轨道交通高压设备检测和试验课件：变压器油色谱分析

变压器油色谱分析目录变压器中故障气体的来源气相色谱分析方法故障的识别和判断任务实施-变压器油色谱分析01020304变压器油中可燃气体一般都是由于设备的局部过热或放电分解而产生的。产生可燃气体的原因如不及时查明和消除,对设备的安全运行是十分危险的。因此采用气相色谱法测定油中气体成分,对消除变压器的潜伏性故障是十分有效的。该项目是变压器油运行监督中一项必不可少的检测内容。1.理解变压器油色谱分析的作用;2.掌握变压器油气相色谱分析仪的结构及工作原理;3.制订变压器油色谱分析的试验方案;4.完成变压器油色谱分析试验;5.分析试验数据,判断设备是否存在缺陷;6.撰写变压器油色谱分析试验报告。任务目标

01变压器中故障气体

的来源固体绝缘材料指的是纸、层压纸板和木块等,属于纤维素绝缘材料。纤维素是由很多葡萄糖单体组成的长链状高聚合碳氢化合物(C6

H10O5

)n,其中的C-O键及葡萄糖甙键的热稳定性比油中的C-H键还要弱,高于105摄氏度时聚合物就会裂解,高于300摄氏度时就会完全裂解和碳化。聚合物裂解在生成水的同时,生成大量的CO和CO2

、少量低分子烃类气体,以及糠醛及其系列化合物。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,电或热故障可以使某些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H2

和低分子烃类气体,如CH4

、C2

H6

、C2

H4

、C2

H2等,也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X-蜡)。油氧化后还会生成少量的CO和CO2

,长时间的累积可达显著数量。01

变压器中故障气体的来源固体绝缘材料的分解变压器油的分解12l

油中含有的水可以与铁作用生成H2

。在温度较高、油中有溶解的O2时,设备中某些油漆(醇酸树脂)在某些不锈钢的催化下,可能生成大量的H2

,或者不锈钢与油的催化反应也可生成大量的H2

;新的不锈钢中也可能在加工过程中吸附H2

或焊接时产生H2

;有些改型的聚酰亚胺型绝缘材料与油接触也可生成某些特征气体;油在阳光照射下也可以生成某些特征气体。l

气体的来源还包括注入的油本身含有某些气体;设备故障排除后,器身中吸附的气体未经彻底脱除,又慢慢释放到油中;有载调压变压器切换开关油室的油向变压器主油箱渗漏,选择开关在某个位置动作时(如

极性转换时)形成电火花,会造成变压器本体油中出现C2

H2

;冷却系统附属设备(如潜油泵)故障产生的气体也会进入到变压器本体油中;设备油箱带油补焊会导致油分解产气等。01

变压器中故障气体的来源气体的其他来源302气相色谱分析方法N2

、H2为载气,在色谱仪管中带动被试气样一起流动。气样进口为进样口Ⅰ、Ⅱ两处,柱Ⅰ和柱Ⅱ为色谱柱,是一根填满各种吸附剂的细长不锈钢管或玻璃管。气样以混合气体的形式从管子的一端进入色谱柱,由载气带动向前流动。在此过程中,由于吸附剂对混合

气体中各种气体的吸附作用大小不一,吸附作用小的气体以较大的速度向前移动,而吸附作用大的气体则移动较慢。因此,各种气体流

出色谱柱时有先有后,这样就使混合的各种气体按流出色谱柱的时间先后而得以分离。色谱柱Ⅰ内装碳分子筛吸附剂,可分离出H2

、O2

、CO、CO2

、CH4

;色谱柱Ⅱ内装微球硅胶吸附剂,它能使烃类气体分离出来,例如CH4

、C2

H6

、C2

H4

、C2

H2等。02

气相色谱分析方法

是利用各种气体的导热系数不同的原理制成的。它是在一个金属池腔的参考臂中安置一根钨丝电阻,事先通以一定的电流使其发热,并达到稳定的平衡状态。当被检测气体流过金属池腔的测量臂时,由于气体的成分和含量不同,其导热系数也不同,就破坏了原来传热与散热的平衡状态,引起钨丝的温度变化,从而改变了钨丝的电阻值,反映到输出端,就出现了一个相应的电信号,而电信号的大小决定于被检测气体的成分和含量。是一个离子室,室内有氢焰燃烧和一个收集电极。当被检测气体进入离子室,就被其中氢焰燃烧的高温所电离,并在电场作用下使离子奔向收集电极而形成电流。这一电流的大小即反映了被检测气体的含量。这种鉴定器的灵敏度很高,适用于作微量分析。但它只能直接分析在氢焰中可以电离的有机气体(例如CH4、C2H4、C2H2等),而对于在氢焰中不电离或很少电离的无机气体(例如O2、N2、CO、CO2等),则需要将其通过转化炉由镍催化剂转化为有机气体,才能由氢焰鉴定器检测。02

气相色谱分析方法

l

被分析的各种气体经过鉴定器将其含量变

为电信号输出后,再由记录仪(图中未画出)

记录下来,并按先后次序排列成一个个的脉冲尖峰图,称为色谱图。色谱图中一个脉冲峰表示一种气体成分,而峰的高度或面积则反应了该气体的含量。所以,从色谱图上对被分析的气体既可以定性分性,又可以定量分析。02

气相色谱分析方法

典型色谱图03故障的识别和判断l

变压器内部的油纸绝缘材料,正常运行时在热和电的作用下,会逐渐老化和分解,产生少量的H2、低分子烃类气体及CO、CO2等气体;在热和电故障的情况下,也会产生这些气体。

l

在判断变压器是否存在故障及其故障的严重程度时应根据气体含量的绝对值、增长速率,以及设备的运行状况、结构特点、外部环境等因素进行综合判断。l

为了识别故障,提出了。

03

故障的识别和判断

正常运行变压器油中溶解气体含量注意值1故障的识别l

当任一项含量超过注意值时都应引起注意,但是气体含量注意值不是划分设备内部有无故障的唯一判据。当气体含量超过注意值时,应缩短检测周期,结合产气速率进行判断。若气体含量超过注意值但长期稳定,可在超过注意值的情况下运行;若气体含量虽然低于注意值,但产气速率超过注意值,也应缩短检测周期。当产气速率突然增长或故障性质发生变化时,须视情况采取必要措施。若油中仅氢气含量超过注意值,但无明显增长趋势,也可判断为正常。

03

故障的识别和判断

变压器绝对产气速率的注意值1故障的识别不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体可归纳为表3-28,由此可推断变压器的故障类型。

03

故障的识别和判断

不同故障类型产生的气体故障类型的判断2三比值法是在热动力学和实践的基础上总结得出的,利用五种气体(CH4

、C2

H4

、C2

H6

、C2

H2

、H2)的三对比值(C2

H2/C2

H4

、CH4/H2

、C2

H4/C2

H6

)的编码组合来进行故障类型判断的方法,一般在特征气体含量超过注意值后使用。表3-29和表3-30给出了编码规则和故障类型判断方法,它是在IEC60599推荐的三比值法的基础上,根据国内的实践经验对编码组合和故障类型进行了细化。

03

故障的识别和判断

三比值法编码规则故障类型的判断2

03

故障的识别和判断

故障类型判断方法故障类型的判断204任务实施-变压器

油色谱分析试验

执行“三戴二穿”制度(戴安全帽、戴绝缘手套、戴护目镜，穿工作服、穿绝缘靴),合理安排作业人员,作业人员明确所分担的作业任务和作业安全事项。准备好作业所需的工具材料。作业前准备检查核实安全措施用变压器气相色谱仪和色谱工作站对变压器油进行色谱分析04

变压器油色谱分析试验作业结束,恢复安全措施

根据测量结果分析判断绝缘状况

1作业流程04

变压器油色谱分析试验2试验工器具

3

试验安全防护(1)在作业地点的周围要设围栅。围栅上悬挂“止步,高压危险!”的标示牌(标示牌要面向作业场地外方),并派专人看守。(2)在一个电气连接部分内,同时只允许一个作业组且在一项设备上进行高压试验。(3)变压器油试验时,必须使用合格的设备,试验前对设备进行自检,金属外壳要装设接地线,其电源开关要使用有明显断开点的双极开关。(4)试验人员熟悉试验规程及试验仪器的使用方法,试验前再次检查接线是否正确。(5)在更换油样时应切断电源,以防止发生工作人员触电。(6)不准触碰加热过的试油及油杯,禁止在仪器通电加热过程中接触油杯,试验时注意不要用手直接接触被加热油样和水浴锅。(7)气瓶室内严禁明火,化验人员应具备防火灭火知识,并学会使用消防器材。04

变压器油色谱分析试验(1)从变压器取油阀中取油,然后按照色谱分析流程进行。(2)首先看特征气体的含量。若H2、C2H2、总烃(CH4、C2H6、C2H4、C2H2四种气体的

总量)有一项大于规程规定的注意值的20%,应先根据特征气体含量作大致判断,主要的对应关系是:若有CH4,应怀疑电弧或火花放电;H2很大,应怀疑有进水受潮的可能;总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很小或无,则是过热的特征。(3)再计算产气速率,评估故障发生的快慢。通过分析的气体组分含量,确定故障类别。核对该设备的运行历史,并通过其他试验进行综合判断。04

变压器油色谱分析试验4试验操作(1)将检测结果与油中溶解气体含量注意值作比较,同时注意产气速率与产气速率注意值作比较。短期内

各种气体含量迅速增加,但尚未超过表中的注意值,也可判断为内部有异常状况;有的设备因某种原因使气体含量基值较高,超过表中的注意值,但长期稳定,仍可认为是正常设备。

(2)当认为设备内部存在故障时,可用特征气体法和三比值法对故障的类型进行判断。(3)根据上述结果及其他检查性试验的结果,并结合该设备的结构、运行、检修等情况进行综合分析,是正确判断故障的性质及部位的前提,根据具体情况对设备采取不同的处理措施(如缩短试验周期,限制负荷,近期安排内部检查,立即停止运行等)。04

变压器油色谱分析试验试验数据分析504

变压器油色谱分析试验6任务评价04

变压器油色谱分析试验6任务评价变压器油的发展(1)环境友好型变压器油(2)抗氧化性能的改进(3)耐高温性能的提升(4)监测和诊断技术的应用(5)新材料的研究：液体绝缘介质