1、充油电气设备油中溶解气体总体分析和诊断色谱是一种物理的分离技术，其分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配。当气体为流动相时称为气相色谱。气相色谱是以气体为流动相（载气），采用冲洗法的柱色谱分离技术。气相色谱法的一般流程主要包括三部分：载气系统、色谱柱、检测器色谱峰的位置即保留时间是色谱定性的依据，色谱峰的高度或面积是色谱定量的依据。气相色谱的基本理论：塔板理论、速率理论一、气相色谱仪及部件一、气相色谱仪及部件1 1、气源、气源2 2、色谱仪、色谱仪3 3、脱气装置、脱气装置4 4、色谱工作站、色谱工作站5 5、分析条件选择、分析条件选择1 1、气源系统、气源系统 气源是气相色谱仪载气和辅助
2、气的来源，它气源是气相色谱仪载气和辅助气的来源，它通常由高压气体钢瓶、气体发生器、减压阀和通常由高压气体钢瓶、气体发生器、减压阀和净化器等组成。净化器等组成。气体钢瓶气体钢瓶 气体发生器气体发生器 净化器净化器 使用高压气体钢瓶的优点是种类齐全，使用高压气体钢瓶的优点是种类齐全，压力稳定，纯度较高，安装容易，更换方便。压力稳定，纯度较高，安装容易，更换方便。缺点是运输、保存、使用必须建立一套安全缺点是运输、保存、使用必须建立一套安全措施，以防止发生事故。措施，以防止发生事故。载气纯度不得低于载气纯度不得低于9999。9999 气相色谱仪对各种气体的纯度要求较高，这是气相色谱仪对各种气体的纯度要
3、求较高，这是因为气体中的杂质会使检测器的噪声增大，还对色因为气体中的杂质会使检测器的噪声增大，还对色谱柱的性能有影响。因此，实际工作中要在气源与谱柱的性能有影响。因此，实际工作中要在气源与仪器之间连接气体净化装置用于除去仪器之间连接气体净化装置用于除去H H2 2O O、O O2 2、有害、有害的有机物、灰尘和机械杂质等。的有机物、灰尘和机械杂质等。常用净化剂和处理方法常用净化剂和处理方法 活性炭：主要用于去除气体中的硫化物、油等活性炭：主要用于去除气体中的硫化物、油等有机杂质。活性炭于有机杂质。活性炭于160160下烘烤下烘烤2 2小时即可恢复活性。小时即可恢复活性。变色硅胶：主要用于去除气
4、体中的水份。当颜变色硅胶：主要用于去除气体中的水份。当颜色变红时，就要进行活化，方法是在烘箱中色变红时，就要进行活化，方法是在烘箱中140140左右左右加热烘干。加热烘干。5A5A分子筛：主要用于去除气体中的微量水份、分子筛：主要用于去除气体中的微量水份、CO2CO2、SO2SO2、和烃类杂质气。、和烃类杂质气。注意事项：在更换净化剂时要除去填料中的粉末，注意事项：在更换净化剂时要除去填料中的粉末，在重新装填净化管前首先要塞一些脱脂棉，以避免微在重新装填净化管前首先要塞一些脱脂棉，以避免微小颗粒被气体带入色谱系统，造成气路堵塞；重新安小颗粒被气体带入色谱系统，造成气路堵塞；重新安装好净化管后要
5、进行查漏试验。装好净化管后要进行查漏试验。2 2、色谱仪系统、色谱仪系统 色谱仪系统包括：气路控制系统、进样系统、色色谱仪系统包括：气路控制系统、进样系统、色谱柱、检测器、电路系统、温度控制系统和数据记录谱柱、检测器、电路系统、温度控制系统和数据记录与处理系统（色谱工作站）。与处理系统（色谱工作站）。作用：为色谱柱系统和检测器的正常工作提作用：为色谱柱系统和检测器的正常工作提供稳定的载气和检测器必需的燃气、助燃气以供稳定的载气和检测器必需的燃气、助燃气以及有关辅助气。主要包括：及有关辅助气。主要包括：开关阀、稳压阀、稳流阀、针形阀、气阻、气体流速开关阀、稳压阀、稳流阀、针形阀、气阻、气体流速的
6、指示与测量（包括压力表压力传感器数字流量计皂的指示与测量（包括压力表压力传感器数字流量计皂膜流量计）、气体的密封管路膜流量计）、气体的密封管路、气路系统、气路系统、进样器进样器 进样口用于变压器油中溶进样口用于变压器油中溶解气体分析时，由于是气样，解气体分析时，由于是气样，常温分析即可，无须加热装置。常温分析即可，无须加热装置。进样过程为样品气从上部注入，进样过程为样品气从上部注入，与载气混合，从下部进入色谱与载气混合，从下部进入色谱柱。柱。对进样口的要求是进样方对进样口的要求是进样方便、密封性好、流动性能好和便、密封性好、流动性能好和死角小。死角小。、色谱柱色谱柱 在柱色谱中，样品的分离过程
7、是在色谱柱中进在柱色谱中，样品的分离过程是在色谱柱中进行的，因此，色谱柱是气相色谱操作的关键环节之行的，因此，色谱柱是气相色谱操作的关键环节之一。色谱柱的分离效能主要取决于柱中固定相的选一。色谱柱的分离效能主要取决于柱中固定相的选择和填充工艺。同时色谱柱的种类、柱管材料、形择和填充工艺。同时色谱柱的种类、柱管材料、形状、尺寸、安装密封以及老化处理方法等对样品的状、尺寸、安装密封以及老化处理方法等对样品的分离检测也有较大影响。分离检测也有较大影响。、转化炉、转化炉 由于由于FIDFID对对COCO和和COCO2 2无响应，所以需要通过转化无响应，所以需要通过转化炉将炉将COCO和和COCO2 2
8、转化为转化为CHCH4 4，再由，再由FIDFID检测。检测。由于转化炉使用时温度较高，所以密封垫禁由于转化炉使用时温度较高，所以密封垫禁止使用橡胶垫，应使用耐高温的石墨垫或紫铜垫止使用橡胶垫，应使用耐高温的石墨垫或紫铜垫等；等；老化方法：老化时进口要通老化方法：老化时进口要通80mL/min80mL/min以上的以上的氢气，出口放空，在氢气，出口放空，在400400条件下活化条件下活化2 24 4小时。小时。、电路系统、电路系统 放大器：作用是将氢焰检测器的微弱电流信号经放放大器：作用是将氢焰检测器的微弱电流信号经放大后变为电压信号。由于信号较弱，传输应使用具有屏蔽大后变为电压信号。由于信号
9、较弱，传输应使用具有屏蔽层的同轴电缆线，另外放大器里应加装防潮的变色硅胶以层的同轴电缆线，另外放大器里应加装防潮的变色硅胶以防止放大器因受潮造成的噪音增大。防止放大器因受潮造成的噪音增大。温控系统：一般采用闭环反馈自动控制结构，由被温控系统：一般采用闭环反馈自动控制结构，由被控对象（如色谱柱箱）、加热器件（如加热丝）、检测元控对象（如色谱柱箱）、加热器件（如加热丝）、检测元件（如铂电阻）、处理器（检测分析电路）和控制器（如件（如铂电阻）、处理器（检测分析电路）和控制器（如固态继电器）组成，系统的基本工作原理是根据温度偏差固态继电器）组成，系统的基本工作原理是根据温度偏差进行控制，最终尽可能消除
10、温度偏差，使实际温度稳定在进行控制，最终尽可能消除温度偏差，使实际温度稳定在设定值附近。设定值附近。热导检测器热导检测器 热导实质上是由参考臂和测热导实质上是由参考臂和测量臂组成的惠斯登电桥。当样品量臂组成的惠斯登电桥。当样品进入检测器时，纯载气变成混合进入检测器时，纯载气变成混合气体，其热导率发生变化，破坏气体，其热导率发生变化，破坏了原有的热平衡状态，使热丝的了原有的热平衡状态，使热丝的温度发生变化，通过惠斯登电桥温度发生变化，通过惠斯登电桥转换成电压变化，所得信号大小转换成电压变化，所得信号大小与组分的含量成正比关系。与组分的含量成正比关系。提高热导检测器灵敏度的方法：1、在允许的工作电
11、流范围内加大桥电流2、用热导系数较大的气体（如H2、He）作载气。3、当桥电流固定时，在操作条件许可的范围内，降低池体温度。注意事项：1、通电前先通载气、断电后再断载气2、在满足检测灵敏度要求下，尽量减少桥，以延长热丝寿命3、整个系统不能漏气4、热导温度不能低于柱温，防止样品在池内凝结氢火焰检测器氢火焰检测器激发产生的离子在极间直流电场激发产生的离子在极间直流电场的作用下就定向移动，形成了一的作用下就定向移动，形成了一种微弱电流，然后流经高电阻取种微弱电流，然后流经高电阻取出电压讯号。出电压讯号。氢焰检测器以氢气在空气中燃烧生成的火焰为能源，氢焰检测器以氢气在空气中燃烧生成的火焰为能源，当有机
12、物质进入火焰时，在火焰的高能作用下，被激发而当有机物质进入火焰时，在火焰的高能作用下，被激发而产生离子，在火焰的上下电极（上部是收集极，下部是极产生离子，在火焰的上下电极（上部是收集极，下部是极化极）间施加一定电压，形成电场，有机物在氢火焰中被化极）间施加一定电压，形成电场，有机物在氢火焰中被氢火焰检测器结构氢火焰检测器结构收集器收集器 信号杆信号杆 点火丝点火丝 极化极极化极 喷嘴喷嘴 底座底座 空气进口空气进口 氢气进口氢气进口 氢焰本体氢焰本体提高氢焰检测器灵敏度的方法：1、用N2作载气2、在一定范围内增加氢气和空气的流量，但氢气流量不能过大，一般是N2：H2：空气1：1：103、维持收
13、集极表面清洁注意事项：1、离子头必须洁净，不得沾染有机物，必要时可用苯、酒精蒸馏水依次擦洗干净2、在关机时要先熄火再退温，以防止氢焰检测器积水。3、使用的气体必须净化，管道也必须干净，否则会引起基流增大，灵敏度降低。3、脱气装置通常采用振荡脱气装置，对500kV主变的油，由于含气量低可采用真空脱气装置。4、色谱工作站5、分析条件选择在实际分析中，我们总是希望用较短的色谱柱、较短的时间得到较满意的分析结果。载气种类 载气流速 载气压力 固定相粒度范围 柱尺寸与形状 柱温 进样技术二、油中溶解气体的气相色谱分析1、取样 2、脱气3、油中气体的色谱分析4、结果计算5、精密度 1、取样1）样品要有代表
14、性，所取的必须是设备本体中的油或继电器（包括油面空间）中的气2）从固定的取样阀门处取样3）取样时需放完整个取样管路中不循环的“死油”4）针对设备不同情况下的试验，应考虑气体在油中的扩散过程。如：对试验以后的考核性取样，应考虑到延时作用，特别是套管，互感器类少油设备；变压器保护动作或事故以后，应多次、最好多位置取样。5）对可能产生负压的密封设备，应在确定内部正压情况下取样，因负压取样而进气后会影响设备安全。2.在取样及保存的全过程中，应避免受到干扰：取样阀门应适合密封取样，整个取样过程应在密封状态下进行，不与空气接触。取样容器采用密封试验合格的玻璃注射器，可采用储存含氢油样测定氢损失率来检查注射
15、器的严密性。取样时先用被分析的油样冲洗取样管道、阀门和容器，避免剩余空气或剩油的影响。样品取到后应尽快作分析，特别是气体样品。油样存放不超过4天（保存环境的温差和气压变化不能过大）。样品需密封和避光保存。2、脱气溶解平衡法（顶空取气法）机械振荡法其基本原理是分配定律和亨利定律。奥斯瓦尔德系数：在特定温度（一般为20或50）和特定分压（101.3kPa）下，气液平衡时单位体积液体内溶解的气体体积数。它和气体组分的性质有关、和温度存在函数关系、和油的化学组成与密度有关。真空法变径活塞泵全脱气法 水银真空泵法（托普勒泵法）注意事项：作为加入的空白气最好使用高纯度载气作为加入的空白气最好使用高纯度载气
16、 气体转移应使用双面针头，减少空气引起的误差气体转移应使用双面针头，减少空气引起的误差 气体自油中脱出后，应尽快转移到储气瓶或玻璃注射器中气体自油中脱出后，应尽快转移到储气瓶或玻璃注射器中去，以免气体回溶而改变其组成。去，以免气体回溶而改变其组成。要排净前一个油（气）样在注射器中的残油和残气，以免要排净前一个油（气）样在注射器中的残油和残气，以免故障气含量较高的油样污染下一个油样。取载气的注射器故障气含量较高的油样污染下一个油样。取载气的注射器先用载气洗涤先用载气洗涤1 12 2次次 转移气都应处于微正压状态，以防进入空气转移气都应处于微正压状态，以防进入空气 做含气量分析，应该用载气清洗取样
17、针管、进样针三次，做含气量分析，应该用载气清洗取样针管、进样针三次，被针扎过的胶帽要用真空脂密封。被针扎过的胶帽要用真空脂密封。3、油中气体的色谱分析油中溶解气体组分分析的对象一般包括永久性气体（H2、O2、N2、CO、CO2）及气态烃（CH4、C2H6、C2H4、C2H2）共9个组分。GB/T 7252-2001对色谱分析流程举了三个例参比TCD进样色谱柱测量TCDNiFIDN2AirH2这是网公司系统用得比较多的深圳资通的流程图，采用的是一柱一针进样的流程标定 样品定量分析是以标气标定为基准，采用外标法。标气的有效期一般为一年。使用标准气对仪器进行标定，注意标气要用进样注射器直接从标气瓶中
18、取气，而不能使用从标气瓶中转移出的标气标定，否则影响标定结果。为了减少标定误差，最好使用二次标定取平均值。进样 用注射器进样时，仪器的标定和组分测定必须用同一注射用注射器进样时，仪器的标定和组分测定必须用同一注射器，这样可以保证进样体积相同，以减少误差。器，这样可以保证进样体积相同，以减少误差。进样时要防止油进入进样口，可以在进样前将针头擦一下进样时要防止油进入进样口，可以在进样前将针头擦一下 进样胶垫要定期更换，防止漏气进样胶垫要定期更换，防止漏气 进样要做到进样要做到“三快三快”和和“三防三防”三快：进针要快，要准；推针要快(针头一插到底即快速推针进样，进针后要压紧进样注射器芯子)；取针要
19、快(推样后稍停顿一下立即快速抽针，抽针时也要压紧注射器芯以防反弹)。三防：防漏出或堵塞样气；防样气失真：不要在负压下取气样，以免带入空气，减少注射器“死体积”影响，防止标气或样品气组分浓度大，对下一次进气样的影响，防止使用过期标气或减压阀里的残余标气。防操作条件变化：标气与分析样品所使用温度、流量等操作条件要稳定并使用同一注射器、同一进样量(要使用注射器定量卡)等。5、精密度同一试验室的两个平行试验结果的重复性要求：GB/T 7252规定为：a.C2H25l/l时，相差不应大于0.5l/l，其它气体10l/l时，相差不应大于1l/l；b.气体含量10l/l时，不应大于平均值的10%。GB/T
20、17623规定为：a.气体浓度10l/l时，应小于平均值的10%；b.气体浓度10l/l时，应小于平均值的15%与该组分的最小检测浓度2倍之和。不同试验室间平行试验结果的再现性要求：GB/T 7252规定：结果相差不应大于平均值的30%。GB/T 17623规定：气体浓度10l/l时，相对偏差小于15%；气体浓度10l/l时，相对偏差小于30%。准确度验证方法：采用对标准油样的回收率来验证，一般要求回收率应不低于90。三、故障诊断1、分析和诊断原理2、诊断依据3、诊断1、分析和诊断原理 分析依据：绝缘油和纸（纸板）的产气原理 化学过程：油和纸的分解和裂解 物理过程：传质过程油中溶解气体的来源
21、空气的溶解 正常运行下产生的气体正常运行中变压器内绝缘油和材料由于受到电场、热、湿度、氧的作用，随运行时间而发生缓慢的老化现象，除产生一些非气态的劣化产物外，还会产生少量的氢、低分子烃和碳的氧化物等。故障运行下产生的气体绝缘油和纸（纸板）的产气原理 化学过程：（1.绝缘油的分解（2.固体绝缘材料的分解 物理过程：传质过程（1.气泡的运动；（2.气体分子的扩散，溶解与交换；（3.气体从油中析出与向外逸散过程。（1.绝缘油的分解 绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物。变压器油温不超过100，油不会产生烃类气体。油中存在电或热故障的结果，可以使某些C-H键和C-C键断裂，通过复杂的化
22、学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物（X-蜡）。所形成的气体溶解于油中，当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备油箱的内壁或固体绝缘的表面。油在热解产气时的一般规律是：所产生的烃类不饱和度随裂解能量密度（温度）的增加而增加，裂解产物的出现次序为：烷烃 烯烃 炔烃 焦炭。（2.固体绝缘材料的分解 纸、层压板或木块等纤维素绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的C-O键及葡萄糖甙键，它们的热稳定性比油中的C-H键要弱，即使没有达到故障温度，键也能被打开。聚合物裂解的有效温度高于105。在1
23、50以上，纤维素结构中的化学结合水开始被脱除，有去H2反应。部分氢气与油中氧化合成水，导致进一步水解。完全裂解和碳化的温度高于300，在生成水的同时生成大量的CO、CO2和糠醛等呋喃化合物，大量烃类气体是伴随高温下油分解而产生的。绝缘油热解的产气速率与热力动力学有关，影响反应速度最关键的因素是温度，一般油温每升高10，反应速度增加约24倍。油裂解时生成的任何一种烃类气体，其产气速率都随温度而变化，而且在一特定温度下达到 它的最大值，随着温度的上升，最大值出现的顺序是：甲烷、乙烷、乙烯、乙炔2.诊断依据 （1.气体累计性 （2.产气速率 （3.气体组分特征性 (4.故障类型与溶解气体组分的关系（
24、3.不同故障时产生的不同特征气体一般规律是：产生烃类气体的不饱和度是随着裂解温度的增加而增加的，依次为烷烃烯烃炔烃。导则中附录C表示了各组分气体的分压与温度的关系。(4.故障类型与溶解气体组分的关系 从设备故障现象来看，可分为过热性故障和放电性故障两大类。至于机械性故障，最终将以过热性或放电性形式表现出来。进水受潮也是一种内部潜伏性故障，除早期发现，否则最终也会发展成放电性故障，甚至造成事故。过热性故障：按发生的原因及部位可分为三类，接点和接触不良、磁路故障、导体故障。其特征气体是乙烯、甲烷，二者一般占总烃的80%以上。且随故障点温度的升高，乙烯比例增加，如高温过热，乙烯占总烃的比例平均值：6
25、2.5%，甲烷只有27.3%。其次是乙烷和氢气，乙烷一般不超总烃的20%，氢气含量与热源温度关系密切，高、中温时，氢气占氢烃的27%以下，而低温过热时，氢气与氢烃之比高于27%-30%。一般过热性故障，不产生乙炔。严重时产生微量，最大不超总烃的6%。当涉及固体绝缘时，除产生上述气体外，还产生大量的一氧化碳和二氧化碳。放电性故障放电性故障一般分为高能量放电，火花放电，局部放电等不同类型。高能量放电以线圈匝、层间绝缘击穿多见，其次为引线断裂或分接开关飞弧等故障。特征气体为乙炔，氢气，其次是大量的乙烯甲烷。乙炔一般占总烃20%-70%,氢气占氢烃的30%-90%，大多数情况下，乙烯大于甲烷。火花放电
26、，特征气体也是乙炔和氢气为主，因故障能量小，总烃不高，乙炔在总烃中占25%-90%，乙烯20%以下，氢气占氢烃的30%以上。局放放电，主要依放电能量密度不同而不同，一般烃总量不高，主要成份是氢气其次是甲烷。氢气占氢烃的90%以上，甲烷占总烃90%以上，能量增高也可能出现乙炔，但占总烃之比小于2%，可依此区分局放和其它放电故障。受潮当变压器进水受潮，油中水分和含湿杂质容易形成“小桥”，或绝缘中有气隙引起局放，产生氢气，水在电场作用下电解也产生大量氢气。即每克铁产生0.6升氢气，使受潮设备中，氢气在氢、烃中含的比例最高。因正常老化也产生少量甲烷，所以受潮设备中也有甲烷，但比例很少。局放和受潮；特征
27、气体相同，且两种异常易同时产生，从气体特征难以区分，必要时应测局放和微水。3.3.电气设备的潜伏性故障诊断电气设备的潜伏性故障诊断有关注意值的规定故障识别外界因素对油中气体分析判断的影响气体继电器集气后游离气体与油中气体的平衡判据故障进一步诊断的途径（一）有关注意值的规定导则推荐的注意值有两个方面：一是 特征气体含量二是 产气速率 表1 油 中 溶 解 气 体 含 量 的 注 意 值 含 量 （L/L）设 备 气 体 组 分 3 3 0 k V 及 以 上 2 2 0 k V 及 以 下 总 烃 1 5 0 1 5 0 乙 炔 1（5）5 氢 1 5 0 1 5 0 一 氧 化 碳 变 压 器
28、和 电 抗器 二 氧 化 碳 由 于 油 中C O、C O2含 量 与 变 压 器 的 运 行 时 间、负 载 条 件 等 多种 因 素 有 关，从 统 计 资 料 来 看，固 体 绝 缘 的 正 常 老 化 与 故 障 引起 的 分 解，一 般 没 有 严 格 的 界 限，因 此 很 难 提 出 一 个 普 遍 适 用的 注 意 值。但 作 为 对 具 体 一 台 变 压 器 的 监 视 仍 有 一 定 规 律 可 循(见 产 气 率 注 意 值)甲 烷 1 0 0 1 0 0 乙 炔 1 2 套 管 氢 5 0 0 5 0 0 注：（1）该 表 所 列 数 值 不 适 用 于 从 气 体
29、继 电 器 放 气 嘴 取 出 的 气 样。（2）括 号 内 值 为 关 于 电 抗 器 的 注 意 值。1.有关注意值的规定有关注意值的规定(1)运行中设备内部油中气体含量注意值（见表运行中设备内部油中气体含量注意值（见表1）（2）产气率的注意值）产气率的注意值 绝对产气率（注意值见表绝对产气率（注意值见表2）相对产气速率：表示某一设备已含有一定的气体初始浓度，经过一定的运行时间后，计算出每月（或折算为日）某种气体含量的增值占该气体初始值的平均百分数值。可按下式计算：式中：相对产气速率，%/月；第二次取样测得油中某气体浓度，；第一次取样测得油中某气体浓度，；二次取样时间间隔中的实际运行时间，
30、月。相对产气速率也可以用来判断充油电气设备内部状况，总烃的相对产气速率大于10%时应引起注意。对总烃起始含量很低的设备，不宜采用此判据。1001(%)112tCCCiiir (3)如何对待注意值 注意值是表示当达到这一水平值时应引起注意的一个信号，也是对设备正常或有怀疑的一个粗略的筛选。这是因为油中溶解气体的来源很多，仅仅根据气体浓度的绝对值对设备下“正常”或“故障”的结论是很不全面的。应尽量防止故障设备的遗漏或盲目停运，造成人力、财务的损失。一般对超过“注意值”的设备应怀疑设备有异常，注意监视气体的增长情况，并查找气体来源。气体含量虽然低于“注意值”，但是产气率高，也应怀疑设备有异常。新导则
31、增加了不同气体组分产气速率的注意值。对于产气速率超过“注意值”的设备，一方面应继续考察产气速率的增长趋势，另一方面应分析该设备运行的历史状况、负荷情况、附属设备运转情况，查找气体来源。特别指出的是，目前国内变压器油中气体如H2、CO、CO2产气速率的分布规律经验还不多，至少应认识到，不同气体组分的产气率注意值并不能反映变压器内部是否存在故障的同等效应，故障类型和严重程度仍然应按特征气体综合判断。如运行中氢气的单独增长，不能认为一定是能被查找到的故障所致。CO、CO2产气率还与变压器投入运行的年限有关。IEC推荐当相对产气速率10%/月时为严重故障。相对产气速率比较直观，使用方便，但它只是一个比
32、较粗略的衡量手段，没有考虑到油量的影响。在设备运行的初期，气体含量的基值较低，相对产气速率计算值就比较大，随着基值的增大，如果产气源稳定，相对增量就会减少。也就是说，油量少或气体浓度基值较低的设备，反映比较敏感；对于大油量设备，同样的故障，相对产气量就要小得多。但由于这个判据使用比较方便，仍可作为大型变压器或气体浓度基值很高的设备的辅助判据。（二）故障识别 特征气体法 三比值法 关于CO和CO2判据 关于H2的产气率 O2/N2比值的变化 关于放电特征气体C2H 2 (1)特征气体法 绝缘油的分解 固体绝缘材料的分解 在油纸绝缘系统中，不同故障类型产 生的主要特征气体和次要特征气体 充油电气设
33、备的故障分类 在油纸绝缘系统中，不同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。TPRI表 3 不同故障类型产生的气体 故障类型 主要气体组份 次要气体组份 油过热 CH4，C2H4 H2，C2H6 油和纸过热 CH4，C2H4，CO，CO2 H2，C2H6 油纸绝缘中局部放电 H2，CH4，CO C2H2，C2H6，CO2 油中火花放电 H2，C2H2 油中电弧 H2，C2H2 CH4，C2H4，C2H6 油和纸中电弧 H2，C2H2，CO，CO2 CH4，C2H4，C2H6 注：进水受潮或油中气泡可能使氢含量升高。充油电气设备的故障分类 过热故障 电故障 过热故障：单独油裂解产生
34、的气体包括乙烯和甲烷，少量的氢和乙烷；如故障温度不高，则氢、甲烷、乙烷较多；假如故障严重，或包括电场的作用效应，也会生成痕量的乙炔。主要气体是乙烯，其数量可占总可燃气的60%以上。用总可燃气体（包括H2、CO和总烃）含量的增长判断故障，在国外使用较多，反映涉及固体绝缘的过热性故障较明显。固体绝缘过热会生成大量的一氧化碳和二氧化碳，过热纤维素逐步碳化的结果，则对油作用温度升高，会生成碳氢化合物，如乙烯、甲烷。在总可燃气体中主要气体是一氧化碳，其数量可占总可燃气的90%以上。电故障：低能量放电产生氢、甲烷和少量的乙烯和乙炔。当涉及到固体纤维素绝缘时也可产生一氧化碳和少量二氧化碳。主要气体是氢气，其
35、数量可占总可燃气的85%以上。在高能量的电弧放电时产生大量的氢气和乙炔，以及相当数量的甲烷和乙烯，假如故障涉及到固体绝缘，可生成一氧化碳和二氧化碳，纸和油可能被碳化。主要气体是乙炔，其数量可占总可燃气的30%，同时有相当数量的氢气。（2）三比值法三比值法 导则推荐改良的三比值法（五种气体的三对比值）作为判断充油电气设备故障类型的主要方法。改良三比值法是用三对比值以不同的编码表示，编码规则和故障类型判断方法见表4、表5。表4 编码规则 比值范围的编码 气体比值范围 C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H4/C2H6 0.1 0 1 0 0.11 1 0 0 13 1 2 1 3 2 2 2 表
36、5 故 障 类 型 判 断 方 法 编 码 组 合 C2H2/C2H4 C H4/H2 C2H2/C2H6 故 障 类 型 判 断 故 障 实 例(参 考)0 1 低 温 过 热 7 0 0 )分 接 开 关 接 触 不 良，引 线、夹件螺丝松动或接头焊接不 良，涡 流 引 起 铜 铁 磁 件 过热，铁 心，局 部 短 路，层 间绝缘不良，铁心多点接地等。0 1 0 局 部 放 电 高 湿 度，高 含 气 量 引 起 油 中低 能 量 密 度 的 局 部 放 电。0，1 0，1，2 低 能 放 电 1 2 0，1，2 低 能 放 电 兼 过 热 引线对电位未固定的部件之 间 连 续 火 花 放
37、 电，分 接 抽头 引 线 和 油 隙 闪 络，不 同 电位之间的油中火花放电或悬 浮 电 位 之 间 的 火 花 放 电。0，1 0，1，2 电 弧 放 电 2 2 0，1，2 电 弧 放 电 兼 过 热 线 圈 匝 间、层 间 短 路、相 间闪 络、分 接 头 引 线 间 油 隙 闪络、引 线 对 箱 壳 放 电、线 圈熔 断、分 接 开 关 飞 弧、因 环路 电 流 引 起 电 弧、引 线 对 其它 接 地 体 放 电 等。（3 3）关于关于CO和和CO2判据判据 色谱导则有关说明色谱导则有关说明 实际上无论哪种油保护方式的变压器，在投运实际上无论哪种油保护方式的变压器，在投运初期初期C
38、O2/CO比值都比较小比值都比较小 符合正常老化产气规律符合正常老化产气规律 a.随运行年限增加，油中随运行年限增加，油中CO、CO2含量均会增含量均会增加，但产气速率（特别是加，但产气速率（特别是CO）先快后慢，）先快后慢，CO2/CO之比逐渐增大。之比逐渐增大。b.b.变压器的电压等级不同、生产厂家及出厂年变压器的电压等级不同、生产厂家及出厂年代不同，在投运之初的代不同，在投运之初的COCO、COCO2 2浓度相别很大（有的浓度相别很大（有的达达5 5倍以上），运行后也因油保护措施及密封情况倍以上），运行后也因油保护措施及密封情况不同，因此不能用同一浓度进行考核。不同，因此不能用同一浓度进
39、行考核。色谱导则有关说明：当故障涉及到固体绝缘时，会引起CO和CO2的明显增长。经验证明，当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般CO2/CO7。当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时（200），CO2/CO可能3，必要时，应从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定故障是否涉及到了固体绝缘。实际上无论哪种油保护方式的变压器，在投运初期CO2/CO比值都比较小。根据一些地区的统计结果认为：变压器投运2-3年后，如CO2/CO2（隔膜式）或3（开放式）则应引起注意。在存在过热点的情况下，只要过热的温度不是很高（不超过200），CO的增长量也不比CO2的增长量大，且CO在油中的溶解度小，易
40、逸散。因此，一般情况下，变压器中CO2/CO比值是随着运行年限的增长而逐渐变大的。一氧化碳和二氧化碳的产生速率还与固体材料的含水量有关。温度一定，含水量越高，分解出的二氧化碳就越多；反之，分解出的一氧化碳就越多。因而，固体材料含水量不同时，CO2/CO值也有差异。这也是一些密封性能较好的新投运变压器CO2/CO值较小的原因。因此，在判断固体材料热分解时，应结合一氧化碳和二氧化碳与投运时间相关的绝对值、CO2/CO比值，在运行期间的产气率与同类变压器相比的上升规律（产气速率不一定超过导则规定的注意值）是否正常，以及绝缘的湿度情况，进行判断。正常老化产气规律：a.随运行年限增加，油中CO、CO2含
41、量均会增加，但产气速率（特别是CO）先快后慢，CO2/CO之比逐渐增大。b.变压器的电压等级不同、生产厂家及出厂年代不同，在投运之初的CO、CO2浓度相别很大（有的达5倍以上），运行后也因油保护措施及密封情况不同，因此不能用同一浓度进行考核。(4)关于H2的产气率 H2是放电性故障中的主要成分之一，但在过热性故障时也会产生，因此用它区别故障性质，其特征性不很强，但它也可能是一种故障信息。在取油时氢气最容易散逸，加之分析过程中有些仪器对氢的反映不敏感，均会引起氢气测试结果的分散性，利用半透膜的油中氢气探测器，可以避免这些误差。当色谱分析到单独氢的含量相对较高，或发现其与其他气体含量有非同步的增长
42、时，分析是否下列因素所致。例如油中含有水，可以与铁作用生成氢气；新的不锈钢可能在加工过程中或焊接时吸附氢而又慢慢释放到油中。特别是在温度较高，油中溶解有氧时，油箱内部某些油漆（醇酸树脂），在不锈钢的催化下，可能生成大量的氢。因此在气体监测过程中，是有可能作排除故障判断的，在氢气产气率超过注意值时，监视中应考虑到多方面的因素。较新研究证明，铁心叠片间的油膜，由于受过励磁引起的铁芯高温（130以上），油膜内的油在铁芯片表面催化作用下，会分解出H2。但经过一段时间后，H2含量趋于稳定，这就是与局部放电引起H2不断增长的区别之处。（5 5）O O2 2/N/N2 2比值的变化比值的变化 O O2 2和
43、和N N 2 2的含量，通常认为在判断时作用不大，在报告中也的含量，通常认为在判断时作用不大，在报告中也不显示。实际它对判断变压器的内部情况是有作用的。不显示。实际它对判断变压器的内部情况是有作用的。色谱导则说明，一般在油中都溶解有色谱导则说明，一般在油中都溶解有O O2 2和和N N 2 2，这是因开放，这是因开放式变压器通过呼吸器直接与空气接触，密封设备因油中残存或通式变压器通过呼吸器直接与空气接触，密封设备因油中残存或通过泄漏的结果。在变压器油中，反映空气的组成，考虑到过泄漏的结果。在变压器油中，反映空气的组成，考虑到O O2 2和和N N 2 2的不同溶解度，其的不同溶解度，其O O2
44、 2和和N N 2 2的比值有可能接近的比值有可能接近0.50.5。运行中由于油。运行中由于油的氧化或纸的老化，比值可能降低，油温和油的保护系统也可影的氧化或纸的老化，比值可能降低，油温和油的保护系统也可影响这个比值。但当响这个比值。但当O O2 2/N/N2 20.30.3时，一般认为是氧被极度消耗的迹时，一般认为是氧被极度消耗的迹象。当内部存在故障时，随着故障的严重化，高浓度的故障特征象。当内部存在故障时，随着故障的严重化，高浓度的故障特征气体还会将油中的部分氧置换出来加速氧化，因氧气很难通过油气体还会将油中的部分氧置换出来加速氧化，因氧气很难通过油来补充，导致油中氧含量进一步降低。实践证
45、明，故障持续的时来补充，导致油中氧含量进一步降低。实践证明，故障持续的时间越长，油中总含气量越高，氧的含量就会越低。间越长，油中总含气量越高，氧的含量就会越低。（6 6）关于放电特征气体关于放电特征气体C2H 2 乙炔是放电性故障的特征气体。正常运行的变压器，油中不应产生乙炔，因此普遍认为，当发现乙炔从无（与仪器最小检知量有关）到有时，就应引起重视，进行跟踪。规程中规定500kV变压器乙炔的注意值为1L/L，是希望及早引起注意的观点。至于在乙炔更小或没有反映的情况下就发生了事故的事例是存在的，色谱监视对此类故障也无能为力。对于产气率也是一样，色谱导则推荐的产气速率是根据IEC提出的。计算乙炔的
46、产气速率，是在于了解放电能量的大小及变化，便于掌握故障发展速度和分析可能产生放电的部位。在变压器的放电性故障中，显示出故障危险程度的乙炔含量，差别是很大的。不同C2H 2含量反映的放电性故障情况 围屏爬电故障 油流引起的静电放电 其他放电故障（三）油中气体分析判断应排除外界因素影响 准备投运的变压器，应使油中气体含量越小越好变压器故障检修冷却系统的油泵电机故障有载调压开关的小油箱中油向变压器内渗漏（四）气体继电器集气后游离气体与油中气体的平衡判据 所有故障的产气率均与故障的能量释放密切相关，大致可分以下三种情况：能量较低的故障能量相对较大的故障高能量的电弧性放电故障（1）能量较低的故障（如低温
47、热点、局部放电等），气体释放缓慢，所生成的气体大部分溶于油中，只有当油中气体含量超过饱和溶解度时，才会慢慢地聚集于气体继电器中，油中及继电器中的不同组分气体浓度基本处于平衡状态。（2）故障能量相对较大（如铁心多点接地），故障气体释放较快，当产气速率大于溶解速率时，可能形成气泡。气泡在上升过程中部分溶解于油中，同时置换出油中部分原有的气体，使故障气体的组分和含量发生变化，最终积集于气体继电器中。（3）对于高能量的电弧性放电故障，瞬间生成的大量气体迅速上升，随着油流冲动，继电器将报警和作用跳闸，或者故障能量虽不十分大，但故障部位离气体继电器较近。上升的气泡几乎没有机会与油中气体进行交换，因而油中和
48、继电器中的气体不可能达到平衡。（五）故障进一步诊断途径 油中气体分析既是定期试验项目，又是检查性（如瓦斯继电器动作或外部短路后等）试验项目，但一旦发现有异常时，很难作进一步确诊。为了查明是否存在故障、故障的部位及严重程度，有利于从安全性和经济性考虑，确定处理方法（如是否需要立即停运），以便为检修提供更详细可靠的依据，为此就要进行其他相应项目的试验。预试规程提出了当油中气体分析判断有异常时，可提供选择的14个项目。为了查明究竟是哪一种故障，就需要作绕组直流电阻、铁芯接地电流、铁芯对地绝缘电阻甚至空载试验（有时还要作单相空载试验）、负载试验等。有时为了判明究竟是磁路或导电回路中的问题，还作长期的空
49、载运行或短路法的负载运行。造成放电性故障的原因有：处于电场集中处的局部放电，某些该接地而未接地的金属部件上的悬浮电位放电，变压器受潮等原因引起围屏或撑条上正在发展中的树枝状放电，以及油流静电放电等。也可能把潜油泵的故障以及有载分接开关小油箱漏油，误认为内部有放电性故障。为此，根据可能的严重程度，就要进行局部放电试验，超声波探测局部放电，检查潜油泵以及有载分接小油箱等。这些检查性试验，并非一次全部要作，而是根据追踪分析的需要，选择某些项目，可以证实或排除某种故障的可能性，达到尽可能确切地查出故障原因及部位的目的。利用油中气体分析判断故障也有其局限性，不仅是对一些突发性故障难以发现，也有一些缓慢发
50、展的故障，如绝缘受潮但未引起油纸绝缘在电、热作用下分解、有些故障原因未与流动的油直接接触而得不到反映，因此还需要其他一些试验相配合，预试规程中提出了十四项有关项目。综 合 分 析 综上所述，导则所规定的原则是带有指导性的一般规律，因此不能机械地照搬照用。通常设备内部故障的形式和发展总是比较复杂的，往往与多种因素有关，这就需要全面地进行分析。首先要根据历史情况和设备的特点以及等因素，确定所分析的气体是来自外部还是内部。所谓外部原因，包括冷却系统的潜油泵故障，油箱带油补焊，油流继电器接点火花，注入油本身未脱净气等。如果排除了外部的可能性，在分析内部故障时，要进行综合分析。例如绝缘预防性试验结果和检
