浅析变压器油中气体的分析与在线监测

1、浅析变压器油中气体的分析与在线监测 摘要：运行中的变压器由于各种原因产生的故障,都会使绝缘劣化产生一部分的气体溶解在油中，不同的变压器故障所产生的气体组成组分是不相同的,通过分析油中气体的组成成分的含量可以判断变压器内部的故障或故障隐患。将变压器油中劣解出来的低分子气体分类进行定量检测，用来监测变压器中绝缘介质发生的故障和老化程度。原理和常规气相色谱分析的方法相同。在线监测就是在现场将变压器中的油经循环管路或经传感器送入脱气装置，在进人分析仪，经过对数据的处理打印出气体的色谱图和含量值，作为分析判断的依据。关键词： 变压器油 溶解气体分析 故障诊断 在线监测 随着我国经济的发展，用电量逐年增加

2、，变压器作为电力系统的核心设备，其故障对整个电网的稳定和安全运行具有重要的作用。为了能够提供稳定、可靠、经济的生活和生产用电，在电力系统中对电力设备运用在线监测及故障诊断就显得尤其重要。变压器的在线监测主要有两种方式：分布式监测与集中式监测。分布式监测就是利用测试仪器对变压器测取信号进行就地测量；集中式监测则是对所有变压器进行巡回或自动监测。变压器的在线监测是根据变压器各自的电气和机械特性，采用油中溶解气体在线分析方法对变压器的运行状态进行监测。1.变压器油中溶解气体分析分析变压器油中的气体是对运行中的变压器工作状态进行判断的基本监测手段。运行中的变压器由于各种原因产生的故障,都会使绝缘劣化产

3、生一部分的气体溶解在油中，不同的变压器故障所产生的气体组成组分是不相同的,通过分析油中气体的组成成分的含量可以判断变压器内部的故障或故障隐患。变压器油中溶解气体在线监测的关键技术包括油气分离技术、混合气体检测技术。1.1变压器的油气分离对变压器中的气体进行检测，必须要把气体从油中分离出来再进行测量, 所以，将故障特征气体从变压器油中脱出是实现离线检测和准确计量的关键。在线进行油气分离的方法主要有真空脱气法、动态顶空脱气法、薄膜/毛细管透气法及血液透析方法等。1.1.1真空脱气法真空脱气法又包括真空泵脱气法和波纹管法。所谓真空泵脱气法，是利用真空脱气的原理进行脱气。效率最好的色谱在线监测仪是采用

4、吹扫-捕集的方式进行脱气, 脱气率可以达到97 %以上1 变压器油中溶解气体含量在线监测技术综述.张皓阳等.东北电力技术.2008(8)1；波纹管法则是用电动机带动波纹管采取反复压缩、多次抽真空的方法, 将溶解在油中的气体抽出。1.1.2动态顶空脱气法该方法是利用采样瓶中的搅拌子的旋转, 使油样被搅动脱气；脱出的气体通过检测装置后又返回到采样瓶油中。通过这种方式测量气样浓度,如果前后测量的数值一样,脱气过程就完成。该方法重复性较好、脱气效率较高, 测量一致性非常高。1.1.3薄膜/毛细管透气法有些聚合材料薄膜具有液体不能通过只能让气体透过的性质, 适合在连续监测时, 从变压器油中分离出溶解气体

5、。在储气室的进口处安装高分子膜, 膜两端分别连接的变压器油和气室。这样油中溶解的各种气体就可以透过膜渗透到气室中。同时, 渗透过去的气体也可以透过薄膜再次溶解到油中。油中的气体在适当的温度下, 经过一段时间后就可以达到动态平衡。当气体处于平衡时, 气室中某种气体的含量与溶解在油中的该气体的含量成正比并保持不变。通过计算就可以得出溶解在油中的某种气体含量。该方法的缺点是：脱气速度缓慢，不适宜便携式装置的快速测量。同时,薄膜会逐渐堵塞,需要勤更换薄膜。近年来随着技术的不断进步，薄膜渗透的时间越来越短。最快的是加拿大聚四氟乙烯材料尼龙管束, 渗透6 种溶解气体所需时间仅为4 h2 变压器在线监测技术

6、的应用. 梁俊.广西电力.2008(5)2 。我国的聚四氟乙烯膜,渗透6 种气体所需时间为24 h。1.1.4血液透析装置将医学血液透析装置应用到变压器油气分离上, 该设备透气快、效率高， 每4小时 监测1次,最短监测周期可缩短到到每2小时监测1 次。1.1.5不同故障产生不同的油中溶解气体变压器不同故障所产生的溶解气体施不一样的，如下表所示。不同故障产生的油中溶解气体故障类型主要气体组分次要气体组分油过热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, COC2H4, CO2油中火花放电C2H2, H

7、2-油中电弧H2, C2H2CH4, C2H4, C2H6油和纸中电弧H2, C2H2, CO, CO2CH4, C2H4, C2H6进水受潮或油中气泡H2-1.2变压器油中溶解气体分析1.2.1利用CO2/CO比值和CO2、CO浓度诊断固体绝缘老化利用变压器油中的CO2、CO含量的不同诊断固体绝缘老化变压器中的固体绝缘物质老化有两种现象： （1）固体绝缘的局部老化。局部老化与设备运行年限无关，与制造及安装的质量和运行维护有关。 （2）固体绝缘的整体老化。这种老化与变压器运行年限和运行维护有关。是从变压器开始运行就发生的正常老化，运行年限越长老化越严重。根据固体绝缘产生CO、CO22的含量可以

8、诊断变压器固体绝缘物的老化情况。由于在变压器实际运行中，油中的CO、CO2含量还受许多因素限制，所以，究竟是局部老化还是整体老化还很难界定3 杜中杰等浅谈如何应用溶解气体分析 法诊断变压器故障.变压器2007393。目前国内还没有明确的规定。一般情况下认为，开放式变压器油中CO的浓度要低于400µL/L，CO2浓度低于4500µL/L；密封式变压器，油中CO浓度低于1100µL/L，CO2浓度低于7000µL/L。如果CO和CO2中某一项的浓度找过标准，则应根据它的产气速率注意值来进行比较判断。1.2.2利用mL(CO2+CO)/g(纸)诊断变压器绝缘寿

9、命变压器的正常运行寿命一般30年，如果CO2和CO生成量达到0.421.7mL/g（纸）时，绝缘纸抗张强度降为原来60%，达到临界寿命值，达到1.7mL/g（纸）时为危险数值。一般情况下变压器发生故障经过修理、绝缘用材、结构、油与纸的比例不准确、变压器的补加油、换油、滤油都会导致大量的CO2和CO损失，累计的CO2和CO含量与标准值会产生一定的误差。所以，这种诊断方法只能应用于密封式变压器，不适合开放式变压器。1.2.3利用油中糠醛分析诊断变压器绝缘老化变压器运行过程中，绝缘纸发生老化，最终产物有呋喃甲醛（糠醛）、糠酸和5-羟甲基糠醛等。所以，分析油中糠醛的含量就可以了解纸的老化程度，并且估算

10、变压器的剩余使用寿命。新纸的聚合度在1000左右，当纸的聚合度降低到200250，即油中糠醛浓度为1.00.5mg/L，作为寿终标准。根据三者的关系诊断变压器绝缘是否老化。运行中的变压器油中，纤维绝缘的老化生成糠醛的分布是均匀的。糠醛在250270nm波长能很好的吸收紫外光，能够被高效液相色谱仪检测出来4 王有元，廖瑞金，陈伟根，杜林基于 油色谱分析的变压器故障在线预测方法重庆大学学报（自然科学版），2008，74。1.2.4固体绝缘老化的综合诊断变压器在日常维护中，可以较直接获取的绝缘老化信息是油中CO、CO2及糠醛的含量，绝缘材料的聚合度虽能直接反映绝缘老化状态，但不易采样测定。因此，综合

11、各方面的信息对绝缘的老化程度进行综合诊断是最有效的方法。2.油中气体的在线监测的方法 在线监测其实就是对油中溶解气体进行在线监测。是将变压器油中劣解出来的低分子气体分类进行定量检测，用来监测变压器中绝缘介质发生的故障和老化程度。原理和常规气相色谱分析的方法相同。在线监测就是在现场将变压器中的油经循环管路或经传感器送入脱气装置，在进人分析仪，经过对数据的处理打印出气体的色谱图和含量值，作为分析判断的依据。其特点是可以对变压器的动态进行连续监测，可以避免其它因素产生的操作误差，得到真实的产气速率，以便做出正确的判断。对变压器油中所溶解气体的在线监测, 能反映出变压器的运行状况,让管理人员及时作出决

12、策，避免发生电气事故。在线监测技术根据脱气原理和检测气体的不同分为两类：多组分气体的在线检测和单组份气体的在线检测。2.1多组分气体的在线监测主要特征是先将变压器油中溶解的气体进行油气分离，然后再对各种气体进行组分的分离和检测。我们单位采用的是“宁波理工监测设备有限公司生产的TRANB型变压器故障在线监测设备”，能够对变压器油中CO、H2、C2H2、C2H4、C2H6 、CH46种气体的浓度在线监测，可以采用糊模式多层聚类、核可能性聚类灰色聚类等多种算法对油中溶解的气体进行未来时刻的浓度预测并诊断出变压器在未来时刻能到达的绝缘状况。2.2单组份气体的在线监测主要特征是在线监测变压器油中的某一气体组分的含量或以该气体为主的混合气体的浓度，不需要进行气体组分的分离是直接测量气体体积的分数。又分为：(1)测量可燃性气体总量；(2)测量单一H2组分5 张挺，王章启，魏天魁.变压器油中溶解 气体在线监测系统的研究高压电器，2008，25。3.变压器的在线监测技术发展方向和前景由于变压器在线监测可以提前发现变压器内部存在的缺陷和故障，提高供电的可靠性。所以，变压器在线监测前景十分广阔。目前，变压器的在线监测主要发展方向主要有有以下几方面：1）设备的远程监测体系建设。2）由单台设备的在线监测向系统化在线监测的转