油中溶解气体分析与诊断董航

董航

摘要：介绍如何对运行设备油中溶解气体进行分析与诊断的方法。阐述充油设备油中溶解气体来源、测定方法，并通过对实际设备试验数据进行了比较分析，以供参考。实践证明，色谱分析技术是检测运行设备内部是否存在潜伏性故障的一种行之有效的检测手段，这项试验不须设备停电，连续跟踪监视设备有无故障，故障的严重程度。随时进行预报预测对于设备的稳定运行，防止事故于未然是极为重要的。利用这一手段已经检测出运行设备故障多起，这项试验越来越被人们所重视，为电网的安全运行起到了重大作用。因此准确科学的对运行设备油中溶解气体进行分析与诊断十分重要。

关键词：油中溶解气体；分析；诊断；实例分析

1.充油设备油中溶解气体来源

正常充油电气设备油中溶解气体的主要成份是氧和氮，饱和含量在10%，油中总含气量与设备的密封方式，油的脱气程度等因素有关。开放式变压器油中饱和含气量10%，隔膜密封的变压器含气量在5%，少油设备因其真空处理一般在3%。在正常情况下充油电气设备内的绝缘油及有机材料在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生低分子烃类及一氧化碳和二氧化碳气体，这些气体大部分溶解在油中，当存在潜伏性放电和过热故障时，就会加速这些气体的产生速度。随着故障的发展分解出的气体形成气泡在油中经过对流、扩散不断溶解在油中，当产气量大于溶解量时，油中含气量饱和便会有一部分气体排出，进入气体继电器，在分析中掌握油中含气量的变化与可然气的变比及设备密封方式等，对于设备判断有关系。

2.掌握油纸绝缘材料热分解产气机理有助于分析判断故障性质和涉及的部位。

充油设备中绝缘物质主要是油和油浸纸，设备在故障下产生的气体主要是来源于油和纸的热裂解，首先来了解这些绝缘物质的化学结构。

绝缘油、纸的化学结构。绝缘油是矿物油，主要是碳氢化合物，由烷烃、环烷烃、芳香烃组成，固体绝缘材料有纸、压制板、树脂、木材、布等，化学组成是纤维素即高分子碳水化合物，这些物质都是有机物结构复杂，其原子间以化学键联结成分子，化学键有不同的强度，用键能表示；键能越高化学稳定性越好，原子间的化学键以C-H、C-C、C-O、H-O单连、双链、叁链存在。化学键键能见表一：键能数值(千卡/摩尔)

800℃乙烯、甲烷、少量乙炔

当油中存在火花放电、温度在1000℃以上时，油裂解产生的气体大部分是乙炔和氢气，其次是甲烷，当故障涉及固体绝缘时如匝间短路，就会使固体绝缘材料纤维素受热分解、解环和断链，最后生成一氧化碳和二氧化碳及水。当故障热点温度不同时，伴随产生气体的程度有所不同，在一定温度下产生速率恒定，油中一氧化碳和二氧化碳气体含量随时间呈线性关系，在温度不断升高时一氧化碳和二氧化碳产生速率是呈指数规律增大，因此油中一氧化碳和二氧化碳的含量与绝缘纸热老化有着直接的关系，从上面的油纸裂解机理中看出分析油中可燃气体的含量与组成能确定设备有故障及故障严重程度、故障性质、故障可能发生的部位等。

3.油中溶解气体测定方法。

油中溶解气体的测定准确与否是分析判断的关键环节，所以要注重测定方法手段的准确，在测定油中气体的过程中从采集油样，取出油样中的溶解气体及用气相色谱分离和检测各气体组份，定性定量计算等等过程中要尽量减小每一环节的误差。在分析方法上过成本上升中应尽量取得一致，分析采用一台机器，选择适宜的分析条件，常规采用混合样品保留值定性，必要时应在样品中渗入已浓度的单独样品定性，定性时应注意峰形的观测，是否峰中有残留峰或多峰重迭，注意基线漂移面积的测量，未全分离峰的测量，采用国家级标准样品进行定量计算。在每一个环节上都应注意减小误差，使每次试验结果具有可比性，为准确判断做好准备。

4.充油电气设备的故障判断

4.1.设备故障诊断遵循步骤

实践证明，设备故障诊断应遵循以下步骤为妥。首先将试验结果几项指标如总烃、乙炔、氢气与规程注意值比较，对一氧化碳和二氧化碳的指标按导测所述原则进行判断，对高于正常值的设备应加以注意，查明产气原因或进行跟踪分析，根据历次测试记录或重复取样试验结果计算产气速率。其次对设备内部是否有故障或故障的严重程度及发展趋势作出估计。用判断故障性质的特征气体法对可能存在的故障类型作初步判断，若气体继电器内出现气体时，应取气试验以配合油中气体进行分析。第三，根据上述结果以及其他检查性试验(如：测量绕组直流电阻、空载特性试验，绝缘试验等)结果，结合设备的结构、运行检修等情况，综合分析判断故障的性质及部位，根据具体情况等取相应的措施。

4.2.下面就我局检测出的设备缺陷例举说明如何进行分析判断设备故障。

例1扎旗66KV6300KVA主变压器投入初期色谱分析情况，数据见表三：

从A相套管数据看，甲烷和乙烯占总烃的91%，各种气体含量比例符合故障特征气体含量规律，结论：A相套管存在严重过热和放电现象，不涉及固体绝缘部分，停电检查A相套管引线帽内局部螺纹，烧损变形放电非常严重，呈黑色，引线定位铁销因导流过热使其两端及中部放电烧损。电抗器本体总烃升高的原因分析：引线定位铁销属套管内部，过热使套管油分解可燃气升高。同时，由于引线过热使套管引线铜管内的油品分解，因铜管内的油品是与本体相通的，使本体油总烃升高。经处理后本体油总烃停止增长运行正常。实践证明，不了解设备结构很难作出正确分析判断，在这次分析诊断中如果不全面分析分断排除，只看电抗器本体油的升高将造成误诊断，损失巨大。

5.结束语

充油电气设备油中溶解气体分析与诊断对于运行设备潜伏性故障的排除，确保设备稳定运行起到了重大监督作用。分析与诊断设备有无故障需要不断积累经验，掌握绝缘物质的产气机理，要善于了解设备结构、运检情况、要善于考察不同设备产气特点，掌握科学的分析手段，正确严格地执行规程标准，科学的进行综合分析作出切合实际的结论意义深远而重大。

参考文献：

[1]杨大芬．超高压变压器油的研制及应用．石油炼制，1991－8

[2]王秀茹．华北原油试制25号超高压变压器油．石油炼制，1986－5

[3]洪光三．25号超高压变压器油的研制及其应用石油炼制1996-6

作者简介：董航（1970.02）,女,通辽市，工程师，从事二次检修工作，单位：内蒙古东部电力有限公司检修分公司。