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1、淺談油中溶解氣體在變壓器監(jiān)測技術(shù)中的應(yīng)用(國網(wǎng)晉中供電公司030600)引言變壓器是電力系統(tǒng)中最主要設(shè)備之一，其運行的穩(wěn)定、可靠性直接影響整個電力系統(tǒng)的安全。為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定，需要對主變的絕緣進行監(jiān)視和診斷分析。主變油中氣體的含量和成分能及時有效地反映出電力主變內(nèi)部的故障情況。變壓器在線監(jiān)測技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的研究和實踐，發(fā)現(xiàn)了不少缺陷，為設(shè)備的安全運行發(fā)揮了積極作用。雖然其應(yīng)用尚需進一步積累經(jīng)驗，但油中溶解氣體監(jiān)測技術(shù)的成熟發(fā)展，必將成為電力主變安全穩(wěn)定運行的一道堅固可靠防線。油中溶解氣體的概念及分析當主變內(nèi)部存在故障點時，固體絕緣材料和絕緣油會在
2、電與熱的作用下,產(chǎn)牛氫氣、甲烷、乙烷、乙烘、乙烯、一氧化碳及二氧化碳等氣體，這些氣體經(jīng)過對流、擴散而溶解于主變油中。多種特征氣體的含量、氣體的增長率，這些與故障點的能量密度、故障種類有著密切的關(guān)系。長久以來，由于用油色譜法分析變壓器油中溶解特征氣體組分具有樣品用量少、分析速度快、分離效率高和檢測靈敏度高等特點，形成了專門的油中溶解氣體分析(Dissolvedgasesanalysis簡稱DGA)o由于油中特征氣體的分析可以在不停電情況下進行，并且不受外界磁場和電場的影響，所以世界各國公認監(jiān)測和診斷油浸式主變故障的最佳方法。在線油中溶解氣體分析的目標是實
3、現(xiàn)對變壓器油中溶解氣體連續(xù)的在線實時監(jiān)測，并將其監(jiān)測的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)實時遠程傳輸給監(jiān)測中心的故障診斷系統(tǒng)，由該系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及主變的其它數(shù)據(jù)提供出變壓器的實際情況并給出建議采取的措施。特征氣體在變壓器內(nèi)的存在方式在液、氣的密閉系統(tǒng)中，氣體會對液體溶解，在某一壓力、溫度下，最終達到氣體釋放與溶解的平衡，這是一種動態(tài)平衡。氣體在與變壓器中油接觸時,會溶解于油中。當油中溶解的特征氣體與油面氣體達到動態(tài)平衡，這時溶解的特征氣體濃度會與油表面氣體的壓力間遵從亨利定理。油中溶解氣體的溶解度大小與油的化學(xué)成分、氣體的特性、溫度等因素有關(guān)聯(lián)。坯類氣體的溶解性是隨著分
4、子量增大而增大，二氧化碳和低分子坯類氣體的溶解性是隨著溫度升高而減少，一氧化碳、氮和氫的溶解性是隨溫度升高而增大。當變壓器的內(nèi)部存在潛在性故障時，絕緣油會熱分解，產(chǎn)生氣體分子狀態(tài)的氣體。這時假如產(chǎn)氣速率比較慢，則會以分子的形態(tài)進行擴散，并溶解在油中。所以即使油中氣體含量很高，只要尚未飽和，就不會出現(xiàn)自由的氣體被釋放出來。如果主變故障的時間較長，油中的氣體會達到一種飽和狀態(tài)，這吋就會釋放出特征氣體，氣體隨即會進入變壓器的瓦斯繼電器。變壓器故障早期，只有溶解度低的氣體才進入氣體繼電器中，而溶解度高的氣體繼續(xù)存在于油中。當變壓器突發(fā)性故障吋，這時特征氣體與油
5、接觸時間短，置換和溶解過程還未充分進行，氣體就會以氣泡的形式進入氣體繼電器中。所以說，聚集在氣體繼電器中的特征氣體總是比絕緣油中氣體的含量高。變壓器內(nèi)部的固體絕緣材料通過熱分解產(chǎn)生氣體，這時部分氣體會自由地進入到氣體繼電器中，氣體繼電器中聚集的氣體并不完全是由于熱分解產(chǎn)生的氣體。如果此吋僅僅去分析這些氣體，并不能準確地判斷出故障，所以我們還必須對油中溶解的氣體進行加以分析。當變壓器內(nèi)部故障時，就會產(chǎn)生大量特征氣體，特征氣體的組成和含量與故障嚴重程度有著很大密切關(guān)系。判斷變壓器故障的常規(guī)辦法1三比值法比值法是一種利用油中溶解的氣體間的比值來判斷主變是否有
6、內(nèi)部故障。目前最常用的比值法主要有三比值法、羅杰斯比值法、電研法等，下圖是三比值的判據(jù)。油色譜法判斷主變故障的常用方法是三比值法。三比值法是用五種特征氣體（氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙塊）組成不同的編碼表示的三對比值，通過列出三對不同的比值，比值就會用不同的編碼進行表示，并對這些編碼進行分析,從而對變壓器故障類別做岀準確的判斷。三比值法的優(yōu)點是判據(jù)簡單、便于操作、分類詳細，但是該方法存在編碼缺損的問題。這樣造成三比值法的診斷正確率不是很高，一般大致只有60%左右。2大衛(wèi)三角形法與三比值法比較，大衛(wèi)三角形法最突出的特點是保留了一些落在比值限值之外因而被IE
7、C比值法漏判的數(shù)據(jù)。使用人衛(wèi)三角形法對變壓器故障判斷時,比值點落在某一區(qū)域范圍內(nèi)，此區(qū)域所對應(yīng)的故障類型就反映是對應(yīng)的變壓器故障。大衛(wèi)三角形法的有一缺點，如果比值點剛好落在故障區(qū)域的邊界線上，這是三角形法是無法判斷故障類別的，所以在此時，我們就要考慮采用其他判斷方法或借助有經(jīng)驗來綜合分析。3特征氣體分析判斷法特征氣體分析判斷法可以反映故障點受熱，致使固體絕緣材料分解的本質(zhì)。變壓器故障點產(chǎn)生氣體的特征是隨著故障嚴重程度、故障類型和所涉及的材料的不同而會產(chǎn)生不同的特點。變壓器故障點局部的能量密度越高，從而產(chǎn)生碳氫化合物的不飽和度就會越高。從以往測試的統(tǒng)計數(shù)
8、據(jù)中可以得出，變壓器故障點隨著溫度的升高，甲烷的比例會逐漸減少，反而乙烷和乙烯的比例會逐漸增加
