絕緣放電基本原理 絕緣試驗(yàn) 絕緣油的氣相色譜分析

絕緣預(yù)防性試驗(yàn)概述絕緣電阻和吸收比測(cè)量第一章介質(zhì)損耗正切值的測(cè)量第二章局部放電的測(cè)量第三章工頻交流耐壓試驗(yàn)第四章直接泄露及直流耐壓試驗(yàn)第五章絕緣油的氣相色譜分析第六章三比值法的基本原理和應(yīng)用方法電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系變壓器絕緣油色譜異常分析變壓器典型故障案例分析01絕緣油的氣相色譜分析電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障根據(jù)模擬試驗(yàn)和大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出主要的四種情況：（1）電弧放電的電弧電流大，變壓器主要分解出乙炔、氫及較少的甲烷；（2）局部放電的電流較小，變壓器油主要分解出氫和甲烷；（3）變壓器油過熱時(shí)分解出氫和甲烷、乙烯、丙烯等，（4）紙和某些絕緣材料過熱時(shí)還分解出一氧化碳和二氧化碳等氣體。絕緣油的氣相色譜分析電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系充油電氣設(shè)備故障類型的統(tǒng)計(jì)絕緣油的氣相色譜分析電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系充油電力變壓器不同故障類型產(chǎn)生的氣體絕緣油的氣相色譜分析電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系故障類型舉例局部放電由不完全津漬、高濕度的紙、油的過飽和，或空腔造成的充氣空腔中的局部放電，并導(dǎo)致形成X蠟低能量放電不良連接形成不同電位或懸浮電位的。造成的火花放電或電弧，可發(fā)生在屏蔽環(huán)、繞組中相鄰的線餅間或?qū)w間，以及連線開焊處或鐵心的閉合回路中夾件間、套管與箱壁、線圈內(nèi)的高壓的地端的放電木質(zhì)絕緣塊、絕緣構(gòu)件膠合處，以及繞組墊塊的沿面放點(diǎn)。油擊穿、選擇開關(guān)的切斷電流高能量放電局部高能量放電造成的閃絡(luò)，沿面放電或電弧低壓對(duì)地、接頭之間、線圈之間、套管與箱體之間、銅排與箱體之間、繞組與鐵芯之間的短路環(huán)繞主磁通的兩個(gè)鄰近導(dǎo)體之間的放電。鐵芯的絕緣螺絲、固定鐵芯的金屬環(huán)之間的放電過熱t(yī)＜300℃在救急情況下，變壓器超銘牌運(yùn)行繞組中油流被阻塞在鐵軛夾件中的雜散磁通量過熱300℃＜t＜700℃螺栓連接處（特別是鋁排）、滑動(dòng)接觸面、選擇開關(guān)內(nèi)的接觸面（形成積碳），以及套管引線和電纜的連接接觸不良鐵軛處夾件和螺栓之間、夾件和鐵芯疊片之間的環(huán)流，接地線中的環(huán)流，以及磁屏蔽上的不良焊點(diǎn)和夾件的環(huán)流繞組中平行的相鄰導(dǎo)體之間的絕緣磨損過熱t(yī)＞700℃油箱和鐵芯上的大的環(huán)流油箱壁為補(bǔ)償?shù)拇艌?chǎng)過高，形成一定的電流鐵芯疊片之間的短路充油電力變壓器的典型故障三比值法的基本原理和應(yīng)用方法電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系變壓器絕緣油色譜異常分析變壓器典型故障案例分析01絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法大量的實(shí)踐證明，采用特征氣體法結(jié)合可燃?xì)怏w含量法，可做出對(duì)故障性質(zhì)的判斷，但還必須找出故障產(chǎn)氣組分含量的相對(duì)比值與故障點(diǎn)溫度或電場(chǎng)力的依賴關(guān)系及其變化規(guī)律。為此，人們?cè)谟锰卣鳉怏w法等進(jìn)行充油電氣設(shè)備故障診斷的過程中，經(jīng)不斷的總結(jié)和改良，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在熱力動(dòng)力學(xué)原理和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，相繼推薦了三比值法和改良的三比值法。我國(guó)現(xiàn)行的DL/T722-2000《導(dǎo)則》推薦的也是改良的三比值法。通過大量的研究證明，充油電氣設(shè)備的故障診斷也不能只依賴于油中溶解氣體的組分含量，還應(yīng)取決于氣體的相對(duì)含量；通過絕緣油的熱力學(xué)研究結(jié)果表明，隨著故障點(diǎn)溫度的升高，變壓器油裂解產(chǎn)生烴類氣體按CH4→C2H6→C2H4→C2H2的順序推移，并且H2是低溫時(shí)由局部放電的離子碰撞游離所產(chǎn)生?；谏鲜鲇^點(diǎn)，產(chǎn)生以CH4/H2，C2H6/CH4，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4的四比值法。由于在四比值法中C2H6/CH4的比值只能有限地反映熱分解的溫度范圍，于是IEC降其刪減。絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法根據(jù)充油電氣設(shè)備內(nèi)油、絕緣在故障下裂解產(chǎn)生氣體組分含量的相對(duì)濃度與溫度的相互依賴關(guān)系。從5種特征氣體中選取兩種溶解度和擴(kuò)散系數(shù)相近的氣體組成三對(duì)比值，以不同的編碼表示。三比值的原理絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法表2－1編碼規(guī)則氣體范圍比值范圍的編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6＜0.1010≥0.1-＜1100≥1-＜3121≥3222絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法表2－2故障類型判斷方法編碼組合故障類型判斷故障實(shí)例C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6001低溫過熱（低于150℃）絕緣導(dǎo)線過熱，注意CO和CO2的含量及CO2/CO的值20低溫過熱（150-300℃）分解開關(guān)接觸不良，引線夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不良，渦流引起銅過熱，鐵芯漏磁，局部短路，層間絕緣不良、鐵芯多點(diǎn)接地等21中溫過熱（300-700℃）0，1，22高溫過熱（高于700℃）10局部放電高溫度、含氣量引起油中低能量密集的局部放電20，10，1，2低能放電引線對(duì)電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電，分解抽頭引線和油隙閃絡(luò)，不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的電火花放電20，1，2低能放電兼過熱10，10，1，2電弧放電線圈匝間、層間短路、相間閃絡(luò)、分接頭引線間油隙閃絡(luò)、引起對(duì)箱殼放電、線圈熔斷、分接開關(guān)飛弧、因環(huán)路電流引起電弧、引線對(duì)其他接地體放電等。20，1，2電弧放電兼過熱絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法同時(shí)，DL/T722-2000《導(dǎo)則》還提示利用三對(duì)比值的另一種判斷故障類型的方法，即溶解氣體分析解釋表（表2－3）和解釋簡(jiǎn)表（表2－4）。表2－3是將所有故障類型分為6種情況，這6種情況適合于所有類型的充油電氣設(shè)備，氣體比值的極限依賴于設(shè)備的具體類型。可稍有不同；表2－3顯示D1和D2兩種故障類型之間既有重疊又有區(qū)別，這說(shuō)明放電的能量有所不同，必須對(duì)設(shè)備采取不同的措施。表2－4給出了粗略的解釋，對(duì)于局部放電，低能量或高能量放電以及熱故障可有一個(gè)簡(jiǎn)便粗略的區(qū)別。絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法表2－3溶解氣體分析解釋表情況特征故障C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6DP局部放電（見注3）NS①＜0.1＜0.2D1低能量局部放電＞10.1-0.5＞1D2高能量局部放電0.6-2.50.1-1＞2T1熱故障t＜300℃NS①＞1但NS①＞1＜1T2熱故障300℃＜t＜700℃＜0.1＞11-4T3熱故障t＞700℃＜0.2①＞1＞4絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法表2－3溶解氣體分析解釋表情況特征故障C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6DP局部放電（見注3）NS①＜0.1＜0.2D1低能量局部放電＞10.1-0.5＞1D2高能量局部放電0.6-2.50.1-1＞2T1熱故障t＜300℃NS①＞1但NS①＞1＜1T2熱故障300℃＜t＜700℃＜0.1＞11-4T3熱故障t＞700℃＜0.2①＞1＞4絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法注：1．上述比值在不同地區(qū)可稍有不同；2．以上比值在至少上述氣體之一超過正常值并超過正常值增長(zhǎng)速率時(shí)計(jì)算才有效；3．在互感器中CH4/H2＜0.2時(shí)為局部放電。在套管中CH4/H2＜0.7為局部放電；4．氣體比值落在極限范圍之外，而不對(duì)應(yīng)于本表中的某個(gè)故障特征時(shí)，可認(rèn)為是混合故障或一種新的故障。這個(gè)新的故障包含了高含量的背景氣體水平。在這種情況下，本表不能提供診斷。但可以使用圖示法給出直觀的、在本表中最接近的故障特征。①NS表示無(wú)論什么數(shù)值均無(wú)意義；②C2H2的總量增加，表明熱點(diǎn)溫度增加，高于1000℃。絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法表2－4溶解氣體分析解釋簡(jiǎn)表情況特征故障C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6PD局部放電＜0.2D低能量或高能量放電＞0.2T熱故障＜0.2絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法二、三比值法的應(yīng)用原則（1）只有根據(jù)氣體各組分含量的注意值或氣體增長(zhǎng)率的注意值有理由判斷設(shè)備可能存在故障時(shí)，氣體比值才是最有效的，并應(yīng)予以計(jì)算。對(duì)氣體含量正常，且無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)的設(shè)備，比值沒有意義。（2）假如氣體的比值與以前的不同，可能有新的故障重疊或正常老化上。為了得到僅僅相對(duì)于新故障的氣體比值，要從最后一次分析結(jié)果中減去上一次的分析數(shù)據(jù)，并重新計(jì)算比值（尤其在CO和CO2含量較大的情況下）。在進(jìn)行比較時(shí)，要注意在相同的負(fù)荷和溫度等情況下在相同的位置取樣。（3）由于溶解氣體分析本身存在的試驗(yàn)誤差，導(dǎo)致氣體比值也存在某些不確定性。利用《導(dǎo)則》所述的方法，分析油中溶解氣體結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。對(duì)氣體濃度大于10μL/L的氣體，兩次的測(cè)試誤差不應(yīng)大于平均值的10%，而在計(jì)算氣體比值時(shí)，誤差提高到20%。當(dāng)氣體濃度低于10μL/L時(shí)，誤差會(huì)更大，使比值的精確度迅速降低。因此在使用比值法判斷設(shè)備故障性質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意各種可能降低精確度的因素。尤其是對(duì)正常值較低的電壓互感器、電流互感器和套管，更要注意這種情況。絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法三、三比值法診斷故障的步驟1．將試驗(yàn)結(jié)果的幾項(xiàng)主要指標(biāo)（總烴、甲烷、乙炔、氫）與充油電氣設(shè)備產(chǎn)氣速率注意值作比較。短期內(nèi)各種氣體含量迅速增加，但尚未超標(biāo)的數(shù)據(jù)，也可診斷為內(nèi)部有異常狀況；有的設(shè)備因某種原因使氣體含量基值較高，但增長(zhǎng)速率低于產(chǎn)氣率注意值的，仍可認(rèn)為是正常設(shè)備。2．當(dāng)認(rèn)為設(shè)備內(nèi)部存在故障時(shí)，可用特征氣體法、三比值法和其他方法并參考溶解氣體分析解釋表和氣體比值的圖示法，對(duì)故障類型進(jìn)行診斷。3．對(duì)CO和CO2進(jìn)行診斷。4．在氣體繼電器內(nèi)出現(xiàn)氣體的情況下，應(yīng)將繼電器內(nèi)氣體的分析結(jié)果按本節(jié)所述的方法進(jìn)行診斷。絕緣油的氣相色譜分析三比值法的基本原理和應(yīng)用方法5．根據(jù)上述結(jié)果以及其他檢查性試驗(yàn)（如測(cè)量繞組直流電阻、空載特性試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)和測(cè)量微量水分等）的結(jié)果，并結(jié)合該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行、檢修等情況進(jìn)行綜合分析，診斷故障的性質(zhì)及部位。根據(jù)具體情況對(duì)設(shè)備采取不同的處理措施（如縮短試驗(yàn)周期，加強(qiáng)監(jiān)視，限制負(fù)荷，近期安排內(nèi)部檢查，立即停止運(yùn)行等）。四、三比值法的不足，通過大量的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)三比值法存在以下不足：（1）由于充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障非常復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中常常出現(xiàn)不對(duì)應(yīng)的故障。（2）只有油中氣體各組分含量足夠高或超過注意值才能進(jìn)行判斷。（3）在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)有多種故障聯(lián)合作用時(shí)，可能在表中找不到相對(duì)應(yīng)的比值組合。（4）三比值法不適用于氣體繼電器里收集到的氣體分析診斷故障類型。（5）當(dāng)故障涉及固體絕緣的正常老化過程與故障情況下的劣化分解時(shí)，將引起CO和CO2含量明顯增長(zhǎng)，表2－2中無(wú)此編碼組合。此時(shí)要利用下述的比值CO2/CO配合診斷。三比值法的基本原理和應(yīng)用方法電氣設(shè)備故障與油中特征氣體的關(guān)系變壓器絕緣油色譜異常分析變壓器典型故障案例分析01絕緣油的氣相色譜分析變壓器典型故障案例分析案例分析如前所述，充油變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于變壓器的容量、電壓等級(jí)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境、油質(zhì)狀況、運(yùn)行參數(shù)等的差異，所以診斷方法都涉及特定的參數(shù)或大量模擬及事故數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式或判據(jù)。下面通過對(duì)某廠變壓器的事故分析，分析色譜數(shù)據(jù)變化，從而判定事故原因。某廠某主變2001年投入運(yùn)行，參數(shù)如下：額定容量：430000kVA額定電壓：高壓：242kV低壓：23kV頻率：50Hz線圈溫升：65K（395MVA為55K）額定電流：高壓1025.9A低壓10793.9A空載損耗；186.7kW接線組別：YN，d11絕緣油的氣相色譜分析變壓器典型故障案例分析2015年03月17日-4月14日，按期取變壓器本體油樣進(jìn)行色譜分析，發(fā)現(xiàn)總烴、氫氣數(shù)量較上次取樣結(jié)果漲幅較大。接地電流測(cè)試及油位、溫度、聲音等檢查與以往數(shù)據(jù)相比無(wú)異常，油色譜異常數(shù)據(jù)如表3-1所示。絕緣油的氣相色譜分析變壓器典型故障案例分析表3-1某主變色譜變化數(shù)據(jù)表時(shí)間氫氣H2甲烷CH4乙烷C2H6乙烯C2H4乙炔C2H2總烴一氧化碳CO二氧化碳CO214.11.20108.91.3110.1311.34604262715.3.174689.2430.39100.570.64220.83551259115.3.194895.1631.78108.590.71236.24672275115.3.2055109.5532.95116.190.79259.48738300115.3.2163118.1437.71125.530.68282.06994314815.3.2255113.5435.9119.140.692693.2363107.7635.41118.340.68262.2938264515.3.2460107.9633.08118.30.68260.02955272215.3.2466.34129.4530.71133.040.64293.841029.513839.5415.3.2555109.3334.38118.660.69263.07905252115.3.2657117.0435131.070.792763.2763113.0437.25123.030.74272.661048274015.3.2866115.453128.80.86282.36907284815.3.2967124.437.73132.20.832923.3064109.7935.89125.680.83272.19810238615.3.3162119.5537130.740.862884.166118.3635.58127.750.81282.5836244115.4.269120.437.36132.320.83290.91985243015.4.372120.9737.66136.810.89296.331033245515.4.699107.3848.79206.51.87427.54905249915.4.7131201.3849.6636.922.06490.021134242715.4.8106188.6563.92249.252.175041078256015.4.9137234.8170.75294.712.6602.88964237715.4.10146219.6771.54284.422.61578.251181240815.4.11151223.9864.63278.412.43570.451182225115.4.12155231.0175.42299.642.74608.811292234215.4.13173257.4376.1399.322.99675.841242251715.4.14177253.879.88360.153.24697.0811912390絕緣油的氣相色譜分析變壓器典型故障案例分析一、產(chǎn)氣速率計(jì)算總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率γ=(γmax-γmin)*M/Δt*ρ總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率分析γ=(γmax-γmin)/γminxΔtx100分析數(shù)據(jù)從3月17日開始，到4月14日，以4月3日為數(shù)據(jù)增長(zhǎng)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)前絕對(duì)產(chǎn)氣速率為219.75ml/d，拐點(diǎn)后的產(chǎn)氣速率為2114ml/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隔膜式變壓器總烴含量注意值12ml/d。相對(duì)產(chǎn)氣速率前速率計(jì)算為56.984%，拐點(diǎn)后產(chǎn)氣速率相對(duì)為338.07%，兩者數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率注意值10%，如此高的產(chǎn)氣率是比較少見，表明故障發(fā)展迅速，現(xiàn)象十分嚴(yán)重。如圖3-1所示。圖3-1某主變總烴含量增長(zhǎng)曲線絕緣油的氣相色譜分析變壓器典型故障案例分析二、油色譜的三比值比較分析以4月9日試驗(yàn)數(shù)據(jù)以最近一次的油色譜進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，色譜數(shù)據(jù)中特征氣體中以乙烯為主導(dǎo)，根據(jù)《導(dǎo)則》C2H2/C2H4=2.6/294.71=0.008<0.1判定代碼為0CH4/H2=234.81/137=1.71≧1且<3判定代碼為2C2H4/C2H6=294.