变压器油中气体产生机理
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变压器油中气体产生机理
培训课件
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绝缘材料的产气机理是 建立在化学热力动力学基本 理论基础之上，绝缘材料产 气过程从碳氢化合物（或纤 维素）分子的断裂开始，通 过合成反应，导致产生气体 而终止。
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一、绝缘材料的产气机理及其影响 因素
1.变压器油的裂解产气机理 变压器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，通 过碳原子连接成碳链或碳环，也有的与别的元素原子连 接成杂环，其中碳—碳的化学键又分三种，即C—C键 （烷键）、C＝C键（烯键）、C≡C键（炔键）。 变压器油热解产气取决于不同化学键结构的碳氢化 合物分子在高温下的不同稳定性，一般规律是：产气烃 类气体的不饱和度随裂解能量密度（温度）的增大而增 加；由于不同化学键具有不同键能，则裂解产物的出现 依次为烷烃、烯烃、分复杂，有的还没有被人 们完全认识，加上气体含量与 油种、固体绝缘材料、油的保 护方式、变压器的结构、温度、 压力、运行年限等众多因素密 切有关。
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7
在实验室模拟变压器运行条件下，固体 绝缘材料分解实验结果： 纤维纸板在密封条件下过热时，在140℃ 时，分解的主要气体是CO、CO2，但CO2 含量比CO高，在250℃时，分析的CO含 量比CO2高，CO的体积可能为CO2体积的 4倍，甚至更高。总之，纤维纸板随受热 温度升高，CO在气体组分中比例越占越 高。
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当受到电、热和机械应力及氧、 水分等作用时，聚合物发生氧化分解、 裂解（解聚）、水解化学反应，使 C—O、C—H、C—C键断裂，生成 CO、CO2、少量的烃类气体和水、醛 类（糠醛等）。这一过程的主要影响 因素也是电、热、机械应力、水分、 氧气。
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聚合物裂解的有效温度高于105℃， 聚合物热解（完全裂解和碳化）温度 高于300℃，在生成水的同时，生成大 量的CO和CO2及少量的烃类气体和糠 醛化合物，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。
另外，某些操作也可生成故障气体。例如： 有载调压变压器中分接开关油室的油向变压器本 体主油箱渗漏，或分接开关在某个位置动作时， 悬浮电位放电的影响；设备曾经有过故障，而故 障排除后绝缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍 留在油中；设备油箱或管道等处，曾经作过带油 补焊；原注入的油就含有某些气体等。 这些气体的存在一般不影响设备的正常运行。 但当利用气体分析结果确定设备内部是否存在故 障及其严重程度时，应特别注意这此非故障产气 的干扰所可能引起的误判断。
当变压器内部发生、存在潜伏性故障时，在 电、热、机械应力和氧、水分及铜、铁等金属的 作用下，这些碳氢化合物将发生裂解，某些C— H键和C—C键断裂，生成不稳定的H、CH3、 CH2、CH、C等游离基，这些游离基通过复杂的 化学反应迅速重新化合，最终生成氢气和低分子 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）。碳 的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。 在故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障 能量较大时，也可能聚集成游离气体。
8
利用油中溶解气体分析进行设 备内部故障判断的原理正是基于绝 缘材料的这种产气特点。不同的故 障，由于故障点能量不同、温度不 同以及涉及的绝缘材料不同，其产 气情况也不同（即不同的故障具有 不同的特征气体）。
9
二、其他产气途径
正常运行的变压器，某些原因也会导致油 中有一定数量的故障特征气体，有时这种原因 所产生的特征气体浓度甚至远远超过DL/T 722—2000《变压器油中溶解气体分析和判断 导则》中的注意值。例如油中含水，可以与铁 作用生成氢。新的不锈钢中也可能在加工过程 中或焊接时吸附的氢慢慢释放到油中。特别是 在温度较高，油中有溶解氧时，设备中某些油 漆（醇酸树脂），在某些不锈钢的催化下，甚 至可能生成大量的氢。油在阳光照射下也可产 10 生某些气体。
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2.固体绝缘材料的分解产气机理 固体绝缘材料包括绝缘纸、层压纸板 等均以木浆为原料制成，从化学组成上讲， 为纤维素、木质素、半纤维素及各种微量 金属等物质，其中主要成分是纤维素。绝 缘纸的主要成分是α-纤维素，它是由葡萄 糖基借1～4配键连接起来的聚合度打2000 的链状高聚合碳氢化合物。α-纤维素的化 学通式为（C5H10O5）n。
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绝缘材料的产气机理是 建立在化学热力动力学基本 理论基础之上，绝缘材料产 气过程从碳氢化合物（或纤 维素）分子的断裂开始，通 过合成反应，导致产生气体 而终止。
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一、绝缘材料的产气机理及其影响 因素
1.变压器油的裂解产气机理 变压器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，通 过碳原子连接成碳链或碳环，也有的与别的元素原子连 接成杂环，其中碳—碳的化学键又分三种，即C—C键 （烷键）、C＝C键（烯键）、C≡C键（炔键）。 变压器油热解产气取决于不同化学键结构的碳氢化 合物分子在高温下的不同稳定性，一般规律是：产气烃 类气体的不饱和度随裂解能量密度（温度）的增大而增 加；由于不同化学键具有不同键能，则裂解产物的出现 依次为烷烃、烯烃、分复杂，有的还没有被人 们完全认识，加上气体含量与 油种、固体绝缘材料、油的保 护方式、变压器的结构、温度、 压力、运行年限等众多因素密 切有关。
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在实验室模拟变压器运行条件下，固体 绝缘材料分解实验结果： 纤维纸板在密封条件下过热时，在140℃ 时，分解的主要气体是CO、CO2，但CO2 含量比CO高，在250℃时，分析的CO含 量比CO2高，CO的体积可能为CO2体积的 4倍，甚至更高。总之，纤维纸板随受热 温度升高，CO在气体组分中比例越占越 高。
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当受到电、热和机械应力及氧、 水分等作用时，聚合物发生氧化分解、 裂解（解聚）、水解化学反应，使 C—O、C—H、C—C键断裂，生成 CO、CO2、少量的烃类气体和水、醛 类（糠醛等）。这一过程的主要影响 因素也是电、热、机械应力、水分、 氧气。
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聚合物裂解的有效温度高于105℃， 聚合物热解（完全裂解和碳化）温度 高于300℃，在生成水的同时，生成大 量的CO和CO2及少量的烃类气体和糠 醛化合物，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。
另外，某些操作也可生成故障气体。例如： 有载调压变压器中分接开关油室的油向变压器本 体主油箱渗漏，或分接开关在某个位置动作时， 悬浮电位放电的影响；设备曾经有过故障，而故 障排除后绝缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍 留在油中；设备油箱或管道等处，曾经作过带油 补焊；原注入的油就含有某些气体等。 这些气体的存在一般不影响设备的正常运行。 但当利用气体分析结果确定设备内部是否存在故 障及其严重程度时，应特别注意这此非故障产气 的干扰所可能引起的误判断。
当变压器内部发生、存在潜伏性故障时，在 电、热、机械应力和氧、水分及铜、铁等金属的 作用下，这些碳氢化合物将发生裂解，某些C— H键和C—C键断裂，生成不稳定的H、CH3、 CH2、CH、C等游离基，这些游离基通过复杂的 化学反应迅速重新化合，最终生成氢气和低分子 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）。碳 的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。 在故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障 能量较大时，也可能聚集成游离气体。
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利用油中溶解气体分析进行设 备内部故障判断的原理正是基于绝 缘材料的这种产气特点。不同的故 障，由于故障点能量不同、温度不 同以及涉及的绝缘材料不同，其产 气情况也不同（即不同的故障具有 不同的特征气体）。
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二、其他产气途径
正常运行的变压器，某些原因也会导致油 中有一定数量的故障特征气体，有时这种原因 所产生的特征气体浓度甚至远远超过DL/T 722—2000《变压器油中溶解气体分析和判断 导则》中的注意值。例如油中含水，可以与铁 作用生成氢。新的不锈钢中也可能在加工过程 中或焊接时吸附的氢慢慢释放到油中。特别是 在温度较高，油中有溶解氧时，设备中某些油 漆（醇酸树脂），在某些不锈钢的催化下，甚 至可能生成大量的氢。油在阳光照射下也可产 10 生某些气体。
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2.固体绝缘材料的分解产气机理 固体绝缘材料包括绝缘纸、层压纸板 等均以木浆为原料制成，从化学组成上讲， 为纤维素、木质素、半纤维素及各种微量 金属等物质，其中主要成分是纤维素。绝 缘纸的主要成分是α-纤维素，它是由葡萄 糖基借1～4配键连接起来的聚合度打2000 的链状高聚合碳氢化合物。α-纤维素的化 学通式为（C5H10O5）n。