变压器油中溶解气体色谱分析与诊断

变压器油中溶解气体色谱分析与诊断

气相色谱变压器油分析简介

1.1变压器油分析意义

气相色谱法在电力系统的应用意义在于：电力系统主要是采用气相色谱法检测充油电气设备油中溶解气体；正常情况下充电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及二氧化碳和一氧化碳等。这些气体大部分溶于油中，当设备存在潜伏性过热或放电故障时，就会加快这些气体的产生速度。随着故障发展，分解出的气体形成气泡在油里经对流、扩散，不断溶解在油中。采用气相色谱法在设备运行过程中定期分析溶于油中的气体就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障并随时掌握故障的发展情况和采取必要的措施。

1.2电力绝缘油特点

绝缘油放在变压器里又叫变压器油，他的作用是在把变压器的热量传给散热片，起到传导热量、散热的作用。如果变压器油漏电了，不好直接拆开变压器去测，而是取变压器油来检测，如果漏电，油遇电会电解，产生气体，就是我们要检测的气体，如果气体含量超标，肯定变压器油就是漏电的了。新的变压器油里面是纯的油，不含气体的。

绝缘油具有以下五个特性1.高介电强度。．2.较低的粘度。3.较高的闪点温度。4.足够的低温特性。5.良好的抗氧化性能。

1.3国家标准

绝缘油中溶解气体组分含量的测定,对充油电气设备制造,运行部门是十分重要的检测项目之一,是充油电气设备出厂检验和运行监督过程中判断设备潜伏性故障的有效手段.随着在各行业应用的不断扩大和大容量,高电压充油设备的增多,为了保证测定结果准确可靠,亟需建立统一的绝缘油中溶解气体组分含量测定方法.

下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文.本标准出版时,所示版本均为有效.所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探计使用下列标准*新版全的可能性.

GB/T6683-1997 石油产品试验方法精密度数据确定法

GB/T7252-1987 变压器油中溶解气体分析与判断导则

GB/T7597-1987 电力用油(变压器油,汽轮机油)取样方法

变压器油中溶解气体色谱分析与诊断2故障分析的机理

2.1变压器油气体的产生

充油的电力设备(如变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等)的绝缘主要是由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料(如电缆纸、绝缘纸板等)所组成。其中矿物绝缘油即变压器油,是石油的一种分镏产物,其主要成分是烷烃(CnH2n+2)、环烷族饱和烃(CnH2n)、芳香族不饱和烃(CnH2n-2)等化合物。有机绝缘材料主要是由纤维素(C6H10O5)n构成。在正常运行状态下,由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质,会分解出极少量的气体(主要有氢H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等7种)。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮情况时,这些气体的产量会迅速增加。表1列出气体的种类与外施能量的关系。　

　这些气体大部分溶解在绝缘油中,少部分上升在绝缘油的面上,例如变压器有一部分气体从油中逸出进入气体继电器(瓦斯继电器)。经验证明,油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关。因此在设备运行过程中,定期测量溶解于油中的气体组织成分和含量,对于及早发现充油电力设备内部存在的潜伏性故障有非常重要的意义。

表1　气体种类与外施能量的关系

2.2故障分析

C2H2的产生与放电性故障有关,当C2H2含量占主要成分且超标时,则很可能是设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放电所致。另外,如果其它组分没超标,而C2H2超标且增长速率较快,则可能是设备内部存在高能量放电故障。在过热性故障中,当只有热源处绝缘油分解时,特征气体CH4和C2H4两者之和一般占总烃的80%以上,且随着故障点温度的提高,C2H4所占比例也增加。一般来说,高中温过热时,H2占氢烃总量的27%以下,且随温度升高,H2的**含量有所增长,但其所占比例却相对下降。严重过热时也会产生少量C2H2,但不会超过总烃的6%。当过热涉及固体绝缘时,除了产生上述气体之外,还会产生大量的CO和CO2。当电气设备内部存在接触**时,如分接开关接触**,连接部分松动,绝缘**,特征气体会明显增加。当超过正常值时,其一般也占总烃量的80%以上,且随着运行时间的增加,C2H4所占比例也增加。　

3色谱定量分析方法及仪器的选择

用气相色谱法分析变压器油中溶解气体的组分和含量,以判断变压器潜伏性故障,这是近年来国内外发展起来的一种新技术。当变压器存在局部过热、放电等潜伏性故障时,故障区及附近的绝缘材料热分解而产生气体,并不断溶于变压器油中。故障不同,产生的气体亦不同。通过分析油中溶解气体的组分及含量,就能判断变压器是否存有潜伏性故障并进而鉴别故障种类。

3.1 方法概要

本方法首先按要求采集充油电气设备中的绝缘油样品,其次脱出油样中所溶解的气体,然后用气相色谱仪GC5890A分离,检测各气体组分,浓度用色谱数据工作站N2000进行结果计算与分析.

3.2 样品采集

本方法所用油样的采集,按 GB 7597-1987 的全密封方式取样的有关规定进行.在运输,保管过程中要注意样品的防尘,防震,避光和干燥等.

3.3分析仪器的选择

专用或改装的气相色谱仪.应具备热导鉴定器(TCD)(测定氢气,氧气,氮气),氢焰离子化鉴定器(FID) (测定烃类,一氧化碳和二氧化碳气体),镍触媒转化器(将一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷).检测灵敏度应能满足油中溶解气体*小检测浓度的要求。

南京科捷所生产的专业气相色谱仪GC5890A就能完全满足要求。

配置要求：

绝缘油分析专用气相色谱仪技术指标

温控检测器FID

控温范围：室温上7℃-400℃（增量0.1℃）

程升阶数：三阶

程升速率：0.1℃-50℃/min(增量0.1℃) 检测限：≤5×10-1２g/s(正十六烷)基线噪声：≤6×10-12A/H 线性范围：≥105 稳定时间：小于20min

检测器TCD 检测器 FPD

敏感度：≥10000mV·ml/mg(正十六烷)

基线噪声：≤30uV(载气为99.999的氢气) 检测限：≤5×10-12g/s(N)

基线噪声：≤2×10-13A/H

检测器ECD 检测器 NPD

检测限：≤5×10-12g/s(N) (r-666)

基线噪声：≤2×10-13A/H 检测限：≤5×10-12g/s(N)

基线噪声：≤2×10-13A/H

4结论

采用气相色谱方法分析绝缘油内气体的成分和含量,可以不停电就能发现设备内部是否存在潜伏性故障,特别对发现局部过热和局部放电比较灵敏,它已经成为充油电力设备预防性试验重要的一项。但要注意这种方法目前尚有一定的局限性,有时还并不可靠,故要对充油设备的故障部位做出准确判断,有赖于对设备内部结构和运行状态的**掌握,并在实测中还要结合其它试验方法和历年色谱数据分析结果进行比较分析。