变压器油中溶解气体分析教案解读
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武汉华能阳光电气有限公司
变压器油中溶解气体分析
一、产气原理
(一绝缘油的分解
大约油温在150℃时,就能产生甲烷; 150-500℃左右时产生乙烷;大约500℃时产生乙烯,随着温度的逐渐升高,乙烯占总烃的比例越来越大; 800-1200℃左右时产生乙炔。生成碳粒的温度约在500-800℃左右。
变压器油主要是由碳氢化合物组成(烷烃C n H 2n+2,环烷烃C n H 2n或C n H 2n-2 ,芳香烃C n H 2n-6。绝缘纸的成分主要是碳水化合物(C 6H 10O 6 n。由电和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,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,也能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X-石蜡。故障初期,所形成的气体溶于油中;当故障能量较大时,也能聚集成游离气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备内部。
④金属部件或导电体之间的接触不良而引起的放电。
局部放电的能量密度虽不大,但它的进一步发展将会形成放电的恶性循环,最后导致设备的击穿或损坏,而引起严重的事故。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(2局部放电产生气体的特征
局部放电产生的气体,主要依据放电能量不同而不同。放电能量密度在10-9C以下时,一般总烃不高,主要成分是氢气,其次是甲烷,氢气占氢烃总量的80%~90%,当放电能量密度为10-8~10-7C时,则氢气相应降低,而出现乙炔,但乙炔在烃总中所占的比例也不到2%,这是局部放电与其他放电现象区别的主要标志。
电性故障是在高电应力作用下所造成的绝缘劣化,根据放电的能量密度不同,又把电性故障分为高能量放电、火花放电和局部放电三种类型。1、局部放电
局部放电是一种低能量的放电,变压器内部出现这种放电时,情况比较复杂,按绝缘介质的不同可将局部放电分为气泡局部放电和油中局部
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放电,按绝缘部位来分,则有绝缘空穴、电极尖端、油角间隙、油一板中的油隙和油中沿固体绝缘表面等五处的局部放电。
怀疑故障涉及固体绝缘时,一般CO 2/C0〈3。
(三气体的其它来源
如分接开关油室向主油箱渗漏(C 2H 2高;设备油箱带油补焊(C 2H 2高;潜油泵出故障(是高速泵,轴和轴瓦产生磨擦, C 2H 2高,应改为低速泵;变压器油中含水(H 2高;本体受潮(H 2高等均可产生气体。(三变压器内部故障的类型
(l热性故障的分类。当变压器内部发生局部过热时,人们可以按温度的升高范围分为四种情况:150℃以下属于轻微过热故障, 150~300℃属于低温过热, 300~700℃属于中温过热,大于700 ℃属于高温过热。(2热性故障产生的气体。热性故障是因热效应造成绝缘物加速裂解,所产生的特征气体主要是甲烷和乙烯,两者总量约占总烃的80%,随着故障点温度的升高,乙烯在总烃中所占的比例增大,甲烷为次,乙烷和氢气更次。其中氢气的含量一般在27%以下。通常热性故障是不产生乙炔的,但是,严重过热也会产生少量乙炔,其最大含量不超过总烃量的6%,当过热涉及固体绝缘物时,除了产生上述气体外,也会产生大量的CO和CO 2。
局部放电除了使油裂解产生气体外,还会产生一种X蜡沉渍物,同时,油分子结构也会发生改变,从液相色谱分析发现,经过局部放电后,油中的芳香烃组分减少,环烷烃组分增大,因此,可以采用液相色谱仪检
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测变压器的局部放电故障。
2、火花放电
当放电能量密度大于10-6C的数量级时,就出现火花放电。它常见如下情况:①套管引线断裂或套管储油柜对电位未固定的套管导电管放电; ②引线对油箱距离太近或引线过长,或引线局部接触不良或铁心接地片损坏或接地不良引起的放电;③分接开关拨又电位悬浮而引起的放电;④结构设计和制造工艺的缺陷导致绝缘沿西放电,匝间或层间局部短路或受外部因素的影响,如雷击。⑤操作过电压、过负荷、外部多次短路等引起的匝层间放电。
变压器内部故障分为热性故障和电性故障两种,热性故障按温度高低又分为低温过热、中温过热和高温过热三种故障,电性故障按放电的能量密度分为局部放电、火花放电和电弧放电三种故障,现分别叙述如下。1、热性故障
热性故障是指变压器内部的局部过热温度升高,而不是变压器正常运行时由铜损和铁损转化而来的热量,使上层油温升高。
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(3热性故障产生的原因,可以分为下列三种情况:①接点接触不良,如引线连接不良,分接开关接触不良,导体接头焊接不良等,这种故障约占过热性故障的一半。②磁路故障,由于铁心两点或多点接地造成循环电流发热,如穿心螺丝轭铁夹件或压环压钉碰铁心;油箱及下轭铁等处有铁磁杂物;铁心用部分硅钢片短路造成涡流发热如连片短接,硅钢片间绝缘损坏或老化,以及漏磁引起的外壳、铁心夹件、压环等局部发热等。③导体故障,部分绕组短路,或不同电压比并列运行引起的循环,电流发热,绝缘导体因超负荷过流发热,绝缘膨胀,注油堵塞而引起的散热不良等。(4热性故障的危害。热性故障的危害同故障部位有关,如果热点出现在固体绝缘材料中,则将引起材料的热解和劣化,热点范围和温度也会逐渐升高,最终导致电弧性热点而造成设备的损坏。如果热点出现在探金属部分,则将发生烧坏铁心、螺栓、螺帽垫板等部件,最终也会使设备损坏。同时探金属过热往往涉及到固体绝缘,造成固体绝缘的劣化和热解,进而损坏了固体绝缘材料的绝缘性能,最后造成更大的损坏后果。因此对热性故障决不可掉以轻心,必须防微杜渐,将故障在萌芽状态就予以消除。2、电性故障
(1局部放电的原因
①当油中存在空气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔,由于气体的介电常数和时压强度均低于油和纸绝缘材料,易引起放电。
②外界环境条件的影响如油处理不彻底,带进杂物和水分,或因外界气温下降,油析出气泡等,都会引起放电。
③由于制造质量不良如某些部位有尖角、毛刺、漆瘤等,它们承受的电场强度较高首先出现放电。
低能放电,如局部放电,能过离子反应促使最弱的键C-H键断裂,主要重新化合成氢气。随着放电能量越来越高,如火花放电、电弧放电,能使C-C断裂,然后迅速以C-C键、C=C键、C ≡ C键的形式重新化合成烃类气体。
(二绝缘纸的分解
纸、层压板或木块等固体绝缘材料分解时,主要产生CO、CO2,当
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变压器油中溶解气体分析
一、产气原理
(一绝缘油的分解
大约油温在150℃时,就能产生甲烷; 150-500℃左右时产生乙烷;大约500℃时产生乙烯,随着温度的逐渐升高,乙烯占总烃的比例越来越大; 800-1200℃左右时产生乙炔。生成碳粒的温度约在500-800℃左右。
变压器油主要是由碳氢化合物组成(烷烃C n H 2n+2,环烷烃C n H 2n或C n H 2n-2 ,芳香烃C n H 2n-6。绝缘纸的成分主要是碳水化合物(C 6H 10O 6 n。由电和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,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,也能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X-石蜡。故障初期,所形成的气体溶于油中;当故障能量较大时,也能聚集成游离气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备内部。
④金属部件或导电体之间的接触不良而引起的放电。
局部放电的能量密度虽不大,但它的进一步发展将会形成放电的恶性循环,最后导致设备的击穿或损坏,而引起严重的事故。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(2局部放电产生气体的特征
局部放电产生的气体,主要依据放电能量不同而不同。放电能量密度在10-9C以下时,一般总烃不高,主要成分是氢气,其次是甲烷,氢气占氢烃总量的80%~90%,当放电能量密度为10-8~10-7C时,则氢气相应降低,而出现乙炔,但乙炔在烃总中所占的比例也不到2%,这是局部放电与其他放电现象区别的主要标志。
电性故障是在高电应力作用下所造成的绝缘劣化,根据放电的能量密度不同,又把电性故障分为高能量放电、火花放电和局部放电三种类型。1、局部放电
局部放电是一种低能量的放电,变压器内部出现这种放电时,情况比较复杂,按绝缘介质的不同可将局部放电分为气泡局部放电和油中局部
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放电,按绝缘部位来分,则有绝缘空穴、电极尖端、油角间隙、油一板中的油隙和油中沿固体绝缘表面等五处的局部放电。
怀疑故障涉及固体绝缘时,一般CO 2/C0〈3。
(三气体的其它来源
如分接开关油室向主油箱渗漏(C 2H 2高;设备油箱带油补焊(C 2H 2高;潜油泵出故障(是高速泵,轴和轴瓦产生磨擦, C 2H 2高,应改为低速泵;变压器油中含水(H 2高;本体受潮(H 2高等均可产生气体。(三变压器内部故障的类型
(l热性故障的分类。当变压器内部发生局部过热时,人们可以按温度的升高范围分为四种情况:150℃以下属于轻微过热故障, 150~300℃属于低温过热, 300~700℃属于中温过热,大于700 ℃属于高温过热。(2热性故障产生的气体。热性故障是因热效应造成绝缘物加速裂解,所产生的特征气体主要是甲烷和乙烯,两者总量约占总烃的80%,随着故障点温度的升高,乙烯在总烃中所占的比例增大,甲烷为次,乙烷和氢气更次。其中氢气的含量一般在27%以下。通常热性故障是不产生乙炔的,但是,严重过热也会产生少量乙炔,其最大含量不超过总烃量的6%,当过热涉及固体绝缘物时,除了产生上述气体外,也会产生大量的CO和CO 2。
局部放电除了使油裂解产生气体外,还会产生一种X蜡沉渍物,同时,油分子结构也会发生改变,从液相色谱分析发现,经过局部放电后,油中的芳香烃组分减少,环烷烃组分增大,因此,可以采用液相色谱仪检
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2、火花放电
当放电能量密度大于10-6C的数量级时,就出现火花放电。它常见如下情况:①套管引线断裂或套管储油柜对电位未固定的套管导电管放电; ②引线对油箱距离太近或引线过长,或引线局部接触不良或铁心接地片损坏或接地不良引起的放电;③分接开关拨又电位悬浮而引起的放电;④结构设计和制造工艺的缺陷导致绝缘沿西放电,匝间或层间局部短路或受外部因素的影响,如雷击。⑤操作过电压、过负荷、外部多次短路等引起的匝层间放电。
变压器内部故障分为热性故障和电性故障两种,热性故障按温度高低又分为低温过热、中温过热和高温过热三种故障,电性故障按放电的能量密度分为局部放电、火花放电和电弧放电三种故障,现分别叙述如下。1、热性故障
热性故障是指变压器内部的局部过热温度升高,而不是变压器正常运行时由铜损和铁损转化而来的热量,使上层油温升高。
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(3热性故障产生的原因,可以分为下列三种情况:①接点接触不良,如引线连接不良,分接开关接触不良,导体接头焊接不良等,这种故障约占过热性故障的一半。②磁路故障,由于铁心两点或多点接地造成循环电流发热,如穿心螺丝轭铁夹件或压环压钉碰铁心;油箱及下轭铁等处有铁磁杂物;铁心用部分硅钢片短路造成涡流发热如连片短接,硅钢片间绝缘损坏或老化,以及漏磁引起的外壳、铁心夹件、压环等局部发热等。③导体故障,部分绕组短路,或不同电压比并列运行引起的循环,电流发热,绝缘导体因超负荷过流发热,绝缘膨胀,注油堵塞而引起的散热不良等。(4热性故障的危害。热性故障的危害同故障部位有关,如果热点出现在固体绝缘材料中,则将引起材料的热解和劣化,热点范围和温度也会逐渐升高,最终导致电弧性热点而造成设备的损坏。如果热点出现在探金属部分,则将发生烧坏铁心、螺栓、螺帽垫板等部件,最终也会使设备损坏。同时探金属过热往往涉及到固体绝缘,造成固体绝缘的劣化和热解,进而损坏了固体绝缘材料的绝缘性能,最后造成更大的损坏后果。因此对热性故障决不可掉以轻心,必须防微杜渐,将故障在萌芽状态就予以消除。2、电性故障
(1局部放电的原因
①当油中存在空气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔,由于气体的介电常数和时压强度均低于油和纸绝缘材料,易引起放电。
②外界环境条件的影响如油处理不彻底,带进杂物和水分,或因外界气温下降,油析出气泡等,都会引起放电。
③由于制造质量不良如某些部位有尖角、毛刺、漆瘤等,它们承受的电场强度较高首先出现放电。
低能放电,如局部放电,能过离子反应促使最弱的键C-H键断裂,主要重新化合成氢气。随着放电能量越来越高,如火花放电、电弧放电,能使C-C断裂,然后迅速以C-C键、C=C键、C ≡ C键的形式重新化合成烃类气体。
(二绝缘纸的分解
纸、层压板或木块等固体绝缘材料分解时,主要产生CO、CO2,当
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