变压器油构成产气原理、分析及故障判断.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 绝缘油的气相色谱试验与分析,第一节 充油电气设备内部主要绝缘材料的性能,充油电气设备内部的主要绝缘材料有变压器油、纸和纸板等A级绝缘材料，当运行年限为20年左右时，最高允许温度为105。,一、变压器油的性能,变压器油的耐电强度、传热性及热量都比空气好得多，因此目前国内外的电气设备，特别是大中型电力变压器和电抗器、电流互感器、电压互感器等基本上都采用油浸式结构，并且变压器油起着绝缘和散热的双重作用。,运行中的变压器油质量标准如表21 运行中变压器油质量标准,序号,项目,设备电压等级/kV,质量标准,检验方法,投入运行前的油,运行油,1,外状,透明、无杂质或悬浮物,外观目视,2,水溶性酸/pH,5.4,4.2,GB/T7598,3,酸值（mgKOH/g）,0.03,0.1,GB/T7599,或,GB/T264,4,闪点（闭口）,/,140,（10、25号油）,135,（45号油）,与新油原始测定值相比不低于10,GB/T261,5,水分/（mg/L）,330,500,220,110及以下,10,15,20,15,25,35,GB/T7600,或GB/T7601,6,界面张力（25）/（mN/m）,35,19,GB/T6541,7,介质损耗因数（90）,500,330,0.007,0.010,0.020,0.040,GB/T5654,8,击穿电压/kV,500,330,66,220,35,及以下,60,50,40,35,50,45,35,30,GB/T507,或DL/T429.9,9,体积电阻率（90）/m),500,330,610,10,110,10,510,9,GB/T5654,或DL/T421,表22 运行中变压器油常规检验周期及检验项目,设备名称,设备规范,检验周期,表5.1.1中检验项目,变压器,（电抗器）,330,500kV,设备投运前或大修后每年,至少一次,必要时,1,10,1,3，510,4,，11,66,220kV、8MVA,以上,设备投运前或大修后每年,至少一次,必要时,1,9,1,3，5，7，8,6,，9，11,35 kV,设备投运前或大修后三年,至少一次,自行规定,套管,设备投运前或大修后每年,1,3年,必要时,自行规定,由于充油电气设备容量和运行条件的不同，油质老化的速度也不一样。当变压器用油的PH值接近4.4或颜色骤然变深，其他某项指标接近允许值或不合格时，应缩短检验周期，增加检验项目，必要时采取有效处理措施。,二、固体绝缘材料的性能,充油电气设备的内绝缘常采用油纸绝缘结构，所用的植物纤维纸及其制品包含电缆纸、电话纸、皱纹纸、金属皱纹纸、点胶绝缘纸、绝缘纸板等。,变压器油与绝缘纸相结合构成的油纸绝缘结构具有很高的耐电强度，比两者分开单独的（油和纸）任何一种材料都高得多。由于油的绝缘强度和介电系数低于纤维质，油承受较大的电场强度，因此，用纸把油分成一定数量的小油隙，既可以消除油中纤维杂质的积累而不易形成“小桥”，又可以使电场均匀，提高绝缘的电气强度。,油纸绝缘的缺点是油和纸两者均易被污染，只要含百分之几的杂质，影响就相当严重。因此，在工艺过程中要尽可能地获得较纯净的油和纸，并根据此选择合适的工作场强，才能保证变压器绝缘结构的可靠性。,1绝缘纸,纸的分子结构有羟基，宏观上为多孔结构，极易吸引水分，在正常大气条件下含水分为7%9%，饱含时可达15%。纸易被干燥，即使在空气中加热也可干燥至含水分仅0.1%，而在真空中可大大提高干燥速度。由于纸和水的亲和力较油和水的亲和力强，因此，一般纸都从油中吸收水分，并且纸吸收水分后不会与油平均分担水分而影响耐电强度、绝缘老化和机械强度。同时还应指出，纸在干燥过程中不仅很难驱出纸层中的最后残存水分（约0.1%），而且一般在干燥的最后阶段极易伴有热老化分解而放出的水分，两者难以直接区分。,纸受热能分解放出气体的比例约为H2O：CO：CO2=70：12：18，其中CO、CO2是由纸纤维焦化所致。由于变压器绝缘中纤维上承担的工作场强并不高，通常不需要干燥到含0.1%水分这一危险临界值。实际上，不仅纸的热老化与水分和氧的存在有关，也与其他参数有非常复杂的关系。一般说来，除非纸被油完全浸透，否则纸中都会有空气或其他气体的空隙。空隙所分担的电压比纸高得多，如果空隙发生局部放电，将会使油纸绝缘逐渐腐蚀绝缘而最终导致损坏。,电缆纸。电缆纸是充油变压器主要绝缘材料之一，一般是由未漂白硫酸盐纸浆经抄纸而制成。在充油电力变压器中，一般采用DLZ-08和DLZ-12型电缆纸，其厚度分别为0.08mm和0.12mm。电缆纸主要用作导线绝缘、纸圈层间绝缘和引线包扎绝缘等。,对于超大型高压电力变压器，为了提高纸圈匝绝缘的电气强度，可采用高气密性、高均匀性的绝缘纸，如厚度为0.075mm和0.045mm的纸圈匝绝缘纸。,0.075mm绝缘纸的冲击和工频击穿场强比DLZ-08型电缆纸提高14%17%；0.45mm绝缘纸比DLZ-08和DLZ-12混用绝缘纸提高27.6%36%。,为了提高绝缘纸的耐热性，近年来国内外研制成了多种改性的耐热绝缘纸，如将纸浆在有碱性触媒下使纤维素与氰乙烯起化学反应，以氰乙基换普通纤维分子中最容易老化的第一羟基，经氰化处理后的使用温度可提高20。如果使用温度不变，氰化纸可延长使用寿命，并能减轻变压器的重量。,电话纸。电话纸由硫酸盐纸浆制成，主要用作线圈导线绝缘和线圈端的端绝缘。在充油电力变压器中采用型号为DH-50型的电话纸，其厚度为0.55%mm，卷成宽度为50010mm纸卷。,皱纹纸。皱纹纸是将底纸为纤维绝缘纸的绝缘纸经加工而成。各种皱纹纸的引申率分别为15%，20%，30%，50%，100%，200%和300%，目前采用的皱纹纸型号为JW-50，底纸分低密度和高密度两种。,点胶绝缘纸。如在底纸厚度为0.080.5mm纤维绝缘纸的单面或双面涂以环氧树脂胶点，可制成胶层厚度为0.01250.025mm、黏合强度达450kPa的点胶绝缘纸，可作为层间绝缘。,这种纸在120或150分别烘焙40min或80min后，胶层固化而使各层纸粘固在一起，机械强度增加，当用作中小型变压器层式线圈的层间绝缘时，可使抗短路机械力的能力有所提高。同时，由于绝缘纸上的树脂涂层是呈点胶状，涂层在溶化与固化过程中仅有微量树脂渗透于纤维纸中，从而可保证绝缘材料中气体的排出和油的浸入，可将局部放电对绝缘的损坏程度减少到最小。,2绝缘纸板,它由木质纤维或掺有适量棉纤维的混合纸浆经抄纸、压光而制成。目前有木质纤维和棉纤维各占一半的50/50型和不掺棉纤维的100/100型两种纸板。,从表23中的纤维程度可以看出,，棉纤维由于纤维间隙多而小，毛细管现象多，因此抗张强度和吸油都较高。同时，棉纤维中含99%以上纯纤维素，而木纤维中的纤维素只占80%左右，,并还含一定的纤维素和木质。易吸收水分的纤维素和木质混合在一起将增加吸湿能力，同时也增强纤维的结构作用。木质具有离子交换树脂的作用，对热稳定较差的纤维素的电离现象可起到催化作用，即,H2O+CO+CO2=H2CO3H+CO3-(2-1),随着制造超高压和特高压大型及特大型充油电力变压器的需要，国内外都在不断的提高绝缘纸板的性能，如瑞士Weidmann公司的T系列绝缘纸板、美国Dubeent公司的芳香族聚酰胺纸板都显示良好的高耐热性和机械性能。由于绝缘纸和绝缘纸板的介电系数z为4.5左右，变压器油的介电系数y仅为2.2，,而油纸绝缘在交流电压下纸层的Ez和油层的电场Ey按Ez：Ey=y：z分布,，油隙是油纸绝缘结构的薄弱环节。因此，在木质纤维中适当掺合低介电系数（2.13.8）组分的合成树脂纤维的纸板，在超高压大容量变压器制造中有良好的应用前景。同时，由于采用纸浆成型的绝缘件稳定性好，强度适中，可以提高绝缘结构的可靠性。因此，国内已研制出各种由纸浆成型的绝缘件，以此来解决超高压电力变压器绝缘结构和引线绝缘问题。,表24部分国产变压器油的成分分析依据,油类及厂家,芳烃/（C,A,%,）,烷烃/（C,P,%,）,环烷烃/（C,N,%,）,新疆独炼，#45,3.30,49.70,47.00,新疆独炼，#25,4.56,45.38,50.06,兰炼，#45,4.46,45.83,49.71,兰炼，#25,6.10,57.80,36.10,东北七厂，#25,8.28,60.46,31.26,天津大港，#25,11.80,24.50,63.70,环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性，黏度随温度的变化小。芳香烃化学稳定性和介电稳定性也较好，在电场作用下不析出气体，而且能吸收气体。变压器油中芳香烃含量高，则油的吸气性强，反之则吸气性差。但芳香烃在电弧作用下生成碳粒较多，又会降低油的电气性能；芳香烃易燃，且随其含量增加，油的比重和黏度增大，凝固点升高。环烷烃中的石蜡烃具有较好的化学稳定性和易使油凝固，在电场作用下易发生电离而析出气体，并形成树枝状的X腊，影响油的导热性。,变压器油在运行中因受温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用，发生氧化、裂解与碳化等反应，生成某些氧化产物及其缩合物（油泥），产生氢及低分子烃类气体和固体X腊等。绝缘油劣化反应过程为,RH+e R*+H*(2-2),式中，e为作用于油分子RH的能量；R*和H*分别为R和H的游离基。游离基是极其活泼的基团，与油中氧作用生成更活泼的过氧化游离基，即,R*+O2 ROO*(过氧化基)(2-3),H*+H*H2 (2-4),过氧化基继续对烃类作用，生成过氧化氢物，即,ROO*+RH ROOH+R*(2-5),过氧化氢也是极不稳定的，可分解成ROO*和OH*两个游离基，使氧化反应继续下去。变压器油一旦开始劣化，即使外界不供给能量也能把以游离基为活化中心的链式反应自动持续下去，而且反应速度越来越快。这时，只有加入抗氧化剂，依靠抗氧化剂的分子和氧化中的自由基相互作用，使氧化反应链中断才能抑制变压器油的老化。实验证明：绝缘油未加抗氧化剂时产气速率若为100%，则有抗氧化剂时的产气速率仅为26.9%。,在变压器油中加抗氧化剂对延缓变压器油老化有明显效果；此外，如加1，2，3苯并三唑（BTA）还可抑制油流带电现象。通常，为了抑制变压器油老化，在油未开始氧化时加氨基比林，在氧化初期加的氨基比林或烷基酚等，在油激烈氧化阶段加邻位氨基苯酚。,上述ROO*、R*仍会继续反应，过氧化物再经一系列反应，最终生成醇（ROH）、醛（RCHO）、酮（RCOR）、有机酸（RCOOH）等中间氧化物，并生成H2O、CO2及氢和碳链较短的低分子烃类。此外，在无氧气参加反应时，RH也会生成低分子烃类，以C3H8为例，即：,C,3,H,8,C,2,H,4,+CH,4,(2-6),2,（C,3,H,3,）2C,2,H,8,+C,2,H,4,(2-7),当变压器油受高电场能量的作用时，即使温度较低，也会分解产气。在场强为130kV/cm作用下，变压器油在25,30,时的产气成分如表25所示。,表25在场强为130kV/cm作用下变压器油的产气组分（体积%）,试样编号,CH,4,C,2,H,6,C,2,H,4,C,2,H,2,1,3.3,1.7,1.9,3.0,2,2.2,1.4,2.3,2.4,3,3.72,1.01,1.61,1.42,变压器油中溶解的气体在电场作用下将发生电离，释放出的高能电子与油分子发生碰撞，使CH或CC键断裂，把其中的H原子或CH,3,原子团游离出来而形成游离基，促使产生二次气泡。,当电场能量足够时即可发生上述反应。上述反应的产气速率取决于化学键强度，键强度越高，产气速率越低；同时产气速率还与电场强弱、液相表面气体的压力有关，可用经验关系式描述，即,（2-8）,式中，,式中,为产气速率；k为常数，取0.06；u为工作电压，KV；Us为析气时的起始电压，一般为30.5KV，p为油面气体压力；n为常数，取1.82；为常数，取0.16。,总之，在热、电、氧的作用下，变压器油的劣化过程以游离基链式反应进行，反应速率随着温度的上升而增加。氧和水分的存在及其含量高低对反应影响很大，铜和铁等金属也起触媒作用使反应加速，老化后所生成的酸和H2O及油泥等危及油的绝缘特性。经过精炼的变压器油中不含低分子烃类气体，但变压器油在运行中受到高温作用将分解产生二氧化碳、低分子烃类气体和氢气等。,二、固体绝缘材料的分解及气体,油纸绝缘包括绝缘纸、绝缘纸板等，它们的主要成分是纤维素。木纤维是由许多葡萄糖基借1-4配键连结起来的大分子，其化学式为(C5H10O5)n。纤维素分子呈链状，是主链中含有六节环的线型高分子化合物。每个链节中含有3个羟基（即OH），每根长链间由羟基生成氢键。氢键是由于与电负性很大的元素如F、O相结合的氢原子与另一个分子中电负性很大的原子间的引力而形成。长期互相之间氢键的引力和摩擦力，纤维素有很大的强度和弹性，因此机械性能良好。N代表长链并连的个数，成为聚合度，一般新纸N1300，极度老化以致寿命终止的绝缘纸N为150-200。纸、层压板或木板等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的CO化合。聚合物裂解的有效温度高于105，完全裂解和碳化高于300，在生成水的同时，生成大量的CO和CO2及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。CO和CO2的生成不仅随温度升高而加快，而且随油中氧的含量和纸的湿度增大而增加。由表26的试验结果可知，纤维素热分解的气体组分主要是CO和CO2。,表26 温度470时纤维素热分解产物,分解产物,重量/（%）,分解产物,重量/（%）,水,35.5,CO,2,10.40,醋酸,1.40,CO,4.20,丙铜,0.07,CH,4,0.27,焦油,4.20,C,2,H,4,0.17,其他有机物质,5.20,焦炭,39.59,表27充油电气设备故障类型的统计,故障类型,台次,比率/（%）,过热性故障,226,53,高能量放电故障,65,18.1,过热兼高能放电故障,36,10.0,火花放电故障,25,7.0,受潮或局部放电,7,1.9,表28 充油电力变压器不同故障类型产生的气体,故障类型,主要气体组分,次要气体组分,油过热,CH,4,、C,2,H,2,H,2,、C,2,H,6,油和纸过热,CH,4,、C,2,H,4,、CO、CO,2,H,2,、C,2,H,6,油纸绝缘中局部放电,H,2,、CH,4,、CO,C,2,H,2,、C,2,H,6,、CO,2,油中火花放电,H,2,、C,2,H,2,油中电弧,H,2,、C,2,H,2,CH,4,、C,2,H,4,、C,2,H,6,油和纸中电弧,H,2,、C,2,H,2,、CO、CO,2,CH,4,、C,2,H,4,、C,2,H,6,注：进水受潮或油中气泡可使氢含量升高,表210 充油变压器套管的典型障故,故障类型,举例,局部放电,纸受潮、不完全浸渍、油的过饱和、或纸被X蜡沉积物污染，造成充气空腔中的局部放电。也可能在运输期间把松散的绝缘纸弄皱、弄折，造成局部放电,低能量放电,电容末屏连接不良引起的火花放电,静电屏蔽连接线中的电弧,纸上有沿面放电,高能量放电,在电容均压金属箔片间的短路，局部高电流密度熔化金属箔片，但不会导致套管爆炸,热故障,300,t700,由于污染或不合理地选择绝缘材料引起的高介损，从而造成纸绝缘中的环流，并造成热崩溃,套管屏蔽间或高压引线接触不良，温度由套管内的导体传出,第四节 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CH4C2H6C2H4C2H2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211的编码规则和表212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211和表212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212 故障类型判断方法,编码组合,故障类型判断,故障实例,C,2,H,2,/C,2,H,4,CH,4,/H,2,C,2,H,2,/C,2,H,6,0,0,1,低温过热,（低于150）,绝缘导线过热，注意CO和CO,2,的含量及CO,2,/CO,的值,2,0,低温过热,（150300）,分解开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焊接不良，涡流引起铜过热，铁芯漏磁，局部短路，层间绝缘不良、铁芯多点接地等,2,1,中温过热,（300700）,0,，1，2,2,高温过热,（高于700）,1,0,局部放电,高温度、含气量引起油中低能量密集的局部放电,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，分解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电火花放电,2,0,，1，2,低能放电兼过热,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、引起对箱壳放电、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。,2,0,，1，2,电弧放电兼过热,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213）和解释简表（表214）。,表213是将所有故障类型分为6种情况，这6种情况适合于所有类型的充油电气设备，气体比值的极限依赖于设备的具体类型，可稍有不同；表213显示D1和D2两种故障类型之间既有重叠又有区别，这说明放电的能量有所不同，必须对设备采取不同的措施。表214给出了粗略的解释，对于局部放电，低能量或高能量放电以及热故障可有一个简便粗略的区别。,表213 溶解气体分析解释表,情况,特征故障,C,2,H,2,/C,2,H,4,CH,4,/H,2,C,2,H2/C,2,H,6,DP,局部放电（见注3）,NS,0.1,0.2,D1,低能量局部放电,1,0.1,0.5,1,D2,高能量局部放电,0.6,2.5,0.1,1,2,T1,热故障t300,NS,1但NS,1,1,T2,热故障300t700,0.1,1,1,4,T3,热故障t700,0.2,1,4,注：1上述比值在不同地区可稍有不同；,2以上比值在至少上述气体之一超过正常值并超过正常值增长速率时计算才有效；,3在互感器中CH4/H20.2时为局部放电。在套管中CH4/H20.7为局部放电；,4气体比值落在极限范围之外，而不对应于本表中的某个故障特征时，可认为是混合故障或一种新的故障。这个新的故障包含了高含量的背景气体水平。在这种情况下，本表不能提供诊断。但可以使用图示法给出直观的、在本表中最接近的故障特征。,NS表示无论什么数值均无意义；,C2H2的总量增加，表明热点温度增加，高于1000。,表214 溶解气体分析解释简表,情况,特征故障,C,2,H,2,/C,2,H,4,CH,4,/H,2,C,2,H,4,/C,2,H,6,PD,局部放电,0.2,D,低能量或高能量放电,0.2,T,热故障,0.2,二、三比值法的应用原则,三比值法的应用原则是：,（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有理由判断设备可能存在故障时，气体比值才是最有效的，并应予以计算。对气体含量正常，且无增长趋势的设备，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或正常老化上。为了得到仅仅相对于新故障的气体比值，要从最后一次分析结果中减去上一次的分析数据，并重新计算比值（尤其在CO和CO2含量较大的情况下）。在进行比较时，要注意在相同的负荷和温度等情况下在相同的位置取样。,（3）由于溶解气体分析本身存在的试验误差，导致气体比值也存在某些不确定性。利用DL/T722-2000导则所述的方法，分析油中溶解气体结果的重复性和再现性。对气体浓度大于10 L/L的气体，两次的测试误差不应大于平均值的10%，而在计算气体比值时，误差提高到20%。当气体浓度低于10 L/L时，误差会更大，使比值的精确度迅速降低。因此在使用比值法判断设备故障性质时，应注意各种可能降低精确度的因素。尤其是对正常值较低的电压互感器、电流互感器和套管，更要注意这种情况。,三、三比值法的不足,通过大量的时间，发现三比值法存在以下不足：,（1）由于充油电气设备内部故障非常复杂，有典型事故统计分析得到的三比值法推荐的编码组合，在实际应用中常常出现不包括表212范围内的编码组合对应的故障。如表中编码组合202的故障类型为低能放电，但实际在装有带负荷调压分解开关的变压器中，由于分解开关筒里的电弧分解物渗入变压器油箱内，一般是过热与放电同时存在；对编码组合010，通常是H2组分含量较高，但引起H2高的原因甚多，一般难以作出正确无误的判断。,（2）只有油中气体各组分含量足够高或超过注意值，并且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一步用三比值法判断故障性质。如果不论变压器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能对正常的变压器造成误判断。,（3）在实际应用中，当有多种故障联合作用时，可能在表中找不到相对应的比值组合；同时，在三比值编码边界模糊的比值区间内的故障，往往易误判。,（4）在实际中可能出现的故障没有包括在表212比值组合对应的故障类型中，例如，编码组合202或201在表中为低能放电故障，但对于有载调压变压器，应考虑切换开关油室的油可能向变压器本体油箱渗漏的情况。此时要用比值C2H2/H2配合诊断。,（5）三比值法不适用于气体继电器里收集到的气体分析诊断故障类型。,（6）当故障涉及固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解时，将引起CO和CO2含量明显增长，表212中无此编码组合。此时要利用下述的比值CO2/CO配合诊断。,（7）由于故障分类存在模糊性，一种故障状态可能引起多种故障特征，而一种故障特征也可在不同程度上反映多种故障状态，因此三比值法不能全面反映故障状况。同时，对油中各种气体组分含量正常的变压器，其比值没有意义。,总之，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，它还在不断的发展的积累经验，并继续进行改良，其发展方向之一是通过把比值法与故障稳定的关系变为模糊关系矩阵来判断，以便更全面的反映故障信息。,四、以三比值法诊断故障的步骤,我国DL/T711-2000导则指出，对出厂的设备，按导则规定的注意值进行比较，并注意积累数据；当根据试验结果怀疑有故障时，应结合其他检查性试验进行综合诊断。对运行中的变压器，按下述步骤进行故障诊断：,1将试验结果的几项主要指标（总烃、甲烷、乙炔、氢）与充油电气设备产气速率注意值作比较。短期内各种气体含量迅速增加，但尚未超标的数据，也可诊断为内部有异常状况；有的设备因某种原因使气体含量基值较高，但增长速率低于产气率注意值的，仍可认为是正常设备。,2当认为设备内部存在故障时，可用特征气体法、三比值法和其他方法并参考溶解气体分析解释表和气体比值的图示法，对故障类型进行诊断。,3对CO和CO2进行诊断。,4在气体继电器内出现气体的情况下，应将继电器内气体的分析结果按本节所述的方法进行诊断。,5根据上述结果以及其他检查性试验（如测量绕组直流电阻、空载特性试验、绝缘试验、局部放电试验和测量微量水分等）的结果，并结合该设备的结构、运行、检修等情况进行综合分析，诊断故障的性质及部位。根据具体情况对设备采取不同的处理措施（如缩短试验周期，加强监视，限制负荷，近期安排内部检查，立即停止运行等）。,第五节 无编码比值法的基本原理及方法,尽管我国现行的DL/T722-2000导则中采用了改良的三比值法，提高了诊断故障的可靠性，但三比值法故障编码不多，实际工作中有许多变压器的故障因查不到编码而无法判断，而且判断方法也较复杂。因此，寻求更简单、更精确的诊断技术已成为各国研究的主要课题。我国电力研究者通过10多年收集的全国部分省市变压器故障实例和对国外模拟故障色谱数据的分析研究，提出了用“无编码比值法”分析和诊断变压器故障性质的方法，可以从一个层面解决三比值法故障编码少，有的故障用三比值法难于诊断的问题。,一、故障类型诊断的原理,如前所述，变压器油和固体绝缘材料在不同的温度、不同的放电形式下产生的气体也不相同。日本等国通过大量的模拟试验，得到过热、放电分解的不同气体。从试验结果可以看出以下规律：,（1）在油中发生600以下过热时，产生的主要气体是甲烷，其次是乙烯、乙烷和少量氢气。,（2）在电弧放电时，油产生的气体以氢气和乙炔为主，有少量的甲烷、乙烯；在纸和油中电弧放电时产生的CO是纯油中的10倍多。,（3）在局部放电时，无乙炔，而且甲烷较多。,（4）火化放电产生的气体近似于电弧放电。,利用上述试验得到的规律，我们可以利用某些特征气体的组分含量和它们之间的相互比值来判断变压器中存在的不同故障类型。如用过热时甲烷过氢气少、放电时氢气多而甲烷少的特点，用甲烷与氢气比率就可区分放电与过热故障。为此，共计算出9种不同组合形式的气体比率值，并按变压器实际故障分类统计，从中找出故障性质相关的量。于是，我们就可以用表215与故障性质相关的气体比率来确定故障性质。,表215 气体比值与实际故障性质分类统计表,序号,气体比值分类,实际故障与比值编码分类,高能量放电102,高能量放电112，110，101，100,低能量放电202，212，200,低能量放电兼过热220，222,高能量放电兼过热120，121，122,高温过热022，002,中温过热021，001,低温过热020，000,1,CH,4,/H,2,0.10.97,0.030.75,0.010.96,1.63.5,1.052.48,0.378.4,0.7524.2,0.623.2,2,C,2,H,2,/C,2,H,4,0.12.91,0.112.63,3.0220.0,3.1318.46,0.102.81,00.10,00.10,00.10,3,C,2,H,4,/C,2,H,6,3.450,0.2411.6,3.265.2,0.0811.5,0.218.0,3.0717.1,1.253.0,0.120.95,4,C,2,H,2,/(C,1,+C,2,)/(%),4.467.4,3.556.5,17.289.4,43.374.0,1.760.7,05.99,04.2,03,5,H,2,/(H,2,+C,1,+C,2,)/(%),3.387.6,5.981.4,6.395.7,11.137.3,031.3,060.5,040.8,040.3,6,C,2,H,4,/(C,1,+C,2,)/(%),21.366,21.545.2,020,2.418.2,8.857.6,46.192.0,31.653.4,15.930.3,7,CH,4,/(C,1,+C,2,)/(%),6.074.0,17.943.7,039.5,2023.0,12.681.4,4.770.3,17.253.8,17.285.6,8,C,2,H,6,/(C,1,+C,2,)/(%),015.2,1.872.0,013.0,1.932.0,044.0,3.416.8,12.638.0,1742.0,9,(CH,4,+C,2,H,4,)/(C,1,+C,2,)/(%),37.686.7,41.772.0,22.682.8,22.741.7,34.091.0,79.798.2,35.087.0,34.574.0,该方法不需要对比值编码，而是直接由两个比值确定一个故障性质，减去了传统的“三比值法”先变法然后由编码查找故障性质的过程，使分析判断方法简化而可操作性又较强。,二、诊断故障性质的方法,（1）以计算比值诊断,根据计算的比值，按表216进行诊断，步骤如下：,表216无编码比值故障性质分析诊断方法,故障性质,C,2,H,2,/C,2,H,4,C,2,H,4,/C,2,H,6,CH,4,/H,2,典型例子,低温过热,300,0.1,1,无关,引线外包绝缘脆化，绕组油道堵塞，铁芯局部短路,中温过热,300700,0.1,1比值3,无关,铁芯多点接地或局部短路，分接开关引线接头接触不良,高温过热,700,0.1,3,无关,高能量放电,0.1比值3,无关,1,绕组匝间、饼间短路，引线对地放电，分接开关拨叉处围屏放电，有载分接开关、选择开关切断电流,高能量放电,兼过热,0.1比值3,无关,1,低能量放电,3,无关,1,围屏树枝状放电，分接开关错位，铁芯接地铜片与铁芯多点接触，选择开关调节不到位。,低能量放电,兼过热,3,无关,1,（1）以计算的乙炔比乙烯值诊断过热或放电性故障。当计算的比值小于0.1时为过热性故障，大于0.1时为放电性故障。,（2）计算乙烯比乙烷的值并以过热温度诊断故障程度。当乙烯比乙烷的计算比值小于1时为低温过热（小于300）；大于1小于3为中温过热（300700）；大于3时为高温过热（大于700）。,（3）以计算的甲烷比氢气值诊断是否放电或过热性故障并存。当甲烷比氢气的计算比值大于1时，为放电兼过热性故障，反之为纯放电性故障。,（2）以故障分区图诊断,根据计算的比值，按图2-1的故障分区图进行诊断，其步骤如下：,图2-1变压器故障性质分区图,以计算的乙炔比乙烯的值判断故障区域。当计算比值小于0.1时为过热性故障，大于0.1时为放电性故障。,以计算的乙烯比乙烷值过热故障区域。以左纵坐标为准，查出过热温度，诊断过热故障类型。,以计算的甲烷比氢气值判断故障程度。以图21的右纵坐标为准，查处该值所对应的故障。,求出两对比值后，即可在故障分区图21中查到故障性质，因此该图示法具有直观、明了、简单、准确等优点；对于过热故障，还可以看出它的温度变化情况，可用于运行中变压器的色谱追踪分析。,三、无编码比值法的特点,与三比值法相比，无编码比值法具有以下一些特点：,1可诊断放电兼过热故障,对收集到的102台次变压器故障的色谱分析数据进行分析诊断比较如下：,（1）按三比值法编码规则编码的台次是：“120”码16台次、“121”码14台次、“122”码65台次、“222”码2台次。,（2）吊芯检查确认的实际故障是：放电和过热两种故障同时存在的变压器24台次，如引线焊接不良又有引线对均压环放电，铁芯两点接地又有分解开关故障，围屏放电又有铁芯多点接地等；一种故障显示两种特征的变压器有54台次，如匝间过热后导致击穿放电、引线脱焊等，铁芯接地铜片或穿心螺丝与铁芯多点接触、分接开关接触不良等。纯属放电的变压器13台次，原因不明的12台次。,（3）用无编码比值法进行诊断，并将诊断结果与的实际故障进行比较，其准确判断率为87.3%，而用三比值法诊断的结果与的实际故障不符合。,上述实践证明，无编码比值法运行中确实存在将故障性质划分为放电兼过热故障的这类故障，这对分析变压器故障部位更为有利。,提高过热性故障诊断的准确率,按三比值法，“000”组合编码应诊断为设备绝缘正常老化而无故障，而实际上属“000”组合编码的往往仍有故障。为此，用无编码比值法对收集到的属“000”组合编码的变压器进行了诊断，其结果列于表217。从表中可知，无编码比值法诊断为过热性故障，从而提高了热故障诊断的准确率。,表217“000”码故障实例统计表,故障发生单位,发生时间,总烃,/（L/L）,编码,无编码比值法判断结论,实际故障情况,郑铁临疑1#主变,1973.7.28,722,000,低温过热,局部放电,黄石电厂2#主变,1982.7.10,138,000,低温过热,铁芯两点接地,本溪局南分区主变B相套管,1982,4100,000,低温过热,第一屏、第二屏放电,邓工二组变CT,1994.4,410,000,低温过热,过热,鞍山红一变2#变,1994.9.1,188,000,低温过热,过热,赵山708路CT,1994.11,753.3,000,低温过热,过热,深圳横岗站1#变,1995.3.16,103.1,000,低温过热,未查找,深圳横岗站2#变,1995.3.16,138.1,000,低温过热,未查找,韶关局梅田1#变,1996.6.27,126.1,000,低温过热,可能是烧焊引起,第六节 油中气体分析的多种判据对故障进行综合诊断,如前所述，充油变压器在长期运行中，由于变压器的容量、电压等级、结构、运行环境、油质状况、运行参数等的差异，以及每种诊断方法都涉及特定的参数或大量模拟及事故数据分析统计而得出的经验公式或判据，因此在对运行中故障变压器进行故障诊断及故障发展趋势预测时，若仅采用一种判据很难得出正确的诊断结论，甚至会造成误判，造成更大的经济损失。同时，即使是用前述的油中溶解特征气体组分含量和比值法已诊断出变压器的故障类型及性质，但为了进一步预测变压器的故障状况，往往还应考察故障源的温度、功率、绝缘材料的损伤程度、故障危害性，以及故障的发展导致油中溶解气体达到饱和并使瓦斯保护动作等诸因素。,一、综合诊断的辅助方法,1故障源温度的估算,变压器油裂解后的产物与温度有关，温度不同产生的特征气体也不同；反之，如已知故障情况下油中产生的有关各种气体的浓度，可以估算出故障源的温度。比如对于变压器油过热，且当热点温度高于400时，可根据月冈淑郎等人推荐的经验公式来估算，即,（2-9）,国际电工委员会（IEC）标准指出，若CO2/CO的比值低于3或高于11，则认为可能存在纤维分解故障，即固体绝缘的劣化。当涉及估计绝缘裂解时，绝缘低热点的温度经验公式如下：,300以下时：,（2-10）,300以上时：,（2-11）,2故障源功率估算,变压器油裂解需要的平均活化能约为210kJ/mol，即油热解产生1mol体积（标准状态下为22.4L）的气体需要吸收热能为210kJ，则每升热裂解气所需能量的理论值为：Qi=210/22.4=9.38(kW/L),但油裂解时实际消耗的热量要大于理论值。若热解时需要吸收的理论热量为,，实际需要吸收的热量为,，则热解效率系数为,（2-12）,如果已知单位故障时间内的产气量，即可导出故障源功率估算公式为,（2-13）,式中，,P,为故障源的功率，kW；,为理论热值，9.38kW/L,V,为故障时间内的产气量，L；,t,为故障持续时间，s；为热解效率系数。可以查热解效率系数与温度关系的曲线，或用该曲线测定出的近似公式来表示，即,局部放电 =1.2710-3,铁芯局部过热 =100.00988T-3,线圈层间短路 =100.000686T-5.33,其中，T为热源温度，。,3油中气体达到饱和状态所需时间的估算,在变压器发生故障时，油被裂解的气体逐渐溶解于水中。当油中全部溶解气体（包括O2、N2）的分压总合与外部气体压力相当时，气体将达到饱和状