绝缘油分析

特征气体 characteristic gases

对判断充油电气设备内部故障有价值的气体：即氢气（H 2）、甲烷（CH 4）、乙烷（C 2H 6）、乙烯（C 2H 4）、乙炔（C 2H 2）、一氧化碳（CO ）、二氧化碳（CO 2）。

3.2 总烃 total hydrocarbon

烃类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯和乙炔含量的总和。

3.3 自由气体 free gases

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）。

4 产气原理

4.1 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，分子中含有CH 3、CH 2和CH 化学基团并由C-C 键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些C-H 键和C-C 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：CH 3*、CH 2*CH*，或C*（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（X-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C-H 键（338 kJ／mol ）断裂，大部分氢离子将重新化合成氢气而积累。对C-C 键的断裂需要较高的温度（较多的能量），然后迅速以C-C 键（607 kJ／mol ）、C ＝C 键（720 kJ／mol ）和C C （960 kJ／mol ）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500℃（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800℃～1200℃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800℃也会有少量的乙炔生成。

油起氧化反应时伴随生成少量的CO 和CO 2；CO 和CO 2能长期积累，成为显著数量。 油碳化生成碳粒的温度在500℃～800℃。

哈斯特（Halsterd ）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C （提示的附录）。

4.2 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C-O 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105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时生成大量的CO 和CO 2以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。CO 和CO 2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1。

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l 不同故障类型产生的气体

4.3 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CO 2等。这时，如果不真空注油，油中CO 2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。

5 检测周期

5.1 出厂设备的检测

66 kV 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。

5.2 投运前的检测

按表2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。

表2 运行中设备的定期检测周期