統(tǒng)中解釋，也沒有建立完善的支持理論。（三）油中溶解氣體分析用專家系統(tǒng)故障診斷技術(shù)具備大量的專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)技術(shù)就是專家系統(tǒng)，同時專家系統(tǒng) 還包含了眾多領(lǐng)域中的特殊專業(yè)知識點，對于特定問題能夠有效解決，且能夠 依照某一領(lǐng)域的需求，展開有效的應(yīng)對，其采取的人工智能與計算機技術(shù)能夠 有效帶動推理與判別。模擬人類進行決策的過程，可以起到良好的推進性，為 人們解決不必要的麻煩?？蓴U展性與可移植性是專家系統(tǒng)最大的特點，通過 更新與補充不

6、同的知識，可以提升整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但由于電力變壓器故 障類型的種類劃分形式多樣，受多種因素影響，且故障機理紛繁復(fù)雜。而且可 以檢測到的絕緣參數(shù)與其對應(yīng)的函數(shù)尚不明朗。通過停電檢測，綜合巡視以及 帶電測試，方可有效到達綜合分析的需求?，F(xiàn)階段，專家系統(tǒng)采取了 DAG數(shù)據(jù)，電氣性能數(shù)據(jù)并漸漸融合了多元的 故障診斷技術(shù)等，對電力變壓器進行常規(guī)檢查診斷，提高故障診斷的速度和正 確性【。但也應(yīng)看到，專家系統(tǒng)缺乏之處：一是在專家系統(tǒng)知識還沒有針對知 識庫進行編輯時，其運算方式十分繁復(fù)，讓知識界維系數(shù)據(jù)相當(dāng)困難。其二是 專家系統(tǒng)的推理方式較為單一，診斷路徑不夠靈活，所以推理性較弱。容易造 成誤差，進度也較慢

7、，滿足不了檢測需求，且無法契合變壓器檢測控制的指標(biāo)。（四）三比值法的油色譜故障診斷技術(shù)IEC三比值法是用于電流互感器故障油譜診斷技術(shù)的數(shù)據(jù)分析的常用方 法。如果變壓器發(fā)生故障，通過熱和電的作用而產(chǎn)生一些低分子量的氣體，如 氫氣、乙快、甲烷、乙烷、乙烯等，也就是特征的氣體或故障氣體L電弧放 電量太大，因為分解的氫氣和乙煥與一定量的甲烷之間存在連接。局部放電是 由于氫和甲烷的分解，當(dāng)過熱的變壓器油分解時，產(chǎn)生丙烯、乙烯、甲烷和氫 氣。由于溫度過熱和電場，一些絕緣材料會產(chǎn)生CO和CO2氣體。在變壓器運 行中，變壓器和有機絕緣體將基于電場滿足由于內(nèi)部故障的逐漸惡化，導(dǎo)致變 壓器油中溶解氣體的產(chǎn)生。如表

8、3-1所示，變壓器出現(xiàn)了強過熱，電弧放電, 局部放電三種不同類型的故障，氣體成分包括H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、 CO2等，其中，所述氣體包含在主分析如果存在顯著差異，變壓器會出現(xiàn)強烈10的過熱，電弧放電，局部放電三種故障類型主要是氫氣成分產(chǎn)生，只有強烈的 過熱故障，二氧化碳?xì)怏w才會產(chǎn)生。表3-1變壓器故障與所含特征氣體成分比對表序號氣體成分強烈過熱電弧放電局部放電油油和絕 緣材料油油和絕 緣材料油油和絕緣材料1H2000002CH400回回003C2H6回回4C2H400回HI5C2H2006C3H8因回7C4H8008co009CO20回注：0表示所含的大量氣體，回表示所含的少

9、量氣體。通過比對變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)那么(GB/T7252-2001)可分 析到變壓器油中溶解氣體的注意項，如表3-2所示。表3-2油中溶解氣體的注意值所含氣體所含氣體C1150C25H2150其中C2指乙煥，C1指甲烷。根據(jù)特征氣體含量，判斷故障性質(zhì)，比擬直觀、有針對性，如3.3表所示: 變壓器出現(xiàn)嚴(yán)重過熱故障、火花放電、電弧放電、局部放電、受潮進水、一般11 過熱故障時，常伴隨著特征氣體總?cè)己虲2H2、H2的變化。比方，特征氣體出 現(xiàn)總燒相對較高，C2H2小于5Ppm的時候，這時候基本上可判斷變壓器發(fā)生了 嚴(yán)重過熱故障；當(dāng)氣體中H2含量高，其他組分不變時，那么可判斷變壓器只是出 現(xiàn)

10、了一般性過熱故障。表3-3以特征含量氣體評判變壓器內(nèi)部故障類型明細(xì)表序號特征氣體特點故障類型1總煌相對較高，C2H2小于5Ppm嚴(yán)重過熱故障2總煌高，C2H2大于5Ppm,而Hz含量 高火花放電3總燒不高，C2H2大于1 Oppm, H2含量 較高電弧放電4總?cè)几撸琀2含量高，C2H2高而且占總?cè)贾兄饕煞志植糠烹?總燒不高，H2大于1 OOppm, CH4占總 燃中的主要成分受潮進水6H2含量高，其他組分不變一般過熱故障利用五種特征氣體的三比照值也 即c2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三個 數(shù)值，如表3-4所示，利用規(guī)范編碼進行對應(yīng)，通過以上三個數(shù)值和排列可以 與電力變壓器

11、所產(chǎn)生的故障進行比對，可評判該變壓器內(nèi)部的隱患故障屬于哪 一種具體的故障類型。在三比值法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年的實驗數(shù)據(jù)改進，出現(xiàn) 了 IEC三比值法，如表3-5所示。12表3-4三比值法的規(guī)范編碼表特征氣體的比值比值編碼范圍C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H63131表3-5 IEC三比值法故障類型診斷明細(xì)表序號具體故障類型比值取值大小詳細(xì)案例描述C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H61低能量密度的局部放電100氣體中放 電的含量 是通過不 完全浸劑 與飽和氣 體空隙作 用造成的2高能量密度的局部放電001會導(dǎo)致高 濕情況，不 過固體絕 緣放電痕 跡會減少3低能量放電2-3

12、12-3各電位間 的不良鏈 接對導(dǎo)致 火花放電 的，同時固 體材料間13的油山現(xiàn) 象也會產(chǎn) 生影響4高能量放電011在線圈間、 線餅、線閘 間的油的 電弧擊穿 問題，會導(dǎo) 致分切電 流的關(guān)閉。且為工頻 續(xù)流放電5低于150的熱故障110內(nèi)在含有 絕緣的導(dǎo) 體過熱6150 300 低溫范圍的過 熱放電111鐵芯局部 過熱是由 于鐵芯中 的熱點，以 及短路，都 會促發(fā)渦 旋情況，而 熱量不斷 遞增，導(dǎo)致 銅過熱。形 成不良接 觸7300 700 低溫范圍的過 熱放電1028高于700高 溫范圍的過熱 故障101可IEC三比值法仍有很多局限性，準(zhǔn)確率不是很理想。歷經(jīng)數(shù)十年的經(jīng)驗14 與探索之后，現(xiàn)如

13、今推出了改良版的三比值法，也就是國際上說的GB/T7252 -2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)那么口叫 這種經(jīng)過加強的手法更為 明確的指出了編碼對應(yīng)范圍的銜接，如表3-6所示。并有效實現(xiàn)了簡化故障成 因，采用這種診斷方法，大大提高了變壓器故障診斷的效率，如表3-7所示， 編碼組合C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6同時滿足條件時，才可對故障類型進 行判斷。比方為0,為0,為1時，可判斷為局部性放電，有可能是高含量氣體 與高濕度，導(dǎo)致低能量密集局部發(fā)生電量的原因引起。而當(dāng)為1,為2,為0、 或1或2時，可初步判斷為存在電弧放電可能性，同時還存在過熱故障。初步 判斷有可能是引

14、線對變壓器箱殼放電、匝層間短路等原因引起。表3-6改良型三比值法的比值取值范疇表氣體的取值范疇氣體的比值C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.5(110021V312123222表3-7改良型三比值法故障類型診斷表15三比值組合故障具體類型故障案例描述C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6001局部性放電高含量氣體與 高濕度，導(dǎo)致 低能量密集局 部發(fā)生電量10少于150的發(fā)熱危害觀察一氧化碳 二氧化碳的含 量，絕緣導(dǎo)體 過熱的數(shù)值12150 300 焊接位置接觸低溫左右的過熱危害不好，引起銅 過熱，引線松 動，鐵芯產(chǎn)生 漏磁等現(xiàn)象。 變壓器內(nèi)部短10300 -700 低

15、溫范疇的過 熱阻礙2超出700c高 溫范疇的過熱 阻礙路與匝層之間 絕緣處理不 當(dāng)，導(dǎo)致接地 性能下降20.1火花低能放電分接頭接觸不2過熱并低能火花放電良，導(dǎo)致油間 隙閃絡(luò)，引線 對電位沒有固 定，部件間距 產(chǎn)生火花導(dǎo)致 放電，懸浮電 位間火花放電10.1電弧式放電分接頭引線油2電弧放電兼過執(zhí)J、隙閃絡(luò)、相間 閃絡(luò)、線圈匝、 層間發(fā)生短路 現(xiàn)象、引線對 箱殼放電、線 圈熔斷三比值法僅適用于比率范圍內(nèi)編碼數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的故障問題，如果超出額定 數(shù)據(jù)范圍，那么無法判斷，對應(yīng)于各種故障的比值的數(shù)量是不同的，因此發(fā)生的 故障的組合也是不同的，有時，找到的關(guān)系的組合也不能被編碼。此時，氣體 繼電器對于氣體

16、的手機是不利的，這時候的環(huán)境并不利于相應(yīng)的氣體手機。由16 于變壓器的復(fù)雜設(shè)計特性以及編碼本身具有一定限制的事實，必須改善誤差類 型和代碼之間的相關(guān)性，因此在該階段必須不斷改進和改進比值方法口叫（五）四比值法的油色譜故障診斷技術(shù)四比值法（又叫做羅杰斯比值法）是當(dāng)前油色譜故障診斷技術(shù)中較為常用的 一種。四比值法是在原有三比值法C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的基礎(chǔ)上增 加了一個比值即是C2H6/CH4,通過利用五種氣體32、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）, 組成四比照值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H6/CH4）。如表 3-8 所示，根

17、據(jù) CH4/H2W0.1, C2H6/CH4VI, C2H4/C2H61, C2H2/C2H40,那么可判斷出變 壓器屬于局部放電故障。依據(jù)四比照值相應(yīng)的比值大小范圍，來診斷變壓器屬 于哪一種故障類型。表3-8四比值法故障類型判斷表17故障判斷類型CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4一般損壞0.1-1110.5局部放電0.1110.5輕微過熱，溫度15013/23110.5低溫過熱，溫度15020013/2310.5中溫過熱溫度1502000.1 - 12110.5導(dǎo)體過熱0.1 - 11130.5繞組中不平衡 電流或接線過 熱131130.5鐵件或油箱出現(xiàn)不平衡電

18、流131130.5小能量擊穿0.1-1110.5-3電弧短路0.1 - 1113/230.53/3故障判斷類型CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4長時間刷形放電0.1 - 1113局部閃絡(luò)放電0.1110.53/23總結(jié)以往的研究和應(yīng)用經(jīng)驗，歸納為：通常，給出的兩組數(shù)值都超出1的 時候，就用1來說明；兩組數(shù)據(jù)的濃度要低于1時，就使用0來標(biāo)示；而假設(shè) 比值趨向1的話，那么就意味著故障性質(zhì)的出現(xiàn)了，故障性中間變化越大，越 容易對故障類型進行判斷。采用四比值法對電力變壓器長時間放電與過熱性故 障能夠取得比擬理想的效果。例如，在四比值法中，當(dāng)CH4/H2=0.11,C2H6

19、/CH4 1, C2H4/C2H623, C2H2/C2H423時，那么判斷該臺變壓器，存在長時間放電 和過熱性故障。依據(jù)眾多實驗報告顯示，四比值法可以用于判斷變壓器的過熱 現(xiàn)象，同時還能夠得出較準(zhǔn)確的數(shù)值。通過四比值法判斷故障性質(zhì)后，可歸納 四個比值的編碼如表3-9所示，形成四比值編碼表。通過編碼表，更直觀、更 快捷地評判出變壓器屬于哪一種故障表3-9四比值法判斷比對表CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4判斷結(jié)果0100微量過熱，溫度低于1500011微量過熱，溫 度低于 150-2001001微量過熱，溫 度低于 150-2001101普通導(dǎo)體過熱0101接觸點

20、過熱， 環(huán)形電流1110火花低能放電18一、變壓器及基本故障概述（一）變壓器的基本結(jié)構(gòu)及基本特點目前市面上常見的變壓器種類主要有兩種，這兩種變壓器的分類標(biāo)準(zhǔn)是依 據(jù)變壓器的冷卻介質(zhì)，利用空氣來進行冷卻的稱為氣體變壓器，利用不同分子 量的碳?xì)浠旌衔镒鳛槔鋮s介質(zhì)的稱為油浸式變壓器。由于油浸式變壓器的散 熱性能好，加之其造價本錢比擬低，因此在實際中受到了廣泛的應(yīng)用。本文正 是基于這一實際情況，選擇油浸式變壓器作為研究對象。油浸式變壓器按照功能可以劃分為以下6局部：1.主體，主體完成變壓器 主要作用，變壓功能；2.出線裝置；3.冷去油；4.油箱；5.絕緣裝置；6.保護裝 置。如圖1-1所示。圖1-1油

21、浸式電力變壓器基本結(jié)構(gòu)圖在我國電網(wǎng)中，不管是電力的傳輸還是用戶的用電都離不開變壓器，變壓 器可以說是至關(guān)重要的。不同變壓器的應(yīng)用場景不同，造成了其設(shè)計的結(jié)構(gòu)不 同，變壓器主要以變壓器主體為核心，外部由冷卻系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)和保護系統(tǒng) 共同組成。變壓器主體還可以繼續(xù)拆分為四個局部：變壓器鐵芯、變壓器繞組、 繞組的絕緣裝置以及各種引線開關(guān)。（二）油中溶解氣體故障變壓器中氣體產(chǎn)生的原因多種多樣，但實質(zhì)上是由于變壓器由于使用的時 間的限制而造成其自身的一些絕緣材料會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，這些材料會隨著使用 時間的延長而出現(xiàn)分解現(xiàn)象。造成變壓器絕緣部件分解的原因也有很多，最常 見的原因是變壓器過熱。變壓器過熱會產(chǎn)生

22、高溫，在高溫的影響下，變壓器內(nèi) 部的絕緣部件，例如變壓器油、變壓器絕緣紙等，會受熱分解，產(chǎn)生多種特征 氣體并溶解于油中，而油中氣體檢測技術(shù)能夠監(jiān)測分析多種特征氣體的含量，CH4/H2C2H6/CH4C2H4/C2H6C2H2/C2H4判斷結(jié)果1010電弧性燒壞1100電弧放電或永久性火花放電（六）灰色關(guān)聯(lián)的油色譜故障診斷技術(shù)灰色系統(tǒng)理論由鄧聚龍教授于1982年創(chuàng)立,該理論為極少數(shù)據(jù)的背景提供 了良好的推動力，為解決不確定問題提供了合理的依據(jù)。考慮到一些和一 些未知信息，灰色系統(tǒng)理論是一個小的抽樣不確定性對象，它使用信息生 成和比擬各種數(shù)據(jù)并提取信息以使系統(tǒng)每天工作標(biāo)準(zhǔn)化和穩(wěn)定性，有效地完成 測

23、試?；疑到y(tǒng)分析與處理隨機量時，灰關(guān)聯(lián)分析是有利舉措，這種關(guān)聯(lián)分析手 段是一種以數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)的投射，通過系統(tǒng)的灰色局部，可以模擬開展態(tài)勢，并 通過曲線幾何去探索更有利的方法，幾何形狀越接近，其發(fā)函形式也就越好， 關(guān)聯(lián)性也就越高?；疑到y(tǒng)理論分析體系中有增設(shè)了一種灰色關(guān)聯(lián)油色譜診斷 技術(shù)，其可以適用于數(shù)據(jù)間的關(guān)系判別，把診斷治療與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比對，運 算出關(guān)聯(lián)度，越高的關(guān)聯(lián)度，產(chǎn)生該類故障的可能性就越高。因此，目前最關(guān)鍵的問題是如何捕獲灰色關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)索引中最真實的數(shù)據(jù)列。 使用標(biāo)準(zhǔn)灰度比擬數(shù)據(jù)可以有效地改善變壓器誤差的評估。這也是本文的中心 環(huán)節(jié)。結(jié)論本文首先對變壓器絕緣油中常見溶解氣體的產(chǎn)生原理、

24、氣體來源、氣體在 變壓器絕緣油中溶解原理、氣體含量國際標(biāo)準(zhǔn)以及對變壓器內(nèi)部常見故障與氣 體含量的對應(yīng)關(guān)系進行闡述分析。對于常見故障類型，主要分為過熱故障和放 電故障兩大類型，其中具體故障類型下對應(yīng)不同的故障氣體類型，而對應(yīng)的氣 體又分為主要氣體和次要氣體。對每種故障的產(chǎn)生原因進行了具體的剖析，為 之后的研究打下了基礎(chǔ)。接下來對提及的故障類型進行探討，分別介紹了電力變壓器故障油色譜的19 幾種診斷技術(shù)：氣體組分譜圖法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、油中溶解氣體分析用專 家系統(tǒng)、三比值法、四比值法等。分析了這類型的診斷技術(shù)方法及其原理與優(yōu)、 劣勢，并且對于運行中的變壓器如何進行診斷故障提供了依據(jù)。20參考文獻

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26、壓器狀態(tài)檢修及故障診斷方法J.化工管理，2019(17)： 152-153.因李兆豐.電力變壓器狀態(tài)檢修及故障診斷方法研究J.中國設(shè)備工程， 2019(11)： 50-51.9孫利永.變壓器局部放電試驗中的故障分析及處理J.現(xiàn)代信息科技，2019, 3(10)： 52-53.10唐文發(fā).基于ICA-SVM的變壓器故障診斷方法D.廣西大學(xué)，2018.11李婭菲.基于魚群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障診斷研究D.湖北工 業(yè)大學(xué)，2018.12蔣俊.變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)研究D.湖北工業(yè)大學(xué)，2018.13萬季青.變壓器在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計D.湖北工業(yè)大學(xué)，2018.14葛許良.基于

27、DGA的變壓器在線監(jiān)測與故障診斷方法研究D.安徽理工大 學(xué)，2018.15沈傳洲.變壓器在線監(jiān)測與故障智能診斷系統(tǒng)的設(shè)計D.大連理工大學(xué)， 2018.16馬利東.變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)研究D.沈陽工業(yè)大學(xué)，2018.21 所以是檢測變壓器是否有絕緣故障的一個很好的方法，另外，不同的故障類型 和不同的絕緣材料分解產(chǎn)生的氣體的種類和含量是不同的。機械故障、熱故障和放電故障是變壓器常見內(nèi)部故障的三種模式，但熱故 障和放電故障占據(jù)主導(dǎo)地位，而且通常情況下機械故障的主要表現(xiàn)形式又是熱 故障或者放電故障。根據(jù)對國內(nèi)電力變壓器運行情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，359臺出現(xiàn) 故障的變壓器其具體故障類型如表l-lo由

28、表1-1可以看出，熱故障和放電故障 所占比例分別為53%和47%o表1-1變壓器故障類型統(tǒng)計故障類型臺次所占比例()過熱故障22653高能放電故障6518.1過熱兼高能放電故障3610.0火花放電故障257.0局部放電故障71.9依據(jù)我國下現(xiàn)行的GB/T7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)那么對變壓器故障過程中的氣體成分做了具體分析，如表1-2所示。表1-2不同故障類型特征氣體組分故障類型主要氣體成分次要氣體成分絕緣油過熱CH4, C2H4H2, C2H6絕緣紙和絕緣油過熱CH4, C2H4，CO, CO2H2, C2H6油紙絕緣中局部放電H2, CH4, coC2H2, C2H6

29、, CO2絕緣油中火花放電H2, C2H2C2H4, C2H6絕緣油中電弧H2, C2H2CH4, C2H4, C2H6絕緣油和絕緣紙中電弧H2, C2H2, CO, CO2CH4, C2H4, C2H6總體而言，發(fā)生熱性故障時，電力變壓器絕緣油中溶解氣體特征主要有以下幾個方面：(1)當(dāng)發(fā)生的故障為熱性故障，并且與故此絕緣材料無關(guān)時，這時的產(chǎn)生 氣體的主要成分為CH4和C2H4,而且兩者占總烽的80%。主要氣體的成分會 隨著溫度的降低而發(fā)生改變，例如當(dāng)溫度降低時，那么占比例最大的為CH4；當(dāng) 熱點溫度到達500c或者更高的水平時，C2H4和H2的含量會出現(xiàn)突增，占比也 相應(yīng)提升；當(dāng)嚴(yán)重過熱發(fā)生

30、時，如果熱點溫度過高（大于800C）,那么會生產(chǎn)極少 局部的C2H2,通常含量低于C2H4含量的10%o（2）當(dāng)熱性故障與固體絕緣有關(guān)時，除產(chǎn)生上述低分子燒類，而且有較多的 CO和CO2,通常情況下這兩種氣體含量的比值與溫度有關(guān)，溫度越高那么比值 也越高。放電故障是由于當(dāng)電壓環(huán)境發(fā)生變化時，變壓器的絕緣材料的性質(zhì)也隨之 發(fā)生改變，目前主要的劃分標(biāo)準(zhǔn)是放電的能量密度，因此可分為火花放電、電 弧放電和局部放電?；鸹ǚ烹娡ǔＧ闆r下是能量較低且具有間隙性的放電故障，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計 資料顯示，在以下情況下通常會產(chǎn)生火花放電：有載分接開關(guān)的換檔撥叉電位 產(chǎn)生懸架或鐵芯接地片的斷路或者接觸不佳引起放電等。當(dāng)發(fā)

31、生火花放電時， 主要特征氣體是C2H2和02,誤差能量相對較低并且總?cè)己恳驳?。但是，絕 緣油中溶解的C2H2含量與總煌含量的比例通常不小于25%,最大值甚至可達 90%左右，C2H2含量的含量小于20%, H2的比例在20%到30%之間。電弧放電（高能放電）的特征通常在于溶解在油中的氣體產(chǎn)生速率的增加 和含量的增加，此時產(chǎn)生的標(biāo)志性故障氣體是C2H2和02,這只是變壓器故障 時產(chǎn)生的主要氣體，當(dāng)然還包括產(chǎn)生的次要故障氣體CH4和C2H4, C2H2 含量一般占總烽含量20%到70%,并且H2占總煌含量的比率略高，一般在30 至90%之間。據(jù)統(tǒng)計，只有極少情況下CH4的含量低于C2H2,例如當(dāng)

32、絕緣材 料的性質(zhì)是屬于固體材料時，變壓器絕緣油中溶解的CO氣體含量相對較高， 一旦溶解氣體中的C2H2量在絕緣油中占主導(dǎo)地位并且含量不低于標(biāo)準(zhǔn)量時，這 可能是由于當(dāng)分接開關(guān)切換時產(chǎn)生的電弧放電或變壓器繞組中的短路引起的。 如果僅C2H2含量超過標(biāo)準(zhǔn)并且氣體產(chǎn)生率高并且不超過其他氣體組分時，那么這 通常是由于高能量放電。二、變壓器油中氣體產(chǎn)生機理及常見故障變壓器的絕緣系統(tǒng)主要由兩局部組成，即液體絕緣和固體絕緣，液體絕緣材料是絕緣油，這種變壓器氣體產(chǎn)生和溶解機制比擬復(fù)雜，許多實例說明，可 以分析溶解在絕緣油中的氣體成分的組成，就可以將其與相對應(yīng)的故障進行對 應(yīng)，從而快速的實現(xiàn)故障的判斷。目前，溶解

33、在油中的氣體分析主要基于氣相 色譜法，其最大的優(yōu)點是可以進行不間斷的進行性能監(jiān)測，即在線監(jiān)測，具有 較高的精度。(-)變壓器油中溶解氣體產(chǎn)生及溶解原理.氣體產(chǎn)生原理在電力變壓器運行期間，內(nèi)部會產(chǎn)生大量氣體，根據(jù)相關(guān)資料，可以將這 些氣體分為故障氣體和常規(guī)氣體。如果在變壓器運行過程中沒有異常情況，絕 緣系統(tǒng)會隨著運行時間的延長而逐漸老化，在老化過程中會產(chǎn)生一些氣體，這 些氣體是在變壓器的正常工作范圍內(nèi)產(chǎn)生的，故障氣體的產(chǎn)生是由于當(dāng)變壓器 工作出現(xiàn)異常時，其產(chǎn)生的氣體會較之于平常發(fā)生顯著變化，特別是一些主要 氣體的含量會發(fā)生很大的變換。變壓器內(nèi)部有兩種絕緣材料：一種是以變壓器 絕緣油為代表的液體絕

34、緣材料,另一種是以浸油絕緣紙為代表的固體絕緣材料, 還包括絕緣板、電纜和黃臘等。變壓器油中溶解氣體主要來源為以下三種：(1)絕緣油分解變壓器的絕緣油是一種混合物，其成分是分子不同的有機化合物，其分解 的主要影響因素為溫度與能量。如果變壓器的內(nèi)部溫度過高，絕緣油的分子就會產(chǎn)生裂解。乙快是對溫度 相對較高的氣體，通常在800至1200C下產(chǎn)生，由于電弧的溫度高，因此在電 弧中產(chǎn)生大量的乙煥。當(dāng)溫度低于800時，乙快的形成迅速被抑制并作為穩(wěn) 定的再結(jié)合產(chǎn)物積累；乙烯在約500的溫度下形成，該溫度高于甲烷和乙烷 的形成溫度，但溫度較低也會少量產(chǎn)生。絕緣油在放電的作用下也會分解，并且放電能量也會影響變壓

35、器絕緣油分 解時產(chǎn)生的氣體的成分。在絕緣系統(tǒng)中，局部放電經(jīng)常發(fā)生在弱絕緣中。不僅 絕緣油在放電的作用下分解產(chǎn)生氣體，而且變壓器中的固體絕緣材料通過放電 產(chǎn)生一定的氣體，并且放電能量的大小對氣體發(fā)生元件有一定的影響。(2)固體絕緣材料分解變壓器中的絕緣主要涉及油紙絕緣，例如絕緣紙和層壓紙板，以及用于機 械結(jié)構(gòu)支撐的其他固體，如墊塊和木塊，紙質(zhì)絕緣材料的主要組成成分為纖維 素分子聚合物，主要分子結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。這些固體絕緣材料在分子中含有大量無水右旋糖和弱CO鍵，并且它們的 熱穩(wěn)定性弱于油中的碳?xì)滏I。當(dāng)變壓器內(nèi)部到達一定溫度時，這些無水葡萄糖 環(huán)和弱C-O鍵首先斷裂然后重新結(jié)合形成碳化合物，聚

36、合物可在高于150C的 溫度下有效裂化。只有當(dāng)溫度高于300C時、聚合物才能完全裂化和碳化。在 裂化過程中，絕緣油被氧化并形成水，并且還存在大量的CO, CO2和少量的 燃?xì)怏w。n/2n/2圖2-1纖維素分子結(jié)構(gòu)變壓器內(nèi)油浸絕緣紙發(fā)生熱解時會產(chǎn)生大量CO和CO2,此外還會有較多 的H2和氣態(tài)烽。溫度對CO和CO2的生成有明顯影響，這兩種氣體的生成量隨 著溫度的升高而增加，其氣體含量比值CO2/CO也隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度 到達800左右時，這個比值可高達2.5。變壓器內(nèi)其他固體絕緣材料發(fā)生熱解 時生成的氣體主要有CO和CH4,這些固體絕緣材料相比于絕緣紙和絕緣油而 言，更容易產(chǎn)生C2H2氣體

37、。(3)其它來源溶解在油中的某些氣體不完全是由于設(shè)備故障或絕緣老化造成的，由于某 些特定操作和長期物理化學(xué)反響也可能導(dǎo)致氣體產(chǎn)生。就拿變壓器中H2的產(chǎn)生 來說，其影響因素是多種多樣的：第一中是由于絕緣油的成分不可能完全純潔, 里面或多或少可能含有局部的水分，當(dāng)在環(huán)境變量的作用下，鐵可以與水發(fā)生 反響生成氫氣，第二有可能是在變壓器的制造過程中會有氫氣進入，也會造成 氫氣溶于絕緣油。除了 H2之外，由于各種原因還有許多其他氣體溶解在油中， 例如，如果變壓器被大修并且絕緣油暴露在空氣中太長時間，它可能導(dǎo)致空氣 中形成C02被吸收和溶解，這就要求在變壓器的維修之后，需要對變壓器的絕 緣油進行相應(yīng)的真空

38、過濾，這樣才能保證絕緣油重新使用，否那么，絕緣油中的 CO2含量將會偏高，從而導(dǎo)致對于變壓器故障的不確定性判斷。溶解氣體和相關(guān)數(shù)據(jù)處理的分析通常基于熱力學(xué)定律：合成氣體的化學(xué)不 飽和度與故障的能量密切相關(guān)。例如，如果變壓器發(fā)生故障，大多數(shù)故障類型 會產(chǎn)生CH4和C2H6等氣體，但這些氣體之間的相比照例取決于故障類型。這 是基于變壓器故障判斷的基礎(chǔ)，在實際中可以先進行實驗，將相應(yīng)的故障和氣 體成分歸納總結(jié)，在遇到故障時，就可以直接根據(jù)檢測氣體成分來對變壓器的 相應(yīng)故障進行判斷。.氣體在油中溶解原理氣體的溶解度與許多因素密切相關(guān)，最重要的是氣體自身的性質(zhì)；其次環(huán) 境變量對于氣體的溶解度也有很大的影

39、響，例如溫度，壓強等。關(guān)于溫度的影 響，氣體的溶解度通常隨著溫度的升高而降低，然而，這只是大局部氣體的溶 解規(guī)律，還有一局部氣體，其氣體溶解度會隨著溫度的升高而增加，像H2, N2, CO 等。氣體在變壓器絕緣油中的溶解是一個相對緩慢的過程，因此氣體逸出速率 對氣體在油中的溶解有一些影響。當(dāng)氣體產(chǎn)生速率很低時，氣體以分子形式擴 散，并有足夠的時間逐漸溶解在變壓器絕緣油中，氣體在絕緣油中的溶解度沒 有到達上限，就不會有多余的氣體從絕緣油中溢出，但是當(dāng)絕緣油中的氣體溶 解度到達上限，氣體就不會繼續(xù)溶解，多余的氣體就會以自由氣體的形式從變 壓器中溢出。當(dāng)氣體的產(chǎn)生速率較快時，氣體沒有充分的時間逐漸全

40、部溶解于變壓器油 中，所以除了一局部溶解的氣體外，由于變壓器油溶解氣體的能力有限，當(dāng)溶 解度到達飽和時，氣體便不再溶解，多余的氣體會以氣泡的形式向外溢出。在 氣泡上浮的過程中，會出現(xiàn)一些的復(fù)雜的化學(xué)反響，導(dǎo)致絕緣油中的局部氮、 氧元素置換出來，該過程的因素十分復(fù)雜，與許多因素有關(guān)。當(dāng)氣泡越小時， 其與油接觸的外表積越大，且上升速度也相對較慢，置換過程就越充分；當(dāng)油 的粘稠度越大時，會使氣泡的上升速度變慢，氣泡與油接觸的時間增長，置換 過程也會更充分。置換過程的發(fā)生在氣泡上升這個過程，由于其發(fā)生的反響的 可逆反響，因此其氣體組成成分會隨著時間一直變化，直達到達溶解平衡為之。油中溶解氣體分析法對于一般開展緩慢的故障或長期故障反響較為靈敏， 而對于突發(fā)性的故障反響就不太靈敏。造成這種狀況