GB7252油中溶解气体分析与故障判断

四、精密度
同一试验室的两个平行试验结果的重复性要求： ① GB/T 7252规定为： a. C2H2≤5μl/l时， 相差不应大于0.5μl/l， 其它气体≤10μl/l时，相差不应大于1μl/l； b. 气体含量>10μl/l时，不应大于平均值的10%。 ② GB/T 17623规定为： a. 气体浓度>10μl/l时，应小于平均值的10%； b. 气体浓度≤10μl/l时，应小于平均值的15%与该组 分的最小检测浓度2倍之和。
⑵放电性故障 放电性故障是在高电应力作用下所造成的绝缘劣化，由于能量密度的不同 ，分高能，火花，局放等不同类型 高能放电将导致绝缘电弧击穿。火花放电是一种间歇性放电，局放能量密 度最低，常发生在气隙和悬浮带电体的空间内。 无论何种放电，只要有固体绝缘介入，就会产生一氧化碳和二氧化碳
⑶受潮 当变压器进水受潮，油中水分和含湿杂质容易形成“小 桥”，或绝缘中有气隙引起局放，产生氢气，水在电场作 用下电解也产生大量氢气。 即每克铁产生0.6升氢气，使受潮设备中，氢气在氢、 烃中含的比例最高。因正常老化也产生少量甲烷，所以受 潮设备中也有甲烷，但比例很少。 局放和受潮；特征气体相同，且两种异常易同时产生， 从气体特征难以区分，必要时应测局放和微水。
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§3.油中溶解气体的气相 色谱分析
（根据IEC60567、GB/T17623）
z 取样 z 脱气方法 z 油中气体的色谱分析 z 结果计算 z 精密度
一、取样
1、取样要求
1 ）样品要有代表性，所取的必须是设备本体中的油或继电器 （包括油面空间）中的气 2） 从固定的取样阀门处取样 3） 取样时需放完整个取样管路中不循环的“死油”
4）针对设备不同情况下的试验，应考虑气体在油中的扩散过程。 如：对试验以后的考核性取样，应考虑到延时作用，特别是套管， 互感器类少油设备；变压器保护动作或事故以后，应多次、最好 多位置取样。 5） 对可能产生负压的密封设备，应在确定内部正压情况下取样， 因负压取样而进气后会影响设备安全。
2. 在取样及保存的全过程中，应避免受到干扰： ① 取样阀门应适合密封取样，整个取样过程应在密封状态 下进行，不与空气接触。 ② 取样容器采用密封试验合格的、注射器芯可随温度变化 而滑动自如的玻璃注射器等。 ③ 取样时先用被分析的油样冲洗取样管道、阀门和容器， 避免剩余空气或剩油的影响。 ④ 样品取到后应尽快作分析，特别是气体样品。油样存放 不超过4天（保存环境的温差和气压变化不能过大），存放和 运输过程中，必须保证注射器的芯子不卡涩。 ⑤ 样品需密封和避光保存。 3. 每个样品需贴上标签，标签应按导则中附录A的格式填写。
P（N/m2） （K） H2 500 1000 1500 2000 1.8×103 9.2×104 1.0×105 1.0×105 CH4 9.8×104 8.3×103 4.8×102 9.6×101 C2H4 1.1×10-7 5.5×10-2 4.4×10-1 1.1 C2H2 3.9×10-18 1.3×10-4 1.3 1.2×10+2 C2H4 1.7×10-1 1.5×10-1 7.0×10-3 1.1×10-3
2.诊断依据
（1.气体累计性 （2.产气速率 （3.气体组分特征性 (4.故障类型与溶解气体组分的关系
（3.不同故障时产生的不同特征气体
一般规律是：产生烃类气体的不饱和度是随着裂解温度 的增加而增加的，依次为烷烃→烯烃→炔烃。导则中附 录C表示了各组分气体的分压与温度的关系。在该系统 中不同气体的平衡压力见表一。 表一 H2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6系统中的平衡压力
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主 要 内 容
§1.国内外有关标准概况 §2.分析和诊断原理 §3.油中溶解气体的气相色谱分析 §4.电气设备的潜伏性故障诊断
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§1.国内外有关标准概况
一、国外标准 二、国内标准
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一、国外标准
z z
z
IEC 60567《电器设备取气样和油样及分析自由气 体和溶解气体的导则》（1999、2003、2005修订） IEC 60599《运行中矿物油浸电气设备溶解气体和 游离气体分析的解释导则》（ 1999、2005、2007 修订） IEC 61464《绝缘套管－油为主绝缘（通常为纸） 的浸渍介质的套管中可溶解气体气体分析(DGA)的 判断导则》 （ 1998、近期修订）
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充油电气设备油中溶解 气体的分析与故障诊断
—GB/T7252 GB/T17623 DL/T722标准介绍
讲课人：孟玉婵
西安热工研究院有限公司
二○○九年七月 广东增城
多年来，应用GC法测DGA含量， 并结合电气、化学试验，综合判断变 压器潜伏性故障，充分显示了其独特 的优点，为及时发现变压器类等充油 电气设备的隐患，确保其安全经济运 行做出了贡献。下面就DGA-GC法分 析、诊断充油电气设备内部故障的标 准和进展的新动向做一些浅析。
DGA诊断过程的建议如图
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二、国内标准
z GB/T
17623-1998《绝缘油中溶解气体 组分含量的气相色谱分析法》 z GB/T 7252-2001 《变压器油中溶解气 体分析和判断导则》 z DL/T 722-2000 《变压器油中溶解气 体分析和判断导则》 z 注：已提出修订
国内导则、方法国标、部标的制订始于世纪80年 代初，分别于 86、87、89年颁布。综合了IEC 60599《运行中矿物油浸电气设备溶解气体和游离气 体分析的解释导则》和IEC 60567《电器设备取气样 和油样及分析自由气体和溶解气体的导则》中的有 关内容，并结合国内从60年代已开始测试和判断的 经验。现有国标GB/T 17623-1998已非等效采用了 IEC 60567-1992内容。导则虽也非等效IEC 605991999，但由于历史原因和应用习惯，在导则中仍然 保留了有关测试方法的内容。在试验分析方面，上 述两个国标基本是一致的，只是对某些要求表述略 有差异。GB/T 17623更适合于试验操作人员参考， GB/T 7252应着重于“判断”。当然，作为技术管理人 员，对色谱分析和判断技术作较全面的了解，还是 很有必要的。
z z z z z
有关注意值的规定 故障识别 外界因素对油中气体分析判断的影响 气体继电器集气后游离气体与油中气体 的平衡判据 故障进一步诊断的途径
（一）有关注意值的规定
导则推荐的注意值有两个方面： 一是 特征气体含量 二是 产气速率
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1. 有关注意值的规定*
(1)运行中设备内部油中气体含量注意值（见表1）
表 1 设 备 气 体 组 分 330kV 及 以 上 总 烃 乙 炔 变 压 器 和 电 抗 器 氢 一 氧 化 碳 二 氧 化 碳 由 于 油中 150 1（ 5） 150 220kV 及 以 下 150 5 150 油 中 溶 解 气 体 含 量 的 注 意 值 含 量 （ μ L /L ）
不同试验室间平行试验结果的再现性要求： ① GB/T 7252规定： 结果相差不应大于平均值的30%。 ② GB/T 17623规定： 气体浓度>10μl/l时，相对偏差小于15%； 气体浓度≤10μl/l时，相对偏差小于30%。
§ 4. 电气设备的潜伏性故障 诊断 （根据IEC60599、GB/T7252 、DL/T722 ）
(4.故障类型与溶解气体组分的关系
从设备故障现象来看，可分为过热性故障 和放电性故障两大类。至于机械性故障，最 终将以过热性或放电性形式表现出来。进水 受潮也是一种内部潜伏性故障，除早期发现， 否则最终也会发展成放电性故障，甚至造成 事故。
⑴过热性故障： 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。其特征气体是甲烷、乙烯二者一 般占总烃的80%以上。且随故障点温度的升高，乙烯 比例增加，如高温过热，乙烯占总烃的比例平均值： 62.5%，甲烷只有27.3%。其次是乙烷和氢气。乙烷一 般不超总烃的20%，氢气含量与热源温度关系密切， 高、中温时，氢气占氢烃的27%以下，而低温过热时 ，氢气与氢烃之比高于27%->30%。 一般过热性故障，不产生乙炔。严重时产生微量， 最大不超总烃的6%。 当涉及固体绝缘时，除产生上述气体外，还产生大 量的一氧化碳和二氧化碳。
§2.分析和诊断原理
1.分析依据-绝缘油和纸（纸板）的产气原理 化学过程：油和纸的分解和裂解 物理过程：传质过程 2.诊断依据 （1.气体累计性 （2.产气速率 （3.气体组分特征性 (4.故障类型与溶解气体组分的关系
1. 分 析 原 理 -绝缘油和纸（纸板）的产气原理
化学过程： （1.绝缘油的分解 （2.固体绝缘材料的分解 （3.绝缘材料裂解的标志--CO的增加 物理过程： 传质过程 （1.气泡的运动； （2.气体分子的扩散，溶解与交换； （3.气体从油中析出与向外逸散过程。
（3. 绝缘材料裂解的标志-- CO的增加
CO和CO2和O2之间可以存在C O2 CO+ O2的关系。
↔
1 2
理论上也可计算出上述平衡和温度之间的 关系，但实际上 CO2 和 CO 并不只由裂解产 生。油可与氧起氧化反应，形成少量 CO 和 CO2；绝缘材料的正常热老化分解， CO 和 CO2长期在油中积累后，成为变压器油中除 氮、氧外，含量显著的气体组分，因此无法 以比例关系来确定故障点温度。
二、脱气
常规方法： 溶解平衡法（顶空取气法）—机械振荡法 真空法—变径活塞泵全脱气法 仲裁方法：水银真空泵法（托普勒泵法）
三、油中气体的色谱分析
① 由载气将已从油中脱出并待分析的气样（用进样注 射器从气路的进样口注入）带入色谱柱中； ② 装有固定相的色谱柱将混合气样分别按不同组分分 离（根据不同气体组分分离的要求，色谱柱中装有不同 的固定相，如分子筛、硅胶等）； ③ 载气将已分离的各组分气体，按不同的时间依次进 入鉴定器，鉴定器的信息由记录仪记录，告知各组分气 体的出峰面积。 ④ 色谱仪对气体组分的定性和定量是由已知组分和含 量的标准混合气样来标定，根据不同的脱气方法（包括 自由气体），通过计算求出各组分的含量。
国外标准的特点
直接用几种气体的比值进行故障类型判断 给出了不同类型设备的典型故障类型 给出了不同类型设备油中各特征气体浓度的典型值 给出了电力变压器油中产气速率的典型值
新导则的启示
基于DGA开展以来所得的大量数据及经验， IEC60599新导则对过去存在的“缺码”、规定过 死等不足之处已有了明显的改进，在处理报警 值、产气速率等方面也更加符合实际情况中的 多样性，因此以过去的大量事例来的验证结果 表明其正判率比原IEC599等有显著的提高。我 国在修订导则时做了改动，但执行导则、规程 应注意具体问题具体分析，不要“一刀切”。
（2.固体绝缘材料的分解
纸、层压板或木块等纤维素绝缘材料分子内含 有大量的无水右旋糖环和弱的 C-O 键及葡萄糖甙键， 它们的热稳定性比油中的 C-H 键要弱，即使没有达 到故障温度，键也能被打开。聚合物裂解的有效温 度高于105 ℃。在150 ℃以上，纤维素结构中的化学 结合水开始被脱除，有去 H2 反应。部分氢气与油中 氧化合成水，导致进一步水解。完全裂解和碳化的 温度高于 300 ℃，在生成水的同时生成大量的 CO、 CO2 和糠醛等呋喃化合物，大量烃类气体是伴随高 温下油分解而产生的。
（1.绝缘油的分解
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 的 CH 化学基团并由 C-C 键链合 在一起。变压器在正常的热负载下，一般油的最高温度（对 于 OF、OD 变压器为绕组顶部的油温，对 ON 变压器为顶层 油温）不超过100℃，油不会产生烃类气体。变压器油甚至 在150℃下，油面可能会有油蒸气产生（如测量闪点时）， 但冷却后仍然为液体的油组分，油本身是比较稳定的。油中 存在电或热故障的结果，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， 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）。所形成的 气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气 体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备油箱的内壁或 固体绝缘的表面。