三比值法-变压器油中气体分析(原件)

三比值法的基本原理及方法

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CH4→C2H6→C2H4→C2H2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的比值为基础的四比值法。

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2－11的编码规则和表2－12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2－11和表2－12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2－12 故障类型判断方法同时，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2－13）和解释简表（表2－14）。

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。

三比值法气体分析在变压器故障判断中应用

三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用摘要：变压器故障条件下在绝缘油中产生大量气体，三比值法气体分析能根据各组分的含量、比值、产气速率判断变压器的故障原因及性质，在解决各类变压器故障中发挥了十分重要的作用。

本文对三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用做了介绍，供广大电力人员作参考。

关键词：三比值法气体分析变压器故障判断应用电力变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。

据有关资料介绍，对359台故障变压器统计表明：过热性故障占63％；高能量放电故障占18.1％；过热兼高能量放电故障占10％；火花放电故障占7％；受潮或局部放电故障占1.9％。

电气测量不能发现以上很多隐性故障，如何找到一种能早期发现这些隐性故障的检测手段和方法以快速判断变压器故障的原因、性质和发展趋势是十分必要的。

而三比值法气体分析就是在变压器故障分析中被大量采用的有效的化学测量方法。

一、绝缘油产气原理1、产品老化及故障条件下温度上升与放电导致绝缘油分解并产生气体绝缘油是由许多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化学基团并由c-c键键合在一起。

由于电或热故障的结果可以使某些c-h键和c-c键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基如：ch3*、ch2*ch*，或c*（其中包括许多更复杂的形式），这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物（x-蜡）。

故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成自由气体。

碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。

低能量故障，如局部放电，通过离子反应促使最弱的键c-h 键（338 kj／mol）断裂，大部分氢离子将重新化合成氢气而积累。

对c-c键的断裂需要较高的温度（较多的能量），然后迅速以c-c键（607 kj／mol）、c＝c键（720 kj／mol）和c 三c（960 kj／mol）键的形式重新化合成烃类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。

变压器油色谱三比值法

变压器油色谱三比值法
首先，让我们来了解一下变压器油色谱三比值法的原理。

这种
方法基于变压器油中不同气体和颗粒物的比值，通过比较这些比值
与标准值，来判断变压器油中是否存在异常情况。

通常包括氢气/甲
烷比值、乙烯/乙炔比值和乙炔/乙烯比值。

氢气/甲烷比值用于评估变压器油中的热故障，因为在高温下，
油中的甲烷会逐渐转化为氢气。

乙烯/乙炔比值则用于检测变压器油
中的放电故障，因为放电会导致乙炔生成乙烯。

最后，乙炔/乙烯比
值通常用于评估变压器油中的热故障和放电故障的综合情况。

这种方法的优点在于可以通过比较不同比值的变化，综合评估
变压器油中的故障情况，提高了故障诊断的准确性。

同时，这种方
法也比较简单易行，可以在实验室或现场进行。

然而，需要注意的是，变压器油色谱三比值法也有一些局限性。

比如，对于不同型号的变压器油，标准值可能会有所不同，因此在
实际应用中需要谨慎选择标准值。

另外，这种方法也无法直接定量
测量油中的气体和颗粒物的浓度，只能作为一种辅助手段来使用。

总的来说，变压器油色谱三比值法是一种常用的检测方法，可以帮助工程师及时发现变压器油中的故障和污染物，从而采取相应的维护措施，延长变压器的使用寿命。

三比值法的基本原理及方法

三比值法的根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比照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，经不断的总结和改进，国际电工委员会〔IEC〕在热力动力学原理和实践的根底上，相继推荐了三比值法和改进的三比值法。

我国现行的DL/T722-2000?导那么?推荐的也是改进的三比值法。

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说明，随着故障点温度的升高，变压器油裂解产生烃类气体按CH4→C2H6→C2H4→C2H2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的比值为根底的四比值法。

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根底上，IEC对与编码相应的比值范围、编码组合及故障类别做了改进，得到目前推荐的改进三比值法〔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比照值，以不同的编码表示；根据表2－11的编码规那么和表2－12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2－11和表2－12是我国DL/T722-2000?导那么?推荐的改进的三比值法〔类似于IEC推荐的改进的三比值法〕的编码规那么和故障类型的判断方法。

气相色谱分析之改良三比值法

气相色谱分析之改良三比值法张志谦一、参考资料：1．《色谱分析与变压器故障诊断》王万华，1996.4.232．SD187-86→DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》二、目的：分析油中溶解气体的组分和含量是发现充油电气设备潜伏性故障最有效的措施之一，通过学习达到能看懂变压器油色谱分析报表，分析判断故障性质，估算故障点温度，多掌握一种判断设备故障的方法。

三、名词解释：1．气相色谱法：采用气体为流动相（即载气，一般用氦气、氮气、氢气等）流经装有填充剂的色谱柱进行分离测定的色谱方法。

物质或其衍生物气化后，被载气带入色谱柱进行分离，各组分先后进入检测器，用记录仪、积分仪或数据处理系统记录色谱信号，根据色谱上出现的物质成分的峰面积或峰高进行定量分析的测量方法。

流程：采样→脱气→分析2．三比值法就是选用上述5种特征气体（氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）构成三对比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），在相同的情况下把这些比值以不同的编码表示，根据测试结果把三对比值换算成对应的编码组，然后查表对应得出故障类型和故障的大体部位的方法。

3．特征气体：对判断充油电气设备内部故障油价值的气体，即氢气、CO、CO2、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，O2、N2作为辅助判据。

4．总烃（C1＋C2）：烃类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔含量的综合。

5．游离气体：非溶解于油中的气体，包括：瓦斯继电器中气体及变压器油面以上的气体。

6．气体溶解度：该气体在压强为1.01×105Pa，一定温度时溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体体积数。

（在0℃时，氮气在水中的溶解度为0.024，氧气在水中的溶解度为0.049。

在20℃时，氮气在水中的溶解度为0.015，氧气在水中的溶解度为0.031。

）220KV~330KV变压器（隔膜式）油中气体（O2、N2、烃类）含量体积比不超过1％；变压器油经真空脱气处理后不应含有H2和C2H2，烃类组分为几个或几十个μL/L；开放式变压器油中溶解空气的饱和量可达10％（21％×0.17+78%×0.09=0.0357+0.0702=0.1059mL/mL），变压器油能从空气中吸收CO2，设备里可能含有来自空气中的300μL/L的CO2。

3.1 变压器油中溶解气体的检测

表6-4中总结的不同故障类型产生的油中特征气体组分，只能粗略地判断充油电力变压器内部的故障。因此国内外通常以油中溶解的特征气体的含量来诊断充油的故障性质。
变压器油中溶解的特征气体可以反映故障点周围的油和纸绝缘的分解本质。气体组分特征随着故障类型、故障能量及涉及的绝缘材料不同而不同，即故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源能量密度之间有密切的关系。
表6-8 改良三比值法的编码规则
特征气体的比值 <0.1 0.1~<1 1~<3 ≥3 0 1 1 2
比值范围编码
C2H2/C2H4
CH4/H2
1 0 2 2
C2H4/C2H6
0 0 1 2
（3）其他故障诊断法除了特征故障气体法和三比值法，还有立体图示法、大卫三角法、四比值法等其他一些传统的故障诊断法。近年来，数学工具开始广泛应用于故障诊断，并建立了一些以人工智能为基础的故障诊断专家系统。实际应用中，由于变压器故障表现形式以及故障起因均比较复杂，所以在进行故障诊断时，常常综合利用多种方法以求得到尽可能准确的诊断结果。
1.脱气
脱气法主要有油中吹气法、抽真空取气法、分离膜渗透法，表1给出了简单的优缺点比较结果。其中平板分离膜、毛细管柱、血液透析装置、中空纤维装置都属于高分子分离膜的应用，其它都属于抽真空脱气法。
表1 油气分离方法比较
油气分离方法高分子平板透气膜波纹管
平衡时间长短
分离效果较好差
Ci 2 Ci1 r 100% Ci1.t
（2）
根据规程要求，变压器的总烃绝对产气速率，开放式大于0.25mL/h，密封式大于0.25mL/h和相对产气速率大于10％/月时可以认定有故障存在。

变压器色谱三比值分析

C2H4/C2H6
故障类型判断低温过热(低于 150℃) 低温过热(150～ 300)℃ 中温过热(300～ 700)℃ 高温过热(高于 700℃)
0
1
2 2 0，1，2
0 1 2
故障实例 (参考 ) 绝缘导线过热，注意CO 和CO2的含量，以及 CO2/CO值分接开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焯接不良，涡流引起铜过热，铁心漏磁，局部短路，层间绝缘不良，铁心多点接地等高温度、高含气量引起油中低能量密度的局部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、引线对箱壳放电、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
0
1
0
局部放电
பைடு நூலகம்
0，1
0，1，2
低能放电
1
2
0，1，2
低能放电兼过热
2
0，1 2
0，1，2 0，1，2
电弧放电电弧放电兼过热
三比值法计算公式
C2Ｈ2 输入色谱值
三比值
C2H4 20 8.1
CH4/H2 0.130666667
CH4 4.9
C2H4/C2H6 4.263157895
H2 37.5
C2H6 1.9
C2Ｈ2/C2H4 2.469135802
表10 编码规则比值范围的编码气体比值范围 C2Ｈ2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 ＜0.1 0 1 0 ≥0.1～＜1 1 0 0 ≥1～＜3 1 2 1 ≥3 2 2 2 表11 故障类型判断方法编码组合 C2H2/C2H4 CH4/H2

气相色谱分析之改良三比值法

气相色谱分析之改良三比值法张志谦一、参考资料：1．《色谱分析与变压器故障诊断》王万华，1996.4.232．SD187-86→DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》二、目的：分析油中溶解气体的组分和含量是发现充油电气设备潜伏性故障最有效的措施之一，通过学习达到能看懂变压器油色谱分析报表，分析判断故障性质，估算故障点温度，多掌握一种判断设备故障的方法。

三、名词解释：1．气相色谱法：采用气体为流动相（即载气，一般用氦气、氮气、氢气等）流经装有填充剂的色谱柱进行分离测定的色谱方法。

物质或其衍生物气化后，被载气带入色谱柱进行分离，各组分先后进入检测器，用记录仪、积分仪或数据处理系统记录色谱信号，根据色谱上出现的物质成分的峰面积或峰高进行定量分析的测量方法。

流程：采样→脱气→分析2．三比值法就是选用上述5种特征气体（氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）构成三对比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），在相同的情况下把这些比值以不同的编码表示，根据测试结果把三对比值换算成对应的编码组，然后查表对应得出故障类型和故障的大体部位的方法。

3．特征气体：对判断充油电气设备内部故障油价值的气体，即氢气、CO、CO2、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，O2、N2作为辅助判据。

4．总烃（C1＋C2）：烃类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔含量的综合。

5．游离气体：非溶解于油中的气体，包括：瓦斯继电器中气体及变压器油面以上的气体。

6．气体溶解度：该气体在压强为1.01×105Pa，一定温度时溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体体积数。

（在0℃时，氮气在水中的溶解度为0.024，氧气在水中的溶解度为0.049。

在20℃时，氮气在水中的溶解度为0.015，氧气在水中的溶解度为0.031。

）220KV~330KV变压器（隔膜式）油中气体（O2、N2、烃类）含量体积比不超过1％；变压器油经真空脱气处理后不应含有H2和C2H2，烃类组分为几个或几十个μL/L；开放式变压器油中溶解空气的饱和量可达10％（21％×0.17+78%×0.09=0.0357+0.0702=0.1059mL/mL），变压器油能从空气中吸收CO2，设备里可能含有来自空气中的300μL/L的CO2。

变压器油中气体分析

变压器TRANSFORMER2000 Vol.37 No.3 P.39-42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)03-0039-04Relation between the Composition & Contentsof Dissolved Gases in Transformer Oil and Insulation Fault Diagnosis of Oil-Filled Power EquipmentZHANG Li-gangAbstract: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 method1 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。

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。

变压器油中气体分析

关于变压器油气体分析应用中的问题前言前电力工业部1980年5 月颁发《用气相色谱法检测充油电气设备内部故障的试验导则》（试行）以后，油中溶解气体分析（以下用DGA表示）得到普遍推广。

在该导则颁布发以前，在70年代便已有许多人进行了大量工作。

30多年以来，无数人的实践积累了极其丰富的经验。

无论是正面的或反面的经验，都为进一步提高DGA 的应用水平创造了有利条件。

进行研讨的时机已经成熟。

DGA检测的对象是特征气体（氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳）。

变压器绝缘正常自然老化，难免产生少量的特征气体。

除此以外，凡是出现特性气体（简称产气），都是由于发生了产气故障。

产气故障只是变压器故障的一部分，并不涵盖全部故障。

例如，绕组严重变形，绝缘过度受潮以及器身冲撞受伤等都是故障，而且是真正的潜伏性故障。

但这些故障并不产气，DGA对发现这类故障不能发挥作用。

对于突发性绝缘事故，是在出现事故后产生大量气体。

DGA对预防突发性事故来不及起作用。

所以对DGA的有效功能认同应实事求是。

色谱分析技术引用到变压器的研究开发阶段，是以故障温度对故障进行分类；而进入实用阶段，则应以产气故障的特性对具体故障类型进行分类。

并应根据典型的故障类型，建立典型故障的模式库。

以便于更方便诊断故障，更有效地解决实际问题。

出于以上想法，通过本文发表一些看法，欢迎批评指正。

1. DGA的方法和理论简介1.1 标准试验方法（1）取油样用波璃注射器在与大气严格隔离的条件下，从变压器油样阀门抽取50∽80mL 变压器油(以下简称油)油样必须密封和避光保存.保存期不得超过4天。

（<100h）（2）脱气方法脱气是指将油中溶解气体从油中分离出来.目前常用的脱气方法有溶解平衡法和真空法两种。

脱气率直接影响分析结果的准确性。

所以对脱气率应进行校核。

（3）分析对象油中溶解气体脱出来后，注入色谱仪进行组分和含量的分析，主要分析对象氢（H2）甲烷（C H4），乙烷（C2H6），乙烯（C2H4），乙炔（C2H2）一氧化碳（CO），二氧化碳（C O2）。

三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用

三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用摘要：变压器故障条件下在绝缘油中产生大量气体，三比值法气体分析能根据各组分的含量、比值、产气速率判断变压器的故障原因及性质，在解决各类变压器故障中发挥了十分重要的作用。

本文对三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用做了介绍，供广大电力人员作参考。

关键词：三比值法气体分析变压器故障判断应用电力变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。

据有关资料介绍，对359台故障变压器统计表明：过热性故障占63％；高能量放电故障占18.1％；过热兼高能量放电故障占10％；火花放电故障占7％；受潮或局部放电故障占1.9％。

电气测量不能发现以上很多隐性故障，如何找到一种能早期发现这些隐性故障的检测手段和方法以快速判断变压器故障的原因、性质和发展趋势是十分必要的。

而三比值法气体分析就是在变压器故障分析中被大量采用的有效的化学测量方法。

一、绝缘油产气原理1、产品老化及故障条件下温度上升与放电导致绝缘油分解并产生气体绝缘油是由许多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化学基团并由C-C键键合在一起。

由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基如：CH3*、CH2*CH*，或C*（其中包括许多更复杂的形式），这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物（X-蜡）。

故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成自由气体。

碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。

低能量故障，如局部放电，通过离子反应促使最弱的键C-H键（338 kJ／mol）断裂，大部分氢离子将重新化合成氢气而积累。

对C-C键的断裂需要较高的温度（较多的能量），然后迅速以C-C键（607 kJ／mol）、C＝C键（720 kJ／mol）和C 三C（960 kJ ／mol）键的形式重新化合成烃类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。

三比值法-变压器油中气体分析(原件)

和油隙闪络，不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位
2
2
0,1,2
低能放电兼过热
之间的火花放电
气体
实验值
C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 C2H2/H2 CO2/CO
H2氢
77.44
比值 2.92089249 0.39772727 12.0243902 1.8595 4.639344
CH4甲烷
30.8
C2H6乙烷
4.1
编码
1
0
2
C2H4乙烯
49.3
C2H2乙炔
144
CO
366
过热温度计算
873
CO2
1698
1
0
2
C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6
故障类型
故障实例
0
0
1
低温过热（<150℃）绝缘导体过热，注意CO和CO2的含量，以及CO2/CO的值
0
Hale Waihona Puke 20低温过热（<300℃）分接分接开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焊接
0
2
1
中温过热（<700℃）不良，涡流引起铜过热，局部过热，层间绝缘不良，铁
气体实验值c2h2c2h4ch4h2c2h4c2h6810比值1273809524030493827210524740编码420535c2h2c2h4ch4h2c2h4c2h6故障类型故障实例局部放电高湿度高含气量引起油中低能量密度的局部放电01012电弧放电012低能放电兼过热01012低能放电012低能放电兼过热h2氢ch4甲烷c2h6乙烷c2h4乙烯c2h2乙炔低温过热150绝缘导体过热注意co和co2的含量以及co2co的值低温过热300分接分接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局部过热层间绝缘不良铁心多点接地中温过热700012高温过热700线圈匝间层间短路相间闪络分接头引线间油隙闪络引线对箱壳放电线圈熔断分接开关飞弧引线对其他接地体放电等引线对电位未固定的部件之间连续火花放电分接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火花放电气体实验值c2h2c2h4ch4h2c2h4c2h6c2h2h2co2co7744比值2920892495039772727312024390241859504463934430841编码493144co366过热温度计算873co21698c2h2c2h4ch4h2c2h4c2h6故障类型故障实例局部放电高湿度高含气量引起油中低能量密度的局部放电01012电弧放电012低能放电兼过热01012低能放电012低能放电兼过热h2氢ch4甲烷c2h6乙烷c2h4乙烯c2h2乙炔低温过热150绝缘导体过热注意co和co2的含量以及co2co的值低温过热300分接分接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局部过热层间绝缘不良铁心多点接地中温过热700012高温过热700线圈匝间层间短路相间闪络分接头引线间油隙闪络引线对箱壳放电线圈熔断分接开关飞弧引线对其他接地体放电等引线对电位未固定的部件之间连续火花放电分接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火花放电

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。

变压器油色谱分析中用三比值法判断故障时应注意的问题

变压器油色谱分析中用三比值法判断故障时应注意的问题1引言变压器油中溶解气体的色谱分析法是诊断变压器内部潜伏性故障的有效方法，其诊断依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称“导则”）中的方法进行。

现行导则有两个版本，即国标GB/T7252-2001和行标DL/T722-2000，它们分别代替了国标GB/T7252-1987和部标SD187-1986。

2三比值法简介根据热动力学原理，变压器油中气体组分之间的浓度比值与故障温度或故障类型之间存在着相互依赖关系，选用几组气体组分浓度比值的大小来判断故障类型，即所谓的比值法。

比值法有多种，其中三比值法的应用较为普遍。

三比值法是国际电工委员会（IEC ）对罗杰斯四比值法进行修改、删去比值C 2H 6/CH 4后得到的一种新比值法，故又称IEC 法。

我国的原部标SD187-1986和国标GB/T7252-1987曾推荐IEC 三比值法作为设备内部故障类型判断的主要方法。

日本协研曾对156台故障变压器用IEC 三比值法做了验证，结果表明判断准确率只有60%左右。

电协研在对IEC 三比值法做了改进后，将判断准确率提高到80%以上，使得这一方法（称电协研法）得到更为广泛的应用。

我国在对电协研法做了进一步改进后，正式命名为改良三比值法（原称改良电协研法），被GB/T7252-2001和DL/T722-2000推荐使用。

3导则中的错误为改良三比值法故障类型判断方法，现将其列于表1中。

从表1中可看出，新导则的两个版本在编码组合中的首位（C 2H 2/C 2H 4）为1或2时，所对应的故障类型是不同的；首位编码为1时，GB/T7252-2001对应于低能放电，DL/T722-2000则对应于电弧（高能）放电；当首位编码为2时，两者对应的故障类型刚好互换。

该导则两个版本的制定者相同，出现表1中的差异不是制定者的本意而纯属意外失误所致（这一点已得到证实）。

DL/T722-2000发布在前，之后在颁发GB/T7252-2001时，可能是想将表中首位编码从上到下的顺序由原来的021改为012，却因某种意外没有将其他内容作相应调整，导致GB/T7252-2001出现错误。

三比值法的基本原理及方法

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CH4→C2H6→C2H4→C2H2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的比值为基础的四比值法.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2－11的编码规则和表2－12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2－11和表2－12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2－12 故障类型判断方法同时,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2－13)和解释简表(表2－14)。

三比值法的基本原理及方法

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CH4→C2H6→C2H4→C2H2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的比值为基础的四比值法.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2－11的编码规则和表2－12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2－11和表2－12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2－12 故障类型判断方法同时,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2－13)和解释简表(表2－14)。