科技创新与应用ｌ ２０１５年第２３期 科技创新 浅析变压器油中溶解气体色谱分析与故障诊断 张敏 （华能龙开口水电有限公司龙开口水电厂，云南大理６７１５０５） 摘要：油中溶解气体气相色谱分析法在变压器内部故障的分析诊断中发挥了重要作用。文结合某电厂实际，从油中溶解气体产 生的机理及故障类型和故障识别等几个方面进行分析。 关键词：变压器；溶解气体；色谱分析；故障判别 １油中溶解气体产生的机理 变压器油由化学性质稳定的烃类组成，绝缘散热性能良好。但 当设备中存在故障时，如发热、放电等会导致某些Ｃ—Ｈ键和Ｃ—Ｃ键 发生断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢自由基，后 表４故障类型判断方法 ｅ４－编码组合 Ｉｊ￣Ｈｄ ａ ／Ｈｚ Ｃ２１４ＪＱ 故障类型判断 故障实例 又迅速化合到稳定态，形成Ｈ２和烃类气体如ｃＨ４、ｃ：Ｈ６、ｃ２Ｈ 、ｃ２Ｈ。 等，也可能形成碳颗粒和碳氢聚合物。尤其氧化反应时伴随生成少 量ＣＯ、ＣＯ：且能长期累积。固体绝缘材料分解生成大量水、ＣＯ、Ｃ０２、 少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。由于不同类型化学键 的键能不同（见表１），不同热量（能量）的故障产生的特征气体也不 同。 ０ Ｏ ２ ２ ｌ ０ １ 低温过热 （低于１５０℃） 低温过热 （低于１５０￣３００℃） 中温过热 （低于３００～ ０℃） 高温过热 （高于７００’Ｃ） 局部放电 绝缘导线过热，注意ａ。和ｃ。２ 含量和 ，ｃ０值 ・ 分接开关接触不良，引线夹件螺 ０１，２ ，２ ０ 丝松动或接头焊接不良，涡流引 起铜过热，铁 漏磁，局 短路， 层间绝缘不良｜铣 多点接等 高澄度，高含气量引起油中低能 量密度的局部放电 引线对电位未固定的部件 司 连续火花放电分解抽头引绒和 ，表１不同类型化学键的键能 化学键 Ｃ＿Ｈ Ｃ－Ｃ Ｃ＝Ｃ Ｃ＝（＝ １ １ ０１ ，ｑ１，２ ｑｌ 低能放电 低能放电兼过热 键能（ＫＪ／ｍｏ１） ３３８ ６０７ ７２Ｏ ９６ｏ ２ ２变压器故障类型及故障识别 变压器的故障可分为过热、放电和受潮。随着技术改进，甚少出 现受潮。过热有低、中、高三种，温度高低不同，油中溶解气体的特征 气体不同。放电依据能量的高低分为高能放电、低能放电和局部放 电。 油隙闪络，不同电位之间的油中 火花放电或悬浮电位之司的火 花放电 线圈匝问、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 、０，ｌ ２ ２ ０，１２ ０，１，２ 电弧放电 电弧放电兼过热 飞弧、因环路电流引起电 Ⅸ、引 线对其他接地体放电等 表２不同故障类型产生的特征气体 故障类型 油过热 油和纸过热 主要气体组分 ＣＨ４，Ｃ２Ｈ４ 次要气体组分 Ｈ２，Ｃ２Ｈ６ 设备名称： 设备型号： 表５ １号主变三相绝缘油色谱分析报告 电厂绝缘油色谱分析报告 １号主变 ＤＳＰ－１３４００ｏ／５０ｏ ２０１３－４～ｌ８ ＣＨ４，Ｃ２ｔ－ｈ，ＣＯ，ＣＯ２ Ｈ２，Ｃ２Ｈ６ 油纸绝缘中局部放电 Ｈ２，ＣＨ４，ＣＯ 油中火花放电 油中电弧 油和纸中电弧 Ｈ２，Ｃ２ Ｈ２，ｃ２Ｈ２ Ｈ２， Ｈ２，ＣＯ，ＣＯ２ Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ ６，ＣＯｚ 负荷『青况： ０ＭＷ 分析结果（单位：ｎＬ／Ｌ） 注意值：总烃≤１５０ⅡＬ／Ｌ ｃ２舷≤ｌ ｕ Ｌ／Ｌ舷≤ｔ５０ ｕＬ／Ｌ 项目 ⅡＩ４ Ｃｌ－ｈ，ＣｚＩ－１４，Ｃ２Ｈ６ ＣＨ４，Ｃ２｝｜４，Ｃ２Ｈ６ Ａ相 ２ ７４ Ｂ相 １５７１．３５ Ｃ相 １．９２ ０．７０ ２１８ ２８ ０．４８ 目前应用最多的故障判别方法是ＧＢ／Ｔ ７２５２—２００１变压器油中 溶解气体分析和判断导则中推荐的改良三比值法，是用五种气体的 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３ 和表４。确定设备是否存在故障，可参照国标提供的注意值，但应明 确其并不是区分设备故障与否的唯一标准，当检测到气体浓度达到 注意值时要加强追踪监督。 表３编码规则 比值范围的编码 气体比值范围 Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４ ＣＨ４庄Ｉ２ Ｃ２Ｈ｜，Ｃ２Ｉ－Ｉ６ ＜Ｏ．１ ＝ｋ ０．００ １６．０５ Ｏ．１３ 也 ｋ ０．９１ Ｏ．∞ ． ２５４．６８ １２８３．３６ Ｏ ０８ ０．０４ 总烃 ＣＯ １．６ｌ ３８．１５ １７７２ ３７ １０７１．７５ ０ ７３ ４４ ４＿生 ∞ ３５２．３４ ２２１ ６３ ２５７．９４ 分析结果： Ａ相各绍分含量：正常 Ｂ相各组分含量：异常，故障气体严重超标 Ｃ相各组分含量：正常 表６某电厂ｌ号主变三相绝缘油色谱分析数据对比 设备名称 取样性质 Ｈ２ ｃＨ４ Ｏ ｌ ｌ ０ ０ ０ 分析数据 ｝ｌ６ Ｇ｝Ｉ４ Ｃ ２ Ｒ Ｃ０ ＣＯ２ ０．１～＜１ ＝１～＜３ ＝１ ２ ２ ２ １ ２ 投运前 Ａ相 ０ ４ ２ ４ ０３５ Ｏ．（Ｉ】 ０∞ ０ Ｏ ０．０ｏ ０．９１ ０＿舢 ０．００ ３５ ｌ ６１ ｌ９．４３ １９７１７ ３８．１５ ３５２．３４ ３ 预试 投运前 ４９８ １５２ Ｏ ００ ０００ ０．００ ｌ＿５２ ９６９５ ６４２ ２７ ３典型实例分析 某电厂进行１号机组带主变及ＧＩＳ设备零起升压试验，机组运 行５分钟后，１号主变Ｂ相喷油，１号机组灭磁停机。 事件发生后，电厂人员现地检查１号主变保护情况并采集主变 Ｂ相 预试 ｃ相 １５７１．３５ ２１ ８．２８ １６．∞ ２５４６８ １２８３．３６ １７７２３７ １０７１．７５ ２２１．６３ 投运前 预试 ５－９４ １ ９２ １５３ ０．（３０ ００ｏ Ｏ４８ ０ １３ ００８ ０．００ ０．０４ １ ５３ ｎ７３ ｌ４０．６７ ９４７ Ｏ９ ４４．４４ ２５７ ９４ 三相油样进行油色谱试验，结果见表５。投运前和预试的数据对比 弧）放电故障的特征气体相符，且ＣＯ含量也很高，说明故障还涉及 见表６。 固体绝缘。分析如下： 、 根据该５００ｋＶ主变的色谱测定数据可以看出，故障发生时，Ｈ：、 根据三比值法判断，Ｃ２Ｈ Ｃ １２８３．３６／２５４．６８＝５。０４＞３ 总烃均远超注意值１５０ｔｘＬ／Ｌ，Ｃ：Ｈ 也远超注意值１ ｕＬ。故障后主变 ＣＨＪＨｚ＝２１８．２８／１５７１．３５＝０．１４＜１ 油样中的气体以Ｈ：和ｃ２Ｈ：为主，其次是ＣＨ 和ｃ２Ｈ ，与高能（电 Ｃ２ＨＪＣ２｝｛庐２５４．６８／ｔ６．０５＝１５．８７＞３ 一９６一 科技创新 ２０１５年第２３期ｌ科技创新与应用 机械量综合测试系统的设计 段兰波 张颖２ （１、西安航天动力测控技术研究所，陕西西安７１００２５ ２、西安航天新宇机电设备厂，陕西西安７１００２５） 摘要：国内利用ＬａｂＶＩＥＷ虚拟开发仪器软件，研制开发出了一种性价比相对较高的机械量综合测试系统。采用ＬａｂＶＩＥＷ虚拟开 发仪器软件，对数据采集卡采集到信息数据进行有效控制；通过专业的系统软件，分析数据信息和机械结构的模态，完成机械量综合 测试。这种综合测试的方法，简化了模态分析过程，减少了设备成本投入，为机械量综合测试与分析提供一种实用参考方法。 关键词：ＬａｂＶＩＥＷ；机械量；综合测试系统；设计 机械工业是社会前进发展的主要动力，肩负着促进国民经济设 备更新发展的历史重担，为各行各业提供可靠的机械设备。利用动 态测试，对机械运行时的参数进行实时监测，通过机器信号和技术 处理进行系统参数变化特征的分析，达到预防故障发生的目的。 ＬａｂＶＩＥＷ虚拟开发仪器软件，简化了操作步骤，为机械操作人员提 供科学的操作要领。 １机械量综合测试的功能构成 任何系统离不开硬件系统和软件系统两大部分，机械量综合测 试硬件主要有工业微型计算机、信号处理器、数据采集卡、传感器， 利用传感器获取机械参量。根据检测任务的要求，通过数据采集卡 和ＰＣＩ总线将数据传输到系统终端进行处理，选取科学的数据采集 处理硬件进行安装，合理设置运行系统，实现高速信息传输、多种数 据采样、多种触发、信息数据存储与计算机之间的信息交互。当对数 据采集卡模拟信号输入时，是以一个共同接地点，作为参考点进行 单端输入，适用于高电平的信号输入、信号源与采集端间的短距离 信号传输，而共享的公共参考点必须是一个统一的信号输入｛不然 就只能采用分次输入。ＬａｂＶＩＥＷ虚拟开发仪器软件，采用ＬａｂＶＩＥＷ 软件进行部分开发设计，采用Ｍａｔｌａｂ编程软件，开展部分运算的数 学模型。 根据数据流的工作应用原理，虚拟综合检测以机械参量等作为 物理信号，再由传感器进行检测，再转变为电子信号，经过电路信号 调理之后，再见过数据采集卡的数据信号采集，存入微机内存系统， 在应用程序下进行一系列的处理控制，要根据数据信息的采样精度 和采样率的要求选用合适的采集卡通道，同时采集多路参量信号。 ２机械量综合测试的系统设计 ２．１机械量综合测试系统的硬件设计 机械量综合测试系统，采用ＬａｂＶＩＥＷ虚拟开发仪器软件作为 开发平台，减少数据信息采集传输系统，在功率与处理速度之间的 矛盾。满足对数据采集日益复杂的要求，提高数据信息采集、信息处 理、系统编程的效率，保证机械量综合测试系统测量的精确度。 ２．２机械量综合测试系统硬件电路设计 要实现机械量综合测试系统的功能，硬件电路的设计是其完成 的基础。因为硬件设施的优良与否，能够直接对机械量综合测试系 统功能的实现，产生一定的影响。硬件围绕机械量综合测试系统的 功能，要求电路设计必须做好转角电路检测、电路压力检测、电路加 速度位移功率检测和通信电路接口检测等方面的工作。 转角电路检测时，机械量综合测试系统，采用光栅角位移传感 器对转角位移进行检测，将其产生的脉冲信号由触发器进行调整波 形，再交由双向收发器与系统数据终端处理器进行信息数据传输。 由于机械量综合测试系统设计时，要做好对转角的位移传感器的转 向的判断，经过双向信号传输精油信息数据处发器处理后，再根据 电平信号的输出高低，预判位移传感器的转角方向。 电路加速度位移功率检测，包括四路模拟信号，由传感器输出 信号，经电压跟随器对电子信号进行同步波形放大，滤除干扰信号， 直接输入相应的借口。 电路压力检测，因为一般传感器采集到的信号电压相对来说比 较微弱，需要使用两级放大器进行电压信号驱动放大，再将放大后 的电压信号传输至终端处理器转换接口。为了保证信息数据采集器 采集到的信息数据的精准性和可行性，应在刀架上安装传感器，使 刀杆中间部分与感应端之间相互接触。 通信电路接口，主要是保证各传感器与信息数据处理终端的数 据控制传输进行各方面的调试变动，使整个机械量综合测试系统运 行国家顺畅，消除不良的干扰信号。 ２．３机械量综合测试系统的软件设计 机械量综合测试系统是基于ＬａｂＶＩＥＷ虚拟开发仪器软件作为 开发平台建立的，通过各种组件的顺利运作，实现电子界面道路、数 据信息处理、信息数据资料显示、动态曲线绘制和结果进行综合分 析。对数据信息的记录一般有两种记录模式：第一种是对动态曲线 绘制的信息数据进行测试；另一种就是对一定周期的数据信息进行 采集储存，便于对相关的信息数据进行离线分析研究。 ２．４机械量综合测试系统的软件功能设计 机械量综合测试系统的软件功能的主要功能有：（１）通过分析 思考形成系统的基本分析功能。（２）直接完成相关的电测实验，具备 了基本的实验功能。（３）根据实验完成获取的数据生成实验报告，根 据实际需要对实验报告进行打印和存储，利用数据库完成数据信息 的管理，增强模块之间和系统的灵活性、性，实现实验报告生成 与管理功能。（４）在设计综合测试过程中，系统提供完善的帮助功 能，系统为整个综合检测提供一般操作方法帮助，设定具体的操作 步骤和实验指导。数据信息采集仪程序主要就是进行数据采集、存 储、显示、通讯功能等的完成，通过对通信总线启动，数据终端接口 读取信息数据，不同界面选择不同的仪器，进行综合测试分析。 ３结束语 采用虚拟仪器技术从设计技术思想集成综合测试的基本概念， 充分发挥资源共享特点，通过透明的软件模块组合，使计算机资源 与机械量的综合测试系统有机融合，完成机械过程的不同测试与分 析任务。为机械类综合测试提供一定的借鉴，希望能促进国内机械 行业的发展。 参考文献 【１】袁帅，杜长江．基于ＬａｂＶＩＥＷ的高速滚珠丝杠副综合测试系统研 发［Ｊ］．制造技术与机床，２０１０（６）． ［２】赵健，职强．新国标要求下室外健身器材综合测试系统的设计与 开发［Ｊ］．科技与企业，２０１３（１９）． 【３】段容宜，王海斌，杨江，等．通用飞机综合航电测试系统的设计与 实现［Ｊ］．电讯技术，２０１５（４）． 其比值范围编码是：２０２，根据编码确定设备内部可能存在电弧放电 性故障。经核查，器身外围未发现故障点。初步排除以下组件故障： 高压套管及高压出线装置部分、中性点套管、低压套管、开关、高压 引线、低压引线、相间隔板、线圈外围屏、器身压钉、铁心夹件接地部 法虽然灵敏，却也有一定的局限性。例如，有些事故的发生无任何先 兆，这说明目前的常规试验项目、周期仍不完善；在故障分析时，单 用色谱法无法对故障准确定位，还必须结合电气试验、设备运行、检 修等情况综合分析，才能对故障部位、原因、损伤程度等作出准确判 分。 断并制定合理的处理方法。因此，为防止大型电力变压器故障，减少 对故障变压器解体吊出线圈，发现变压器低压侧挡油板机油箱 故障损失，应增加有效、及时的监测手段，如变压器在线监测装置， 底部存在颗粒杂质，高压线圈局部存在绝缘缺陷，存在两处点状放 就是气相色谱分析技术的补充与发展。 电故障，最终导致绝缘击穿，变压器在建压时发生故障。根据油箱内 参考文献 的颗粒杂质分布情况，推断其应该是在变压器安装过程中落人。 【１］ＧＢ／Ｔ７２５２—２００１．变压器油中溶解气体分析和判断导则［Ｓ】． ４色谱法在故障判断中的不足 【２】孙明坚，等．电力用油（气）［Ｍ］． 气相色谱能为变压器内部故障监测提供可靠、有效的数据，该 【３】成日常．大型变压器故障的气相色谱综合分析［Ｊ］变压器，２００３（４） —．９７—．
