专题-变压器油中溶解气体色谱分析和故障诊断
变压器油色谱分析及故障判断
变压器油色谱分析及故障判断摘要：目前变压器已大量运用于各企业，我公司目前投运的变压器已达上千台，对变压器的检修与维护直接关系到下游产业的产能，文章就变压器色谱分析问题进行了专门的阐述。
关键词：气体成分故障判断、产气速率、三比值及注意事项。
前期我厂进行变压器油色谱分析时发现电除尘高频柜出现大量积的H2超标现象，但是其它数据皆在合格范围之内，对此车间分厂管理员进行了详细的技术攻关。
经过查阅大量资料及咨询相关专家判断本次H2超标是由于受潮导致。
目前变压器油色谱分析已被广泛应用于变压器的内部故障检测，但是针对数据分析还存在一定的盲区，文章对目前主要的数据分析手段进行详细讲解，不足之处希望及时指正。
1、气体成分故障判定法变压器油在不同故障产生温度不同，也就会产生不同的气体，根据各种气体的含量不同用以推算故障点的能量释放大小，根据主要气体含量来判断故障。
故障类型主要产生气体次要产生气体油过热CH4、C2H4H2、C2H6油和纸过热CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油纸绝缘中局部放电H2、CH4、C2H2、CO CO2、C2H6油中火花放电H2、C2H2油中电弧H2、C2H2CH6、C2H4、C2H6油和纸中电弧H2、C2H2、CO、CO2CH6、C2H4、C2H6进水受潮或油中气泡H2注意事项：根据表格中不同故障类型所产生的主要气体成分不同来判断故障比较简单、明了。
该方法具有直观、方便、快速的特点。
当油中特征气体含量很高、超过注意值很多时，一般用特征气体含量法就很容易判断出故障的存在。
但是，油中溶解气体含量的注意值不是划分设备有无故障的唯一标准，有些设备在无故障情况下气体含量也会超过注意值，反之，有的设备气体含量尚未达到注意值却已出现故障。
《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中指出H2超标的原因有很多，若果只是H2超标应注意其它其它含量综合考虑气体的产生原因。
我厂出现的H2超标现象经三比值与其它气体含量综合考量，判断为变压器在制造过程中工艺不严导致受潮，在运行过程中水分被分解成H2。
用油中溶解气体含量分析指导变压器状态检修
用油中溶解气体含量分析指导变压器状态检修摘要：变压器油中溶解气体色谱分析是判断变压器内部故障的重要手段。
通过介绍变电站变压器故障色谱分析的实例，说明色谱分析结合电气试验进行综合分析，可以比较准确地判断变压器故障类型和故障部位。
关键词：油中溶解气体色谱分析状态判断0 引言变压器是电力系统中的重要设备，它担负着电能的传输和分配，所以它的安全稳定运行有着重要意义。
通过变压器油中溶解气体含量分析，可以知道变压器的运行状况。
再结合其他相关电气试验，可判断变压器内部是否存在故障，也可以进一步根据故障产生气体组分的类型含量及产气速率的不同可判断故障的性质即区分是过热故障还是放电性故障，判断变压器故障的故障位置、严重程度及危害性，提出相应处理措施。
1 分析机理变压器油即矿物绝缘油，是石油的一种分馏产物，其主要成分是烷烃、环烷烃、芳香烃等成分组成的烃类混合物。
当充油电气设备处于正常运行状态下，油和固体绝缘分解出的气体量极少。
随着运行时间的增加，固体绝缘逐渐显出老化趋势，分解出的CO和CO2将逐年增多。
当变压器内出现放电或过热时，油或固体绝缘分解产生出一些气体。
这些气体在油中经过对流、扩散，会不断溶解在油中，如果产生的气体数量大于溶解于油中的数量时，便会有一些气体进入气体继电器中。
各种气体产生的条件不同，产生气体的种类和数量与外施能量有关（几种常见气体产生时所需的能量见表1），如局部放电，通过离子反应、断裂主要生成H2，还可生成甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等气体，生成不同的气体时分别需要各自的温度和能量。
一般说来，乙烯是在高于甲烷和乙烷的温度(大约500℃)下生成的，乙炔一般是在800℃～1200℃的温度下生成的，而且当温度降低时反应被迅速抑制，慢慢积累。
因此，大量的乙炔是在电弧中产生的。
在变压器油发生物理、化学反应时，伴随生成各种气体，并经长期积累，成为数量显著的气体。
这些分解出来的气体形成气泡在变压器油中经对流扩散，不断的溶解在油中。
变压器油色谱分析与故障判断
变压器油色谱分析与故障判断摘要：变压器油作为变压器的主要绝缘介质，对变压器绝缘、散热、灭弧起到非常重要的作用，并且定期的对变压器油性能进行化验，可以映射出变压器内部可能存在的问题,对保障设备稳定运行有重大帮助。
关键词：变压器油、色谱分析、故障判断一、变压器油的作用变压器油是一种石油的分馏产物, 我国现行的相关标准是《电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》GB2536, 对变压器油牌号的分界根据油凝点高低来界定, 分为10 #、25#和45#三类。
10#变压器油采用石蜡基油生产，25#变压器油采用中间基油产或是采用环烷基油生产, 45#变压器油采用环烷基油生产。
运用在变压器中主要包含以下作用：散热冷却作用：变压器在带电运行过程中，由于线圈中有电流通过，“铜损”和“铁损”均以发热的形式表现出来，致使热量集聚，温度上升。
如果不设法散热，必然会使线圈内部温度过高，当温度超过某一数值时，会损坏线圈和铁芯间的固体绝缘材料，造成短路，损坏变压器。
变压器油的比热大，运动黏度底，热传导性良好，可以将损耗产生的热量经过绝缘材料或直接传递给变压器器身。
运行时变压器油温度升高，相应的比重降低，借助自身的对流或外部的强迫循环，热的油在变压器器身内上升到上部，下部较冷的变压器油也跟着上流。
上部温度较高的油进入变压器四周的散热片，把其中的热量传递给外界，从而达到散热的目的，保证变压器的正常运行。
绝缘防潮防氧化作用：常用的环烷基变压器油主要成分是环烷烃，其最大的特点是介电常数高、介质损耗小，绝缘强度高。
有资料显示，空气的介电常数为1.0，而变压器油的介电常数介于2.2~2.4之间，相比较而言，变压器绝缘油的绝缘强度比空气高很多。
当变压器器身全部浸没在变压器油内时，大大提高了绝缘强度，可以更有效的保证变压器的安全运行。
变压器油不会因受到空气和水分的侵蚀而很快变质，将绝缘材料浸没在变压器油中，能起到将铁芯和线圈等组件与空气和水分隔离的作用，使其免受潮气侵蚀。
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 1C2H4/C2H6 v 1时，属变压器已正常老化。
变压器油中溶解气体研究和故障判断
变压器油中溶解气体研究和故障判断作者：贺天宇来源：《科技与创新》2014年第17期摘要：变压器系统发生故障或出现异常时，变压器油液的分解变化更为明显。
以变压器油液中的溶解气体为研究对象，并以此作为变压器发生故障的判断依据，从而保障变压器运行的可靠性。
关键词：变压器；溶解气体；油液；故障中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0015-02变压器油箱中的油液可直观反映其异常情况或故障问题，比如油温异常、气味或颜色异常等，通过对变压器油液的分析、研究，可有效诊断变压器的故障问题。
变压器油液在环境湿度、空气氧气浓度等长期催化下会发生化学分解或变质作用，生成可溶性气体溶入油液中。
变压器在正常运行时，这种化学作用是比较缓慢的，然而，如果变压器存在异常或故障隐患时，则会加剧这种作用，分解出更多的气体。
因此，对变压器油液中所溶解的气体组成、含量等进行研究、分析，便可对变压器故障进行准确判断，以便得到及时解决。
1 油液中溶解气体的主要成分及来源通过采用特定的方式对变压器油液中的溶解气体进行检测、分析，归纳、总结出变压器油液中的可溶解气体成分及来源主要如下：①空气中的气体。
由于变压器油液在使用中与空气是直接接触的，因此空气中可溶性物质如N2、O2等成分便会溶于油液中。
②正常状态下因化学反应而生成的气体。
变压器油液主要是由烃类组成，这种物质在绝缘、可散热性能上发挥着较好的作用。
然而，烃类在电场、水、氧气等环境下，会发生缓慢的化学反应，生成物除包括有非气态的化合物外，还会分解释放出少量的氢气、低分子组态的烃类气体和较多的无机碳氧化合物，比如典型的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。
③异常或故障情况下的气体生成物。
变压器发生故障或出现异常情况时，油箱中油液温度高于正常温度，而这种变化会使油液中的化学反应生成物向碳、氢化合物转变。
在油温上升幅度较小时，生成物主要为甲烷（CH4），随着温度的升高，生成物中碳的含量逐渐升高，比如生成乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等。
变压器油中溶解气体的检测与分析技术
变压器油中溶解气体的检测与分析技术变压器是电力系统中常用的设备之一，其正常运行对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。
然而，随着变压器运行时间的增长，变压器油中可能会溶解各种气体，这些气体可能对变压器的性能和安全性造成不利影响。
因此，准确检测和分析变压器油中的溶解气体成分，对变压器的运行状态进行评估和维护具有重要意义。
一、变压器油中溶解气体的来源及其影响1. 溶解气体来源变压器油中的溶解气体主要来源于以下几个方面：（1）变压器绝缘体的老化、降解过程中产生的气体；（2）变压器内部与油接触的活性金属表面（如铜、铁等）的腐蚀产物；（3）变压器内部存在的绝缘材料或固体绝缘层的气体释放；（4）变压器运行过程中，外界环境中进入变压器的气体。
2. 影响变压器油中溶解气体的存在会对变压器的性能和安全性产生以下不利影响：（1）气体在变压器中积聚会导致电晕放电等异常现象，加剧设备老化；（2）有些溶解气体在变压器油中会发生化学反应，产生酸性物质，对变压器内部金属与绝缘材料的腐蚀加剧；（3）气体的存在会降低变压器油的绝缘性能，缩短变压器的使用寿命；（4）变压器油中气体增加会导致油的体积变大，进而影响变压器油的流动性和传热性。
二、变压器油中溶解气体的检测技术1. 气体浓度检测气体浓度检测是评估变压器油中溶解气体含量的主要方法之一。
常用的气体浓度检测技术包括：（1）气体色谱法：利用气体色谱仪检测变压器油中各种气体的含量，通过对色谱图的解析和比对，确定各种气体的浓度。
（2）红外光谱法：利用红外传感器对变压器油中的溶解气体进行检测，通过红外光谱的吸收峰进行气体浓度的定量分析。
（3）超声波法：通过超声波传感器对变压器油进行扫描，测定气体的传递速度以及声速的变化，进而计算出气体的浓度。
2. 气体成分分析除了检测气体的浓度外，对气体成分进行精确分析也是重要的一步。
常用的气体成分分析技术有：（1）质谱法：利用质谱仪对变压器油中溶解气体进行定性和定量分析，通过碰撞诱导解离（CID）技术，实现气体分子的碎片化，进而确定气体成分。
利用色谱分析诊断变压器内部存在故障
利用色谱分析诊断变压器内部存在故障摘要：运用色谱分析技术判断变压器故障，本文根据变压器油产生的气体组分及比值来判断变压器故障类型及故障点。
由油气体的总烃值对该变压器的故障类型及故障点进行判断，诊断了变压器内部潜伏性的故障，证实了色谱分析预测、判断变压器故障的有效性。
关键词：变压器油气体色谱分析诊断引言目前，国内电力系统使用的大型变压器多为油浸式变压器，其内部变压器油和固体绝缘材料由于受电场、热、湿度、氧等因素的影响，会逐渐老化、分解，产生少量的氢、低分子烃类气体、一氧化碳和二氧化碳等气体，且大部分溶解在油中。
当变压器内部存在潜伏性故障或故障加剧时，油中溶解气体数量会相应增加，最终造成瓦斯保护动作。
显然，故障气体的组成、含量和产气速率是诊断变压器故障存在、发展以及故障性质的重要依据，通过分析溶解于绝缘油中各种气体的组分和含量，能发现变压器内部存在的局部过热或局部放电等潜伏性故障，为作出变压器的故障判断提供可靠的依据。
1.变压器油色谱分析的方法将变压器油中逸出的气体尽快转移到储气瓶中，并尽快分析。
分析对象为CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2及H2等7种气体。
通常总烃包括CH4（称C1）和C2H6、C2H4、C2H2（此3气体称C2）4种气体的总和；在各电压等级下，Φ1（C1+ C2）和Φ2（H2）在正常情况下的均值为150×10-6；Φ3（C2H2）在正常情况下，当电压大于等于330KV或小于220KV时，其值分别为1×10-65×10-6。
当运行变压器油中总烃气体的体积分数超过150×10-6；或乙炔气体的体积分数超过5×10-6或氢气的体积分数超过150×10-6时，应引起注意，但并不说明此时变压器肯定有故障。
2.变压器故障状态的判断2.1.1.特征气体法判断：当判断变压器内部可能存在潜伏性故障时，故障下产气的特征是诊断故障性质的又一个依据，可据此初步判断故障的性质。
变压器油中溶解气体分析与故障诊断
变压器油中溶解气体分析与故障诊断摘要:在电力系统的各种电气设备中,变压器是其重要的组成部分。
采用油中溶解气体分析(DGA)技术对变压器故障进行早期故障诊断,可减少变压器不必要的事故停用,对保证电力系统安全可靠运行有较大的作用。
文章对变压器油中溶解气体的组分及故障诊断方法进行了分析讨论。
关键词:变压器;油中溶解气体;故障诊断变压器是电力系统中最重要的设备,用途非常广泛。
变压器内的绝缘油和有机绝缘材料随着运行时间的增加,在热和电的长期作用下会逐渐老化和分解,并产生极少量的气体,这些油中溶解气体包括氢气、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。
但是,当变压器内部出现故障时,油中气体的含量就会发生很大的变化。
随着故障的发展,当产气量大于溶解量时,便有一部分气体以游离气体的形态释放出来。
实践证明,绝大多数的变压器初期缺陷都会出现早期迹象,因此,测量分析溶解于油中的气体含量就能尽早的发现变压器内部故障。
1油中溶解气体的成分分析变压器绝缘材料热分解所产生的可燃和非可燃性气体达20种左右。
因此,为了有利于变压器内部故障判断,选定必要的气体作为分析对象是很重要的。
目前国内外所分析的气体对象是不统一的,我国按DL/722-2000要求一般分析9种或8种气体,最少必须分析七种气体。
变压器中的故障特征气体种类为:O2、N2、H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2。
以这九种气体作为分析对象的原因见如下:O2主要了解脱气程度和密封好坏;N2主要了解氮气饱和程度;H2主要了解热源温度或有没有局部放电;CO2主要了解固体绝缘老化或平均温度是否高;CO主要了解固体绝缘有无热分解;CH4、C2H6、C2H4三种气体主要了解热源温度;C2H2主要了解有无放电或高温热源。
2变压器内部常见故障与油中溶解气体的关系变压器内部常见故障可大致分为电性故障和热性故障两种。
油中溶解的气体可反映故障点引起的周围油、纸绝缘的电、热分解本质。
变压器油色谱分析
变压器油色谱分析摘要:当变压器内部发生过热、放电等故障时，势必导致故障附近的绝缘物分解。
分解产生的气体会不断地溶解在油中的，不同性质的故障所产生的气体成分也不同，即使同一性质的故障，由于故障的程度不同，产生的气体数量也不相等。
因此，对油中溶解气体的色谱分析，可以早期发现潜伏性故障的性质、程度和部位，以便及时处理故障，避免事故的发生。
关键词:变压器油；油色谱分析；故障判断1.气相色谱法的原理色谱法又叫层析法，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。
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。
2、色谱分析的过程2.1取出一定量的变压器油利用变压器油的色谱来判断变压器出现的故障种类，要通过几个过程的操作来进行。
在对变压器油中溶解气体进行色谱分析时，至关重要的一步是取油样，所取油样要有足够代表性，如何取样才不致于使油中溶解气体散失？理想的取样应满足以下条件。
(1)所使用的玻璃注射器严密性要好。
(2)取样时能完全隔绝空气，取样后不要向外跑气或吸入空气。
(3)材质化学性稳定且不易破损，便于保存和运输。
(4)实际取油样时，一般选用容积为100ml全玻璃注射器。
(5)取样前将注射器清洗干净并烘干，注射器芯塞应能自由滑动，无卡涩。
(6) 应从设备底部的取样阀放油取样。
(7)取样阀中的残存油应尽量排除，阀体周围污物擦干净。
(8)取样连接方式可靠，连接系统无漏油或漏气缺陷。
(9)取样前应设法将取样容器和连接系统中的空气排尽。
(10)取样过程中，油样应平缓流入容器，不产生冲击、飞溅或起泡沫。
(11)取完油样后，先关闭放油阀门，取下注射器，并封闭端口，贴上标签，尽快进行色谱分析。
变压器油故障及油中溶解气体分析
根据计算的比值，按表2－16进行诊断，步骤如下：
表2－16无编码比值故障性质分析诊断方法
第五节 无编码比值法的基本原理及方法
（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（300～700℃）；大 于3时为高温过热（大于700℃）。
油色谱在线发展
显然，这种油色谱自动化分析 装置的功能与常规色谱分析法 相仿，结构上未发生根本变革 ，仅是作业程序上实现了自动 ，从技术经济上限制了它的推 广应用前景。
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。
第五节 无编码比值法的基本原理及方法
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。
三、三比值法的不足
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。
变压器油的色谱分析与故障判断
变压器油的色谱分析与故障判断培训课件一、变压器油的色谱分析变压器绝缘材料主要是绝缘油和绝缘纸，变压器在故障下产生的气体主要是来源于油和纸的热裂分解，气相色谱分析就是根据故障时产生的气体在绝缘油中含量的多少，判断其故障类型。
用气相色谱法对充油电气设备油中气体含量的分析，能判明设备存在的故障，更重要的是分析判断故障的性质，是过热性故障还是放电性故障及故障的大概部位是在裸金属部分还是介入了固体绝缘，从而进一步估计故障的危害性，以便及时采取措施，作出正确处理，防患于未然。
（一）气相色谱法的原理色谱法又叫层析法，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，称为色谱分离技术或色谱法。
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。
变压器油色谱异常分析及故障判断
变压器油色谱异常分析及故障判断摘要：变压器的突发性事故，大多是由于绝缘劣化与不能及时排除潜伏性故障造成的，变压器正常运行时，内部本身会发生一系列的化学变化。
如绝缘油的分解、本体内部的纸板固体绝缘材料，随着运行年限增长发生老化，在运行电压的作用，绝缘介质在变压器内部产生化学反应，裂解低分子气体溶解在绝缘油中。
更主要的是当变压器运行异常时，会促进这些气体的产生。
依托色谱分析技术，针对油中溶解气体组分含量、产气速率等进行分析，可以准确评估变压器运行状态，诊断异常原因，防患于未然。
本文对变压器绝缘油色谱异常和故障判断展开探讨。
关键词：变压器油；色谱异常；故障判断变压器是电力系统的枢纽设备，保证电网安全运行与变压器的运行状态紧密相关。
因此，提高变压器的运行、维护水平，及时发现电力设备运行隐患并准确判断电力故障是保障电力系统安全、稳定、经济运行的有效手段。
1变压器油色谱分析异常原因1.1 绝缘中存在局部放电当外施电压达到一定强度，变压器固体绝缘会发生放电现象，这种现象只在绝缘结构局部发生，即所谓的绝缘结构局部放电。
这种放电现象，并不能立即对变压器造成巨大损害，是对变压器绝缘结构的一种慢慢侵蚀，当这种侵蚀达到一定程度时，就会产生质变使变压器烧毁。
1.2 导电部件局部过热变压器内部有许多金属部件，这些金属部件接触不良会严重影响变压器散热，即通常所称电阻异常型过热时间。
导电部件局部过热，会增加导电回路尾部电阻，损耗与电阻之间属正比关系，接触电阻与接触压力成反比关系，金属部件之间的接触电阻增大会使接触压力减少，从而增大接触部位的发热量，产生高温，如果这种高温状态一直持续，达到一定程度，往往会使变压器烧毁。
1.3 潜油泵故障潜油泵的主要作用是强迫变压器内的油进行冷热交替循环，潜油泵的油流主要通过油流继电器进行监视。
潜油泵用在强油循环变压器，油流继电器对潜油泵工作情况进行监视，强油循环冷却是大型变压器大多采用的冷却方式，潜油泵出现故障，变压器内油就不能完成有效循环，影响散热，造成过热故障，影响变压器主绝缘寿命。
变压器油中溶解气体检测及故障实例分析
变压器油中溶解气体检测及故障实例分析摘要：本文通过对变压器油中溶解气的产生、检测过程做了系统的阐述；并分析了新变压器油在生产过程中产生乙炔的原因，提出了符合现场实际的较好处理方法。
关键词：变压器油溶解气体乙炔Detection of Dissolved Gas in Transformer Oil and Fault AnalysisXia Qiangbin1，Zhang Bo2，Guo Chunmei1，Ma Bingshui1（1. CNOOC Oil&Gas （Taizhou ）Petrochemical Co.，Ltd，Taizhou 225300，China；2. PetroChina Karamay Lubricant Blending Plant，Karamay 834003，China）Abstract：Production and detection of dissolved gas in transformer oil are described in this article. The cause of acetylene in transformer oil is analyzed during production process，and some practical measures are proposed.Keywords：dissolved gas；dissolved gas；acetylene变压器油是指用于变压器、电抗器、互感器、套管、油开关等充油电气设备中，起绝缘、冷却和灭弧作用的一类绝缘油品。
变压器设备故障一直是危及电网安全的主要因素，有研究发现运行中变压器油的溶解气体组分含量与电气设备的绝缘故障有密切的关系[1-2]。
因此，监测变压器油中溶解气体对变压器故障进行诊断和预测具有非常重要的现实意义[3-4]。
一、变压器油中溶解气的产生变压器油是由多种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，由C-C键键合在一起。
变压器油气相色谱分析与故障判断
变压器油气相色谱分析与故障判断摘要：电力是国家的主要能源之一，为国家经济发展做出巨大的贡献，各界对电力系统提出了更高的要求。
作为电力系统的重要组成部分，电力变压器在整个系统的运行中起着至关重要的作用。
变压器的健康稳定运行可以为电力系统的安全提供良好的基础。
变压器在电力系统中占有重要地位。
它的作用是调节电压和电流，然后输出。
它是在传输电能时充分利用电磁感应的关键电气设备。
关键词：变压器；油气相色谱；故障判断引言变压器运行过程中，其油中会产生气体成分，可通过分析其气体成分、含量及产气率判断变压器绝缘老化状态，为电力部门更好维护管理设备提供依据。
但是传统色谱检测手段存在耗费时间长、需跟踪产气增长速度等不足，且对大型变压器的监测结果并不理想，一些突发故障不能及时监测，故逐步产生了变压器油色谱在线监测技术，以下进行详细介绍。
1气相色谱分析气相色谱法是选用气体作为流动相的色层分离分析手段。
流动相将气化的试样整合至色谱柱内，柱内储有的固定相和试样内各组分分子作用力存在差异，导致不同组分由色谱柱内流出时间有差异，进而达到分离不同组分的目标。
应用适宜的鉴定与记录系统，精准制作、标出不同组分外流出色谱柱的具体时间与浓度的色谱图。
依照图内标注的出峰时间与先后顺序，分析化合物的性质；基于出峰的高低与面积大小，实现化合物的定量分析，具有效能高、灵敏度高、选择性强、分析快速、运用范围宽广、操作流程简易等特征，在定量、定性分析易挥发有机化合物领域表现出良好的适用性。
实践中如果面对的是非挥发性的液体与固体物质，可以配合应用高温裂解工序，气化处理后再行分析。
可以尝试联合使用气相色谱和红光吸收光谱法，将色谱法作为分离组分复杂试样的技法，能进一步提升分离的精准度。
2变压器运行维护中常见故障及其原因2.1变压器过热变压器过热是变压器运行当中的常见故障之一。
变压器在长时间的工作之后经常会出现过热的问题，其原因主要有以下4方面：1）变压器在工作当中长时间的处于超负荷状态，承受较大电荷工作的过程中极容易出现过热的情况。
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。
变压器油中溶解气体故障分析方法
变压器油中溶解气体故障分析方法1前言变压器油中溶解气体分析技术基于油中溶解气体类型与内部故障的对应关系，采用气相色谱仪分析溶解于油中的气体，根据气体的组成和各种气体的含量判断变压器内部有无异常情况，诊断其故障类型、大概部位、严重程度和发展趋势，通过油中气体分析，对早期诊断变压器内部故障和故障性质提出针对性防范措施、实现变压器不停电检测和早期故障诊断等安全生产要求都具有极为重要的指导意义。
气相色谱法诊断变压器故障常用的方法有特征气体法和比值法两大类，以下将对这两方面进行介绍和说明。
2特征气体法诊断故障正常情况下变压器内部的绝缘油和绝缘材料在热和电的作用下，逐渐老化和受热分解，缓慢产生少量氢和低分子烃类，以及CO和CO2气体。
当变压器内部存在局部过热和局部放电故障时，这种分解作用就会加强，不同性质的故障，绝缘物分解产生气体不同；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，根据变压器油中气体的组分和含量，可以判断故障的性质及严重程度。
特征气体法是基于哈斯特（Halstead）的试验发现：任何一种特征的烃类气体产气速率随温度变化，在特定温度下，某一种气体的产气速率会呈现最大值，随着温度的升高，产气速率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2，就证明故障的温度与溶解气体含量之间存在着对应关系。
通过分析油中溶解气体组分的含量，即可以判断出变压器内部可能存在的潜伏性故障和故障的种类。
经过长期的实践和统计，人们总结出一些利用特征气体进行故障分析的方法，当前应用比较广泛的是：油中特征气体组分含量为特征量的故障诊断法和油中气体的总烃及CO、CO2为特征量的故障诊断法。
2.1油中特征气体组分含量为特征量的故障诊断法目前，国内外通常以油中溶解的特征气体组分含量分析数据与注意之比较来诊断变压器故障的性质，特征气体主要包括总烃、C2H2、H2、CO、CO2等，根据变压器油的气相色谱测定结果和产期的特征及特征气体的注意值，对变压器等设备有无故障性质作出初步判断。
变压器油中溶解气体的监测与诊断
注意值不是划分设备有无故障的唯一标准，当气体浓度达到 注意值时，应进行追踪分析、查明原因。
第二节 不同状态下油中气体含量 三、故障类型与油中气体的关系
①、热性故障 热性故障是由于有效热应力所造成的绝缘加速劣化，具有 中等水平的能量密度。产生热性故障的原因有：导线过电流； 铁芯局部短路、多点接地，形成环流；分接开关接触不良；接 线焊接不良；电磁屏蔽不良，使漏磁集中；油道堵塞，影响散 热等。 当固体材料局部过热时，会产生大量CO和CO2，且CO/CO2 ＞10；当油局部过热时，会产生大量乙烯和甲烷，随着温度升 高，则乙烷和氢增加；当油严重过热时，才产生少量乙炔。
C
H H C
C
H H
C
H H
C
H H
乙烷
变压器油
H H和溶解 一、气体的产生
2、故障的化学特性
H C
H
H C
H H C C
H H C C
H H C C
H H C C
H C H
C
乙烯 H H H
H
H 氢气 H
变压器油
H
H H
H H
H H
H H
第一节 油中气体的产生和溶解 一、气体的产生
第一节 油中气体的产生和溶解 一、气体的产生
5、变压器的老化与故障模型
绝缘纸的聚合度 (DPv)
聚合度是指一个链上葡萄糖分子的平均数 新纸: 800-1000 units/chain, DPv = 800-1000 当绝缘纸的 DPv 为200时, 它就变得易碎且不能承 担运行压力
第一节 油中气体的产生和溶解 二、气体在油中的溶解
C C
H
C H H
H
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4、结语
实践证明，多数情况下，可以依靠色谱分析对设备缺 陷、故障的初步定性，综合评估也要结合色谱分析结 果。色谱分析能够判断出许多高压试验无法发现的缺 陷和潜在故障。 油色谱分析手段的灵敏、便利、和准确，在变压器状 态评估中发挥着关键性的作用，对变压器乃至发电厂、 电网的安全经济运行都能起到良好的监督作用。
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应用三比值法对故障类型的判断
编码组合
C2H2/ C2H4 CH4/H2 0 2 2 0 0，1，2 1 2 0 C2H4/C2H6 1 0 1 故障类型判断 低温过热（低于150℃） 故障实例（参考）
0，1 2
2
0，1，2
0，1，2
1
0，1
0，1，2
绝 缘 导 线 过 热 ， 注 意 CO 和 CO2的含量以及CO2/CO值 低温过热（150～300℃） 分接开关接触不良，引起夹 中温过热（300～700℃） 件螺丝松动或接头焊接不良， 涡流引起铜过热，铁芯漏磁， 高温过热（高于700℃） 局部短路，层间绝缘不良， 铁芯多点接地 高湿度，高含气量引起油中 局部放电 低能量密度的局部放电 低能放电 引线对电位未固定的部件之 间连续火花放电，分接抽头 引线和油隙闪络，不同电位 低能放电兼过热 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、引起对箱壳放电、线圈 电弧放电 熔断、分接开关飞弧、因环 9 路电流引起对其他接地体放 电等
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2、故障诊断方法
特征气体
首先要看看特征气体的含量。若H2、C2H2或总烃有一 项或几项大于规程规定阈值（如下表），应根据特征 气体含量作大致判断。
变压器（电抗器）油中溶解气体含量的注意 （μL/L） 设备 气体组分 含量 330kv及以上 220kv及以下 150 150 总烃 变压器（电 1 5 乙炔 抗器） 150 150 氢
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产气速率
主要方法： （1）绝对产气速率，即每运行日产生某种气体平均值 （2）相对产气速率，即每运行月（或折算到月）某种气 体含量增加原有值的百分数的平均值 当某一项或几项气体的产气速率超过注意值时，则怀 疑设备存在故障，应结合不同故障类型产生的特征气 体进行分析。 对总烃起始含量很低的设备，不宜采用此判据。 对怀疑气体含量有缓慢增长趋势的设备，使用在线监 测仪随时监视设备的气体增长情况是有益的，以便监 视故障发展趋势。
不同故障情况产生的主要和次要气体组分 故障类型 主要气体组份 CH4,C2H4 油过热 CH4,C2H4,CO,CO2 油和纸过热 H2,CH4,CO 油纸绝缘中局部放电 H2,C2H2 油中火花放电 H2,C2H2 油中电弧 H2,C2H2,CO,CO2 油和纸中电弧 次要气体组分 H2,C2H6 H2,C2H6 C2H2,C2H6,CO2 CH4,C2H4,C2H6 CH4,C2H4,C2H6
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过热性故障的产气组分：热性故障(以中、高过热为主) 主要是以烃类气体中的C2H4为主，还有CH4和C2H6， 而且随着温度的升高，C2H4所占比例增加并占主要成 分，通常生成C2H4的温度是500℃。因此，总烃中烷 烃和烯烃过量而炔烃很少或无，则是过热的特征。 放电性故障的产气组分：对电弧放电和火花放电而言， 放电能量较高，温度较高(一般在800℃~1200℃)，所 以电弧放电和火花放电的产气主要是C2H2；局部放电 能量较低，产气主要是H2、CH4。
变压器油中溶解气体分析 和故障诊断
华北电力科学研究院有限责任公司 2011年2月
1、故障类型
过热性故障
按温度高低分为：低温过热(150℃以下)、中低温过热 (150℃～300℃)、中温过热(300℃～700℃)和高温过 热(700℃以上) 150℃以下的低温过热通常是由应急性过负荷造成绝 缘导线过热引起的 150℃以上的中低温、中温、高温过热的表现形式是 局部过热现象，主要发生的部位是在分接开关触头 间接触不良、铁心存在两点或多点接地、载流裸电 导体的连接或焊接不良、铁心片间短路、铁心被异 物短路、紧固件松动、漏磁环流集中部位、冷却油 道阻塞部位等。 按过热部位分为：裸金属过热和固体绝缘过热两类
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3、故障诊断步骤
出厂前的设备
对新出厂和新投运的变压器和电抗器要求为：出厂试 验前后的两次试验结果，以及投运前后的两次分析结 果不应有明显区别。此外，气体含量应符合国标要求。 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判断。
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运行中的设备
（1）将试验结果的几项主要指标与油中溶解气体含量注意 值作比较，同时与产气速率注意值作比较。短期内各种气 体含量迅速增加，但尚未超过注意值，也可判断内部有异 常状况；有的设备因某种原因使气体含量基值较高，超过 注意值，但增长率低于表9产气速率的注意值，仍可认为 是正常设备。 （2）当认为设备内部存在故障时，可用上述方法对故障类 型进行初步判断。 （3）在气体继电器内出现气体的情况下，应将继电器内气 样的分析结果按国标要求进行判断。 （4）根据上述结果以及其他检查性试验的结果，并结合该 设备的结构、运行、检修等情况进行综合分析，判断故障 的性质及部位。 （5）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，吊罩检查，返厂检修等）。
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无论是过热性故障还是放电性故障，只要有固体绝缘 介入(故障部位有纸质绝缘材料包缚)都会产生CO和 CO2，裸金属部位过热和放电所产生的CO和CO2很少 甚至没有。所以如果CO和CO2没有出现大幅增长，则 可排除固体绝缘异常的可能。 如果发现CO和CO2增长较快，不能简单认为存在固体 绝缘缺陷，应具体分析。固体绝缘的正常老化过程与 故障情况下的劣化分解，表现在CO和CO2的含量上， 一般没有严格的界限，规律也不明显。经验证明，当 怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般CO2/CO>7。当 怀疑故障涉及到固体绝缘材料时（高于200℃），可能 CO2/CO<3，必要时，应从最后一次的测试结果中减 去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定故障是 否涉及到了固体绝缘。 变压器内部受潮，主要产气成分为H2；如果因受潮发 生了局部放电，也会产生CH4。
综合判断
除了以上几种方法，还可以结合其他一些方法和手段 辅助诊断，例如比值O2/N2可以给出氧被消耗的情况； 比值C2H2/H2可以给出有载调压污染的情况；在气体 继电器中聚集有游离气体时，通过判断游离气体与溶 解气体是否处于平衡状态，进而可以判断故障的持续 时间和气泡上升的距离。 查阅资料了解设备的结构设计特点。 核对设备的运行检修历史，例如历史缺陷和消缺情况、 遭受短路冲击情况、大小修情况、负荷变化情况等等。 有条件可开展其他试验，例如，如测量绕组直流电阻、 变压器空载特性试验、绝缘测量、局部放电试验、测 量铁心接地电流、辅助设备检查和理化微水分析。 根据以上所有方法和资料的结果，进行综合判断。
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放电性故障
电弧放电：多发生在线圈匝间、层间和段间的绝缘击 穿、引线断裂、对地闪络、分接开关飞弧等部位。电 弧放电属于较严重的放电现象，这种放电现象大多非 常突然，表现剧烈，多引起气体继电器的动作发跳闸 信号。 火花放电：多出现在引线及导线连接处、引线接触(包 括开关弧触头)不良处、悬浮导体对地间、铁心接地不 良处等裸金属部位。火花放电属于中等放电现象。这 种放电主要特点是间歇性放电，在较长时间内不断发 生，会频繁引起气体继电器的产气报警。 局部放电：多发生在油中气泡、气隙，绝缘件的夹层、 空穴处，悬浮金属导体周围、强电场中导电体和接地 处金属部件尖角部位、强电场中受潮的绝缘体内。局 部放电的主要特点是低能量、低密度，外部表现不明 显，但作用时间长，H2、CH4等特征气体会持续增长， 因此通过油色谱分析可以有效地诊断局部放电故障。源自7三比值法
所谓IEC三比值法实际上是罗杰斯比值法的一种改进 方法。通过计算C2H2／C2H4、CH4／H2和C2H4／ C2H6的值，构成三对比值，对应不同的编码，分别对 应经统计得出的不同故障类型。 应注意的问题： （1）若油中各种气体含量正常，其比值没有意义。 （2）只有油中气体各成分含量足够高(通常超过阈值)， 气体成分浓度应不小于分析方法灵敏度极限值的10倍， 且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一 步用三比值法分析其故障性质。