油中气体的气相色谱分析技术概述.ppt

油中气体的气相色谱油中气体的气相色谱分析技术概述分析技术概述 制作：王炜制作：王炜  气相色谱分析法以发现充油设备早气相色谱分析法以发现充油设备早期潜伏性故障为主，是一种灵敏、有效期潜伏性故障为主，是一种灵敏、有效的方法 电气试验以发现暴露性故障为主，电气试验以发现暴露性故障为主，发现时故障已发展到一定程度或已然形发现时故障已发展到一定程度或已然形成  气相色谱技术包括检测气相色谱技术包括检测技术和分析技术技术和分析技术 变压器油的分解特性：变压器油的分解特性： 乙烯生成的温度高于甲烷和乙烷，约为乙烯生成的温度高于甲烷和乙烷，约为500℃℃ 乙炔约在乙炔约在800－－1000℃℃生成，低于生成，低于800℃℃时只有少量生成油氧化反应时只有少量生成油氧化反应(老化反应老化反应)时，有时，有少量少量CO和和CO2生成 油碳化成颗粒的温度是油碳化成颗粒的温度是500－－800℃℃ 所以在特定温度下，含有一种气体产气率所以在特定温度下，含有一种气体产气率出现最大值，随温度升高，产气率最大的气体依出现最大值，随温度升高，产气率最大的气体依次为甲烷次为甲烷→乙烷乙烷→乙烯乙烯→乙炔。

乙炔 气体的分析对象：气体的分析对象： 根据我国现行标准，主要对以下气体进根据我国现行标准，主要对以下气体进行分析：行分析：H2 氢气氢气CH4甲烷、甲烷、C2H6乙烷、乙烷、C2H4乙烯、乙烯、C2H2乙炔乙炔CO一氧化碳、一氧化碳、CO2二氧化碳二氧化碳 其中其中CH4甲烷、甲烷、C2H6乙烷、乙烷、C2H4乙烯、乙烯、C2H2乙炔之和称为烃类气体总和，简称总烃乙炔之和称为烃类气体总和，简称总烃油中气体的来源：油中气体的来源：由故障产生由故障产生由材料老化产生由材料老化产生由其他非故障引起由其他非故障引起 故障判定及分类：故障判定及分类： 依据导则规定的油中气体含量限值即依据导则规定的油中气体含量限值即注意值，但注意值不是设备是否能够继续运注意值，但注意值不是设备是否能够继续运行和真正存在故障的唯一标准，当达到注意行和真正存在故障的唯一标准，当达到注意值时，应追踪分析，查明原因，加强监视值时，应追踪分析，查明原因，加强监视 注意值包括两个方面，气体含量注意注意值包括两个方面，气体含量注意值和气体增长率注意值值和气体增长率注意值。

气相色谱分析技术内容：气相色谱分析技术内容： 气相色谱分析技术内容包括分析气相色谱分析技术内容包括分析油中气体产生的原因及变化、明确判油中气体产生的原因及变化、明确判断有无故障和故障性质及严重程度、断有无故障和故障性质及严重程度、判断故障的发展趋势、提出相应的应判断故障的发展趋势、提出相应的应对措施等对措施等 一、故障性质分析一、故障性质分析  判断故障性质的方法常见的判断故障性质的方法常见的有四种，其中最常用的是特征气有四种，其中最常用的是特征气体分析法和三比值判断法体分析法和三比值判断法 特征气体判断法特征气体判断法 故障故障类类型型 主要气体主要气体次要气体次要气体油油过热过热CHCH4 4 C C2 2H H4 4H H2 2 C C2 2H H6 6油和油和纸过热纸过热CHCH4 4 C C2 2H H4 4 CO CO CO CO2 2H H2 2 C C2 2H H6 6油油纸纸中局部放中局部放电电H H2 2 CH CH4 4 CO COC C2 2H H2 2 C C2 2H H6 6 CO CO2 2油中火花放油中火花放电电H H2 2 C C2 2H H2 2油中油中电电弧弧H H2 2 C C2 2H H2 2CHCH4 4 C C2 2H H4 4 C C2 2H H6 6油、油、纸纸中中电电弧弧H H2 2 C C2 2H H2 2 CO CO CO CO2 2 CHCH4 4 C C2 2H H4 4 C C2 2H H6 6固体固体绝缘绝缘受受热热分解分解CO COCO CO2 2三比值法三比值法 三比值是指三比值是指C C2 2H H2 2／／C C2 2H H4 4、、CHCH4 4／／H H2 2、、C C2 2H H4 4／／C C2 2H H6 6三项比值，三项比值， 从这三项比值的大从这三项比值的大小和规律来判断充油设备内部存在的故小和规律来判断充油设备内部存在的故障，这种方法称为三比值判断法。

障，这种方法称为三比值判断法 三比值法中，对应于一定的比值范三比值法中，对应于一定的比值范围，以不同的编码表示出来，利用编码围，以不同的编码表示出来，利用编码规则判断故障性质和严重程度规则判断故障性质和严重程度 气体比气体比值值范范围围比比值值范范围围的的编码编码C C2 2ＨＨ2 2/C/C2 2H H4 4CHCH4 4/H/H2 2C C2 2H H4 4/C/C2 2H H6 6＜＜0.10.10 01 10 0≥≥0.10.1～＜～＜1 11 10 00 0≥≥1 1～＜～＜3 31 12 21 1≥≥3 32 22 22 2编码组编码组合合故障故障类类型判断型判断故障故障实实例例( (参考参考) )C C2 2H H2 2/C/C2 2H H4 4CHCH4 4/H/H2 2C C2 2H H4 4/C/C2 2H H6 60 0（（过热过热性）性）0 01 1低温低温过热过热( (低于低于150℃)150℃)绝缘导线过热绝缘导线过热，注意，注意COCO和和COCO2 2的含量，以的含量，以及及COCO2 2/CO/CO值值2 20 0低温低温过热过热(150(150～～300)℃300)℃分接开关接触不良，引分接开关接触不良，引线夹线夹件螺件螺丝丝松松动动或或接接头头焯接不良，焯接不良，涡涡流引起流引起铜过热铜过热，，铁铁心漏心漏磁，局部短路，磁，局部短路，层间绝缘层间绝缘不良，不良，铁铁心多点心多点接地等接地等2 21 1中温中温过热过热(300(300～～700)℃700)℃0 0，，1 1，，2 22 2高温高温过热过热( (高于高于700℃)700℃)1 10 0局部放局部放电电高温度、高含气量引起油中低能量密度的高温度、高含气量引起油中低能量密度的局部放局部放电电1 1（放（放电电性）性）0 0，，1 10 0，，1 1，，2 2低能放低能放电电引引线对电线对电位未固定的部件之位未固定的部件之间连续间连续火花放火花放电电，分接抽，分接抽头头引引线线和油隙和油隙闪络闪络，不同，不同电电位位之之间间的油中火花放的油中火花放电电或或悬悬浮浮电电位之位之间间的火的火花放花放电电2 20 0，，1 1，，2 2低能放低能放电电兼兼过热过热2 2（（严严重放重放电电性）性）0 0，，1 10 0，，1 1，，2 2电电弧放弧放电电线线圈匝圈匝间间、、层间层间短路，相短路，相间闪络间闪络、分接、分接头头引引线间线间油隙油隙闪络闪络、引、引线对线对箱壳放箱壳放电电、、线线圈圈熔断、分接开关熔断、分接开关飞飞弧、因弧、因环环路路电电流引起流引起电电弧、引弧、引线对线对其他接地体放其他接地体放电电等等2 20 0，，1 1，，2 2电电弧放弧放电电兼兼过热过热三比值法的应用原则：三比值法的应用原则： 1 1．只有根据气体各组分含量的注意值或气体增．只有根据气体各组分含量的注意值或气体增长率的注意值有理由判断设备可能存在故障时，气体长率的注意值有理由判断设备可能存在故障时，气体比值才是有效的，并应予计算。

比值才是有效的，并应予计算 2 2．假如气体的比值与以前的不同，可能有新的．假如气体的比值与以前的不同，可能有新的故障重叠在老故障或正常老化上为了得到仅仅相应故障重叠在老故障或正常老化上为了得到仅仅相应于新故障的气体比值，要从最后一次的分析结果中减于新故障的气体比值，要从最后一次的分析结果中减去上一次的分析数据，并重新计算比值去上一次的分析数据，并重新计算比值( (尤其是在尤其是在COCO和和COCO2 2含量较大的情况下含量较大的情况下) )在进行比较时，要注意在相在进行比较时，要注意在相同的负荷和温度等情况下和在相同的位置取样同的负荷和温度等情况下和在相同的位置取样  3 3．由于溶解气体分析本身存在的试．由于溶解气体分析本身存在的试验误差，导致气体比值也存在某些不确验误差，导致气体比值也存在某些不确定性，因此在使用比值法判断设备故障定性，因此在使用比值法判断设备故障性质时，应注意各种可能降低精确度的性质时，应注意各种可能降低精确度的因素（主要是检测因素），尤其是对正因素（主要是检测因素），尤其是对正常值普遍较低的电压互感器、电流互感常值普遍较低的电压互感器、电流互感器和套管，更要注意这种情况。

器和套管，更要注意这种情况 其他分析方法其他分析方法气体含量变化分析法气体含量变化分析法 ① ①氢气氢气H H2 2变化变化 任何热和电方面的故障都会生成任何热和电方面的故障都会生成H H2 2，温，温度越高，度越高，H H2 2与总烃的比例越低，但绝对值越高与总烃的比例越低，但绝对值越高高、中温故障高、中温故障H H2 2与总烃比例一般在与总烃比例一般在2727％左右 ② ②乙炔乙炔C C2 2H H2 2变化变化 当有电弧放电时，乙炔一般占总烃的当有电弧放电时，乙炔一般占总烃的2020－－7070％乙炔超标且增长速率较快，可能有高％乙炔超标且增长速率较快，可能有高能量放电能量放电 ③ ③甲烷甲烷CHCH4 4、乙烯、乙烯C C2 2H H4 4变化变化 热性故障时两者之和一般可占总烃的热性故障时两者之和一般可占总烃的8080％以上，温度越高，％以上，温度越高，C2C22 2H H4 4的比例也增加的比例也增加 ④ ④一氧化碳一氧化碳COCO、二氧化碳、二氧化碳COCO2 2变化变化 变压器中变压器中COCO的正常值约为的正常值约为800μL800μL／／L L。

COCO和和COCO2 2气体含量的变化反映了设备内部绝缘材气体含量的变化反映了设备内部绝缘材料老化或故障，因此要重视料老化或故障，因此要重视COCO和和COCO2 2的变化气体含量比值分析法气体含量比值分析法：当总烃超过注意值时：当总烃超过注意值时 ① ①C C2 2H H2 2／／C C2 2H H4 4，小于，小于0.10.1时为过热故障，大于时为过热故障，大于0.10.1时为放电故障时为放电故障 ② ②C C2 2H H4 4／／C C2 2H H6 6，小于，小于1.01.0时为低温过热故障，大时为低温过热故障，大于于1.01.0小于小于3.03.0时为中温过热故障，时为中温过热故障， 大于大于3.03.0时为高温时为高温过热故障过热故障如果是导电回路的故障，可能同时存在乙炔，并且如果是导电回路的故障，可能同时存在乙炔，并且C C2 2H H4 4／／C C2 2H H6 6比值较高比值较高 如果是磁路故障，一般无乙炔存在，同时如果是磁路故障，一般无乙炔存在，同时C C2 2H H4 4／／C C2 2H H6 6比值也较低比值也较低。

 ③ ③CHCH4 4／／H H2 2，小于，小于1.01.0时为放电故障，大于时为放电故障，大于1.01.0时时为放电兼过热故障为放电兼过热故障 ④ ④COCO／／COCO2 2，大于，大于0.330.33或小于或小于0.090.09时表明有纤维时表明有纤维材料分解这项比值也可用材料分解这项比值也可用COCO2 2／／COCO判断，大于判断，大于7.07.0时表明有纤维材料老化分解，小于时表明有纤维材料老化分解，小于3.03.0时表明故障时表明故障时有固体绝缘材料参与，故障温度高于时有固体绝缘材料参与，故障温度高于200℃200℃ ⑤ ⑤C C2 2H H2 2／／H H2 2，用于判断变压器有载开关是否存在，用于判断变压器有载开关是否存在内部渗漏，当比值大于内部渗漏，当比值大于2.02.0时，时， 一般认为有载开关一般认为有载开关可能存在内部渗漏可能存在内部渗漏二、故障严重程度判断二、故障严重程度判断  过热故障可分为低温、中温、高温过热，过热故障可分为低温、中温、高温过热，放电故障可分为电晕、火花、电弧放电，当放电故障可分为电晕、火花、电弧放电，当应用应用 ““故障性质分析故障性质分析””中介绍的方法进行故中介绍的方法进行故障性质分析时，可同时判断故障的严重程度。

障性质分析时，可同时判断故障的严重程度一般地说，当出现高温过热和火花、电弧放一般地说，当出现高温过热和火花、电弧放电故障，中温过热涉及到纸绝缘时，都需立电故障，中温过热涉及到纸绝缘时，都需立即安排停电检修，消除故障即安排停电检修，消除故障故障发展趋势判断故障发展趋势判断 采用定期连续采样检测监控的方法采用定期连续采样检测监控的方法 1. 1. 根据产气速率及总烃含量判断法根据产气速率及总烃含量判断法 故障发展趋势通常是通过产气速率判断的，同时故障发展趋势通常是通过产气速率判断的，同时产气率还代表着故障的严重程度产气速率有两个标产气率还代表着故障的严重程度产气速率有两个标准，绝对产气速率和相对产气速率，由于绝对产气速准，绝对产气速率和相对产气速率，由于绝对产气速率能较好地反映出故障发展程度和性质，不论纵向率能较好地反映出故障发展程度和性质，不论纵向( (历史数据历史数据) )、横向、横向( (同类产品同类产品) )都有较好的可比性，一都有较好的可比性，一般采用绝对产气速率来判断般采用绝对产气速率来判断比较准确比较准确 ①绝对产气速率：Ci,2—第二次取样 μL／LCi,1—第一次取样 μL／L△t—取样间隔时间 实际运行d(天)m—总油量ρ－油密度 t／m3 ，一般取0.85总烃产总烃产气速率与故障性气速率与故障性质质关系关系绝对产绝对产气速率气速率故障性故障性质质≥≥1010带带有有烧伤烧伤痕迹痕迹＞＞5 5严严重重过热过热, , 但未但未损损坏坏绝缘绝缘＞＞1 1过热过热②②相对产气速率：相对产气速率： 应用绝对产气速率要求的元素和条件较应用绝对产气速率要求的元素和条件较多，采用相对产气速率会更方便。

多，采用相对产气速率会更方便 大于大于10％／月时应引起注意％／月时应引起注意③③总烃含量判断法总烃含量判断法 1 1．总烃绝对值小于注意值，总烃产气速率小．总烃绝对值小于注意值，总烃产气速率小于注意值，变压器正常于注意值，变压器正常 2 2．总烃绝对值大于注意值，不超过．总烃绝对值大于注意值，不超过3 3倍，产气倍，产气速率小于注意值，变压器有故障，速率小于注意值，变压器有故障， 但发展缓慢，可但发展缓慢，可继续坚持运行继续坚持运行 3 3．总烃绝对值大于注意值，不超过．总烃绝对值大于注意值，不超过3 3倍，总烃倍，总烃产气速率为注意值的产气速率为注意值的1 1－－2 2倍，倍， 则变压器有故障，应则变压器有故障，应缩短测试周期，可继续监视运行，密切注意发展缩短测试周期，可继续监视运行，密切注意发展 4 4．总烃绝对值大于注意值．总烃绝对值大于注意值3 3倍，产气速率大于倍，产气速率大于注意值注意值3 3倍，变压器有严重故障，发展迅速，应采取倍，变压器有严重故障，发展迅速，应采取措施或安排检修。

措施或安排检修2. 2. 根据总烃变化趋势根据总烃变化趋势 充油设备内部存在故障，总烃含量的充油设备内部存在故障，总烃含量的变化有两类，一是与时间大致成正比增长关变化有两类，一是与时间大致成正比增长关系，表明故障已然形成并长期存在，应视为系，表明故障已然形成并长期存在，应视为较严重的故障较严重的故障 一种总烃值不随时间变化，出现时增一种总烃值不随时间变化，出现时增时减的现象，说明内部可能存在间断性故障，时减的现象，说明内部可能存在间断性故障，如铁心间断性多点接地等，出现这种情况一如铁心间断性多点接地等，出现这种情况一般可继续监视运行般可继续监视运行3. 应用应用T－－D 图法判断故障发展趋势图法判断故障发展趋势 设备内部存在高温故障和放电性故障时，设备内部存在高温故障和放电性故障时，绝大多数情况下绝大多数情况下 C C2 2H H4 4／／C C2 2H H6 6＞＞3 3，编码为，编码为2 2，这，这时可以时可以CHCH4 4／／H H2 2为纵轴，为纵轴，C C2 2H H2 2／／C C2 2H H4 4为横轴，即为横轴，即构成了构成了T T（热）－（热）－D D（放电）图。

放电）图 应用应用T T－－D D图能迅速判断故障性质，也能图能迅速判断故障性质，也能非常直观地反映出故障的发展趋势和严重程度非常直观地反映出故障的发展趋势和严重程度 故障部位的判断故障部位的判断 故障发展趋势判断方法能知道变压器故障发展趋势判断方法能知道变压器故障程度或发热点温度范围，但却不知道故故障程度或发热点温度范围，但却不知道故障的部位，即故障发生的部位是磁回路还是障的部位，即故障发生的部位是磁回路还是导电回路导电回路 利用总烃含量与电压利用总烃含量与电压２２或电流或电流２２成正比成正比的关系，能较准确地判断过热回路的故障部的关系，能较准确地判断过热回路的故障部位，称为总烃伏安法位，称为总烃伏安法 曲线比较法：曲线比较法： 按运行日志提供的电压、负荷电流数据，按运行日志提供的电压、负荷电流数据，计算出每日或一定时间间隔的变压器电源电压计算出每日或一定时间间隔的变压器电源电压和电流平均值，以时间为横轴，做出电压、电和电流平均值，以时间为横轴，做出电压、电流曲线，再将连续监测的总烃曲县绘于图中，流曲线，再将连续监测的总烃曲县绘于图中，对三条曲线进行比较。

对三条曲线进行比较 ①①总烃随电压升高，为磁回路故障总烃随电压升高，为磁回路故障 ②②总烃随电流升高，为导电回路故障总烃随电流升高，为导电回路故障COCO和和COCO2 2的分析的分析 绝缘纸开始热解时产生的主要是绝缘纸开始热解时产生的主要是COCO2 2，随着温，随着温度的升高，度的升高，COCO开始出现并随之增高，使开始出现并随之增高，使COCO／／COCO2 2的的比值上升，当升至比值上升，当升至800℃800℃左右时，左右时，COCO／／COCO2 2的比值的比值可达到可达到2.52.5 绝缘油产生的绝缘油产生的COCO和和COCO2 2的含量很低，在的含量很低，在230230－－600℃600℃范围内，范围内，COCO2 2很低，很低，COCO检测不到，在局部、检测不到，在局部、火花放电同时存在时，火花放电同时存在时，COCO也不明显，也不明显，COCO2 2仅占气体仅占气体含量总量的含量总量的5 5％应用气相色谱分析应用气相色谱分析应注意的事项应注意的事项 1 1、应用三比值法应注意的事项、应用三比值法应注意的事项 ① ①气体含量正常的，比值无意义。

气体含量正常的，比值无意义 ② ②只有气体含量足够高（通常超过注意只有气体含量足够高（通常超过注意值），且综合分析确有故障时才能应用值），且综合分析确有故障时才能应用 ③ ③由于一种故障对应于一组比值，当有由于一种故障对应于一组比值，当有多种故障时，可能找不到对应的比值组合，多种故障时，可能找不到对应的比值组合，需根据具体情况做出判断需根据具体情况做出判断 ④④当采用当采用IECIEC三比值法时，可能出现没有列三比值法时，可能出现没有列入的三比值组合，采用改良法这种情况可不再出现，入的三比值组合，采用改良法这种情况可不再出现，但需进行分析才能做出判断但需进行分析才能做出判断 ⑤ ⑤三比值法不适于由气体继电器气体分析三比值法不适于由气体继电器气体分析 ⑥ ⑥如气体比值与前一次不同，可能有新的故如气体比值与前一次不同，可能有新的故障重叠在老故障或正常老化上，为得到新故障比值，障重叠在老故障或正常老化上，为得到新故障比值，要减去上一次的分析数据，并重新计算比值要减去上一次的分析数据，并重新计算比值2 2、数据分析时的注意事项、数据分析时的注意事项 ① ①110kV110kV及以下的油浸变压器为自然循及以下的油浸变压器为自然循环冷却，当出现故障，尤其是冬季或负荷较环冷却，当出现故障，尤其是冬季或负荷较小时，可能出现总烃高峰值与负荷高峰值错小时，可能出现总烃高峰值与负荷高峰值错位现象。

位现象 ② ②采样部位和采样时间、方式对总烃反采样部位和采样时间、方式对总烃反映速度也有较大影响映速度也有较大影响 3 3、可能出现误判断的原因通常有：、可能出现误判断的原因通常有： ① ①在油箱上带油补焊在油箱上带油补焊 ② ②有载开关灭弧室向本体渗漏油有载开关灭弧室向本体渗漏油 ③ ③充油设备消除故障后，未对油彻底脱气或充油设备消除故障后，未对油彻底脱气或未进行油处理未进行油处理 ④ ④补油时由所补油或补油过程中带入补油时由所补油或补油过程中带入 ⑤ ⑤油在制造过程中精制质量影响油在制造过程中精制质量影响或油中杂质或油中杂质影响影响  ⑥⑥真空滤油机或滤（注）油机故障真空滤油机或滤（注）油机故障 ⑦⑦所留气体为出厂试验时高电压造成，所留气体为出厂试验时高电压造成，投运前未采样进行检测投运前未采样进行检测 ⑧⑧多次或多种故障数据叠加多次或多种故障数据叠加 ⑨⑨非故障原因使某一种气体异常增高非故障原因使某一种气体异常增高 ⑩⑩故障引起的油中气体异常尚未扩散。

故障引起的油中气体异常尚未扩散4 4、单氢增高的原因、单氢增高的原因 单氢增高一般与受潮有关，可以用微单氢增高一般与受潮有关，可以用微水测试进行辅助分析但近年实际运行中单水测试进行辅助分析但近年实际运行中单氢增高多是由于不锈钢膨胀器中的镍对油的氢增高多是由于不锈钢膨胀器中的镍对油的催化所致如果油的闪点较低，表明油中残催化所致如果油的闪点较低，表明油中残留的芳香烃类较多，这种情况更易出现，因留的芳香烃类较多，这种情况更易出现，因此用于互感器的变压器油要尽量选用闪点较此用于互感器的变压器油要尽量选用闪点较高的变压器油高的变压器油三比值练习：三比值练习：H H2 2CHCH4 4C C2 2H H6 6C C2 2H H4 4C C2 2H H2 2总烃总烃COCOCOCO2 247.111878.6152.30348.9313.61766.137.156.140.2124.42.8223.54802168306.3132.531.8235.352.1451.76223812.83537293.337.3453.11626241041226241：0212：铁心短路3：放电4：放电。