GBT7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则

前言分析油中溶解气体的组分和含量是监视充油电气设备安全运行的最有效的措施之一利用气相色谱法分析油中溶解气体监视充油电气设备的安全运行在我国已有多年的使用经验年由原国家标准局颁发的变压器油中溶解气体分析和判断导则在电力安全生产中发挥了重要作用并积累了丰富的实践经验随着电力生产的发展和科学技术水平的提高对所使用的分析方法和分析结果的判断及解释均需要加以补充和修订本标准非等效采用对进行修订主要修订内容根据国家标准编写格式的新规定增加了引用标准和定义两章并结合本标准的内容在编写章节上做了必要的修改修改了对故障产气原理的阐述和对非故障气体来源的分析使得更系统清晰针对各种不同设备规定了不同的检测周期这是本标准主要新增加的内容之一将故障判断改为两章首先判断有无故障针对不同设备推荐了油中溶解气体的注意值和产气速率的注意值其次再进一步判断故障的性质及其严重程度推荐了国内最有效的判断方法和最新推荐的方法结合科技发展对分析方法进行了修改并增加了对测试误差估计等相关内容在附录中增加了及其他国外文献的最新有关判断故障类型的方法和实例供参考本标准的附录和附录都是标准的附录本标准的附录附录附录和附录都是提示的附录本标准从实施之日起代替原国家标准变压器油中溶解气体分析和判断导则本标准由原电力工业部提出本标准起草单位中国电力科学研究院本标准主要起草人贾瑞君薛辰东本标准委托中国电力科学研究院解释中华人民共和国国家标准变压器油中溶解气体分析和判断导则代替中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局批准实施范围本标准推荐了利用油中溶解气体和自由气体浓度分析判断充油电气设备状况的方法以及建议应进一步采取的措施本标准适用于充有矿物绝缘油和以纸或层压纸板为固体绝缘材料的电气设备其中包括变压器电抗器电流互感器电压互感器和油纸套管等分析结果的结论要结合设备的结构检修电气试验运行状况以及当时当地的环境条件等进行综合判断引用标准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讨使用下列标准最新版本的可能性电力用油变压器油汽轮机油取样方法绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法电力设备预防性试验规程从充油电气设备取气样和油样及分析自由气体和溶解气体的导则定义本标准采用下列定义特征气体对判断充油电气设备内部故障有价值的气体即氢气甲烷乙烷乙烯乙炔一氧化碳二氧化碳总烃烃类气体含量的总和即甲烷乙烷乙烯和乙炔含量的总和自由气体非溶解于油中的气体包括继电器中和设备内油面上的气体产气原理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分子中含有和化学基团并由键键合在一起由于电或热故障的结果可以使某些键和键断裂伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基如或其中包括许多更复杂的形式这些氢原子或自由基通过复杂的化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蜡故障初期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自由气体碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部低能量故障如局部放电通过离子反应促使最弱的键键断裂大部分氢离子将重新化合成氢气而积累对键的断裂需要较高的温度较多的能量然后迅速以键键和键的形式重新化合成烃类气体依次需要越来越高的温度和越来越多的能量乙烯是在大约为高于甲烷和乙烷的生成温度下生成的虽然在较低的温度时也有少量生成乙炔的生成一般在的温度而且当温度降低时反应迅速被抑制作为重新化合的稳定产物而积累因此大量乙炔是在电弧的弧道中产生的当然在较低的温度下低于也会有少量的乙炔生成油起氧化反应时伴随生成少量的和和能长期积累成为显著数量油碳化生成碳粒的温度在哈斯特用热动力学平衡理论计算出在热平衡状态下形成的气体与温度的关系热平衡下的气体分压温度关系见附录提示的附录固体绝缘材料的分解纸层压纸板或木块等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的键及葡萄糖甙键它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱并能在较低的温度下重新化合聚合物裂解的有效温度高于完全裂解和碳化高于在生成水的同时生成大量的和以及少量烃类气体和呋喃化合物同时油被氧化和的形成不仅随温度而且随油中氧的含量和纸的湿度增加而增加不同的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分解出的气体形成气泡在油里经对流扩散不断地溶解在油中这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系因此分析溶解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可随时监视故障的发展情况在变压器里当产气速率大于溶解速率时会有一部分气体进入气体继电器或储油柜中当变压器气体继电器内出现气体时分析其中的气体同样有助于对设备的状况做出判断表不同故障类型产生的气体故障类型主要气体组分次要气体组分油过热油和纸过热油纸绝缘中局部放电油中火花放电油中电弧油和纸中电弧注进水受潮或油中气泡可能使氢含量升高见气体的其他来源在某些有些气体可能情况下不是设备故障造成的例如油中含有水可以与铁作用生成氢气过热的铁心层间油可膜裂解也生成氢新的不锈部件中也可能在钢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设备中某些油漆醇酸树脂在某些不锈钢的催化下甚至可能生成大量的氢某些改型的聚酰亚胺型的绝缘材料也可生成某些气体而溶解于油中油在阳光照射下也可以生成某些气体设备检修时暴露在空气中的油可吸收空气中的等这时如果不真空注油油中的含量则与周围环境的空气有关另外某些操作也可生成故障气体例如有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器主油箱渗漏或极性开关在某个位置动作时悬浮电位放电的影响设备曾经有过故障而故障排除后绝缘油未经彻底脱气部分残余气体仍留在油中或留在经油浸渍的固体绝缘中设备油箱带油补焊原注入的油就含有某些气体等这些气体的存在一般不影响设备的正常运行但当利用气体分析结果确定设备内部是否存在故障及其严重程度时要注意加以区分检测周期出厂设备的检测及以上的变压器电抗器互感器和套管在出厂试验全部完成后要做一次色谱分析制造过程中的色谱分析由用户和制造厂协商决定投运前的检测按表进行定期检测的新设备及大修后的设备投运前应至少做一次检测如果在现场进行感应耐压和局部放电试验则应在试验后停放一段时间再做一次检测制造厂规定不取样的全密封互感器不做检测投运时的检测按表所规定的新的或大修后的变压器和电抗器至少应在投运后一天仅对电压及以上的变压器和电抗器或容量在及以上的发电厂升压变天天天各做一次检测若无异常可转为定期检测制造厂规定不取样的全密封互感器不做检测套管在必要时进行检测运行中的定期检测对运行中设备的定期检测周期按表的规定进行特殊情况下的检测当设备出现异常情况时如气体继电器动作受大电流冲击或过励磁等或对测试结果有怀疑时应立即取油样进行检测并根据检测出的气体含量情况适当缩短检测周期表运行中设备的定期检测周期设备名称设备电压等级和容量检测周期变压器和电抗器电压及以上容量及以上所有发电厂升压变个月一次电压及以上容量及以上个月一次电压及以上容量及以上年一次电压以下容量以下自行规定互感器电压及以上年一次套管必要时注制造厂规定不取样的全密封互感器一般在保证期内不做检测在超过保证期后应在不破坏密封的情况下取样分析取样从充油电气设备中取油样概述取样部位应注意所取的油样能代表油箱本体的油一般应在设备下部的取样阀门取油样在特殊情况下可由不同的取样部位取样取样阀门设备的取样阀门应适合全密封取样方式的要求取样量对大油量的变压器电抗器等可为对少油量的设备要尽量少取以够用为限取样时间应充分考虑到气体在油中扩散的影响没有强油循环的设备试验后应停放一段时间后再取样取油样的容器应使用经密封检查试验合格的玻璃注射器取油样当注射器充有油样时芯子能按油体积随温度的变化自由滑动使内外压力平衡取油样的方法从设备中取油样的全过程应在全密封的状态下进行油样不得与空气接触一般对电力变压器及电抗器可在运行中取油样对需要设备停电取样时应在停运后尽快取样对于可能产生负压的密封设备禁止在负压下取样以防止负压进气设备的取样阀门应配上带有小嘴的连接器在小嘴上接软管取样前应排除取样管路中及取样阀门内的空气和死油所用的胶管应尽可能的短同时用设备本体的油冲洗管路少油量设备可不进行此步骤取油样时油流应平缓用注射器取样时最好在注射器和软管之间接一小型金属三通阀如图所示按下述步骤取样将死油经三通阀排掉转动三通阀使少量油进入注射器转动三通阀并推压注射器芯子排除注射器内的空气和油转动三通阀使油样在静压力作用下自动进入注射器不应拉注射器芯子以免吸入空气或对油样脱气当取到足够的油样时关闭三通阀和取样阀取下注射器用小胶头封闭注射器尽量排尽小胶头内的空气整个操作过程应特别注意保持注射器芯子的干净以免卡涩冲洗连接管路冲洗注射器排空注射器取样取下注射器连接管三通阀注射器图用注射器取样示意图从气体继电器放气嘴取气样概述当气体继电器内有气体聚集时应取气样进行色谱分析这些气体的组分和含量是判断设备是否存在故障及故障性质的重要依据之一为减少不同组分有不同回溶率的影响必须在尽可能短的时间内取出气样并尽快进行分析取气样的容器应使用经密封检查试验合格的玻璃注射器取气样取样前应用设备本体油润湿注射器以保证注射器滑润和密封取气样的方法取气样时应在气体继电器的放气嘴上套一小段乳胶管乳胶管的另一头接一个小型金属三通阀与注射器连接要注意乳胶管的内径与气体继电器的放气嘴及金属三通阀连接处要密封操作步骤和连接方法如图所示转动三通阀用气体继电器内的气体冲洗连接管路及注射器气量少时可不进行此步骤转动三通阀排空注射器再转动三通阀取气样取样后关闭放气嘴转动三通阀的方向使之封住注射器口把注射器连同三通阀和乳胶管一起取下来然后再取下三通阀立即改用小胶头封住注射器尽可能排尽小胶头内的空气对继电器的取气管已引到地面的设备要注意先排掉取气管内的油再取气样取气样时应注意不要让油进入注射器并注意人身安全样品的保存和运输油样和气样应尽快进行分析为避免气体逸散油样保存期不得超过天气样保存期应更短些在运输过程及分析前的放置时间内必须保证注射器的芯子不卡涩油样和气样都必须密封和避光保存在运输过程中应尽量避免剧烈振荡油样和气样空运时要避免气压变化的影响样品的标签取样后的容器应立即贴上标签推荐的标签格式见附录标准的附录从油中脱出溶解气体脱气方法分类利用气相色谱法分析油中溶解气体必须将溶解的气体从油中脱出来再注入色谱仪进行组分和含量的分析目前常用的脱气方法有溶解平衡法和真空法两种真空法由于取得真空的方法不同又分为水银托里拆里真空法和机械真空法两种通用的仲裁法是水银托里拆里真空法在线监测中也有用薄膜真空脱气法的机械真空法属于不完全的脱气方法在油中溶解度越大的气体脱出率越低而在恢复常压的过程中气体都有不同程度的回溶溶解度越大的组分回溶越多不同的脱气装置或同一装置采用不同的真空度将造成分析结果的差异因此使用机械真空法脱气必须对脱气装置的脱气率进行校核脱气装置的密封性脱气装置应保证良好的密封性真空泵抽气装置应接入真空计以监视脱气前真空系统的真空度一般残压不应高于要求真空系统在泵停止抽气的情况下在两倍脱气所需的时间内残压无显著上升用于溶解平衡法的玻璃注射器应对其密封性进行检查脱气率为了尽量减少因脱气这一操作环节所造成的分析结果的差异使用不完全脱气方法时应测出所使用的脱气装置对每种被测气体的脱气率并用脱气率将分析结果换算到油中溶解的各种气体的实际含量各组分脱气率的定义是式中脱出气体中某组分的含量油样中原有某组分的含量可用已知各组分的浓度的油样来校核脱气装置的脱气率因受油的粘度温度大气压力等因素的影响脱气率一般不容易测准即使是同一台脱气装置其脱气率也不会是一个常数因此一般采用多次校核的平均值常用的脱气方法溶解平衡法机械振荡法溶解平衡法目前使用的是机械振荡方式其重复性和再现性能实用满足要求该方法的原理是在恒温条件下油样在和洗脱气体构成的密闭系统内通过机械振荡使油中溶解气体在气液两相达到分配平衡通过测试气相中各组分浓度并根据平衡原理导出的奥斯特瓦尔德系数计算出油中溶解气体各组分的浓度奥斯特瓦尔德系数定义为式