第三章電氣設備絕緣特性的檢測和診斷3-1絕緣電阻和吸收比的測量3-2泄漏電流的測量3-3介質損失角正切值的測量3-4局部放電的測量3-5絕緣油實驗3-6交流耐壓實驗3-7直流耐壓試驗一、絕緣油的檢驗分新油、投運前的油、運行中的油。不同階段的油質檢驗有不同的試驗項目和標準要求。二、絕緣油電氣性能試驗1、電氣強度（擊穿電壓）試驗在標準油杯中進行2、介質損耗因數的測量使用精度較高的西林電橋3-5絕緣油實驗三、油中溶解氣體的氣相色譜分析1、基本原理變壓器油（碳氫化合物）——在電、熱、氧、水等因素作用下

逐漸裂解

H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等氣體。

熱、電

產生絕緣紙

逐漸分解

CO、CO2及少量的碳氫化合物因此，利用所形成的氣體組分、含量及其增長規律，可以鑒別故障的性質、程度及其發展情況。典型色譜圖2、故障判斷法（1）特征氣體法“總烴”是指CH4、C2H6、C2H4、C2H2的總量。如右表所示（2）三比值法

C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6故障的類型主要的氣體組分次要的氣體組分油過熱CH4、C2H4H2、C2H6油及紙過熱CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油紙中局部放電H2、CH4、C2H2、COC2H6、CO2油中火花放電C2H2、H2油中電弧H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油紙中電弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H6受潮或油中有氣泡H2三、油中氣體的脫氣、分離與定量

脫氣:吹氣法、薄膜法分離：氣相色譜柱（可將不同氣體分離）、氣敏傳感器（僅對某種氣體敏感）定量：半導體元件高電壓技術—絕緣油試驗

導言絕緣油試驗在充油的高壓電氣設備中如變壓器、互感器、斷路器等，絕緣油起著絕緣、冷卻和滅弧的作用。用油浸漬的纖維性固體絕緣，能有效地防止潮氣的直接進入并填充了固體絕緣中的空隙，顯著地加強了絕緣。在采用油紙絕緣結構的設備中，通過對絕緣油的各種分析試驗，可以監測絕緣油的性能指標，了解設備內部的狀態及其發展趨勢。導言絕緣油試驗絕緣油的檢驗項目主要包括電氣性能試驗（擊穿電壓和介質損耗因數或電阻率）、雜質含量分析（如微量水等）、油中溶解氣體的色譜分析（氫氣、甲烷等）、油中糠醛含量以及物理化學性能分析（凝點、閃點、水溶性酸pH值等）。絕緣油電氣性能試驗1油中溶解氣體的氣相色譜分析2試驗數據分析判斷4目錄CONTENTS試驗步驟及注意事項3實操演練5絕緣油試驗了解絕緣油電氣試驗的意義及試驗方法目標了解絕緣油試驗的基本項目了解油中溶解氣體的氣相色譜分析的目的及原理一般了解油中溶解氣體色譜的分析方法絕緣油試驗01絕緣油電氣性能試驗絕緣油經常進行的電氣性能試驗主要有兩項，即電氣強度試驗和介質損耗因數試驗。影響絕緣油電氣強度的主要因素是油中的水分和雜質。油的介質損耗因數即tg

值能夠反映油質受到污染或老化，對油中可溶性的極性物質、輕微污染、老化產物或中性膠質以及微量的金屬化合物極為靈敏。這是因為電介質在交變電場作用下，因電導、松弛極化和電離要產生能量損耗，當含有較多的雜質時，這些雜質的離子都是油的電導和松弛極化的主要載流子，必然會使該油的tg

值增大。絕緣油老化后，生成的極性基和極性物質，同樣也使油的電導和松弛極化加劇。絕緣油電氣性能試驗1電氣強度（擊穿電壓）試驗油擊穿強度試驗接線電氣強度試驗是基于測量在油杯中絕緣油的瞬時擊穿電壓值。試驗的接線如圖所示，絕緣油中放入一定形狀的標準試驗電極，在電極間施加工頻電壓，按一定的速度升壓，直至電極間的油隙擊穿。該電壓即為絕緣油的擊穿電壓（kV）或換算為擊穿強度（kV/cm）。絕緣油電氣性能試驗油擊穿強度試驗電極尺寸標準電極主要有平板電極、球形電極和球蓋形電極，由于平板電極對水分含量的反應不如球形電極敏感，所以現在普遍使用球形電極。1電氣強度（擊穿電壓）試驗絕緣油電氣性能試驗油樣應在不破壞原密封的狀態下在試驗室中放置一定時間，使油樣接近環境溫度。在倒油前應使油混勻并盡量避免產生氣泡，然后用油樣將油杯和電極沖洗2－3次，將油樣沿杯壁徐徐注人油杯，蓋上杯罩，靜置10min。試驗時零起升壓，速度約3kV/s（另一些方法規定為2kV/s)，直至油隙擊穿，記錄擊穿電壓值。這樣重復5次（另一些方法規定重復6次）取平均值為測定值。為了減少油擊穿后產生碳粒，應將擊穿時的電流限制在5mA左右。在每次擊穿后應對電極間的油進行充分攪拌，并靜置5min后再試驗。1電氣強度（擊穿電壓）試驗絕緣油電氣性能試驗測量絕緣油的介質損耗因數（tgδ值），首先取油樣后，將油倒入專用油杯中，利用高壓西林電橋在工頻電壓下進行測量絕緣油的tgδ值是隨溫度的升高而按指數規律劇增的。因此，除了在常溫下測量油的tgδ值外，還必須測量油樣高溫下的tgδ值，如變壓器油升溫至90℃，電纜油升溫到100℃。這是因為在低溫下，合格油與不合格油的測量值有時差別不大，所以判斷油質的好壞應以高溫下測得的tgδ值為準，同時由于合格油的tgδ值隨溫度升高增長的較慢，而不合格油的tgδ值卻隨著溫度升高增長的較快，這種差別，使我們更易于區分油質的好壞。2介質損耗因數的測量絕緣油電氣性能試驗由于絕緣油的介質損耗通常主要是由電導損耗所決定，所以絕緣油的電導（相應的絕緣電阻）也直接反映了它的tg值。因此，有時可以用測量絕緣油的電阻率來代替tg值的測量。測定油的電阻率采用專用的電阻率測定儀。電阻率儀所需的油樣量更少，并可同時測定多個油樣。2介質損耗因數的測量絕緣油電氣性能試驗02油中溶解氣體的氣相色譜分析在新絕緣油的溶解氣體中，通常含有約70％的N2、30％的O2以及0．3％左右的CO2氣體，一般不含有C1、C2之類的低分子烴（主要指甲烷、乙烷、乙烯和乙炔，合稱總烴）。但是由于一些油處理設備的加熱系統存在的死角，有時可能出現微量的乙烯甚至極微量的乙炔。1充油設備內部故障產生的氣體油中溶解氣體的氣相色譜分析設備正常運行時，在電磁場、溫度、水份等因素的作用下，絕緣油和絕緣材料會發生緩慢的分解和氧化，產生少量CO2、CO和微量的低分子烴，但其數量與故障產生的氣體量相比要少得多。當設備內部出現故障時，主要是過熱性故障（電流效應）和放電性故障（電壓效應），絕緣油和固體絕緣材料裂解的速度大大加快，油中的CO2、CO、H2和低分子烴類的氣體含量顯著地增加。在故障初期時，通過分析油中溶解的這些氣體，就能及早確定設備的內部故障。1充油設備內部故障產生的氣體油中溶解氣體的氣相色譜分析在故障情況下并不是所有的各種氣體成分都同時增長，而是有的氣體不增加，或不明顯地增加，這取決于故障的性質和類型，與故障性質密切相關的氣體則顯著地增加。油中各種溶解氣體對應的故障性質見表2特征氣體油中溶解氣體的氣相色譜分析2特征氣體分析的氣體分析目的推薦的氣體O2了解脫氣程度和密封的情況，嚴重過熱時O2也會極度消耗而明顯的減少N2在進行氮氣測定時，可了解氮氣飽和程度，與氧氣的比值可以更準確地分析氧氣的消耗程度。在正常情況下，氧氣、氮氣、二氧化之和還可以算出油的總含氣量必測的氣體H2與甲烷之比可判別并了解過熱溫度，或了解是否有過熱放電和受潮情況CH4甲烷了解過熱故障的熱點溫度情況C2H6乙烷C2H4乙烯C2H2乙炔了解有無放電現象或存在較高的熱點溫度CO了解固體絕緣的老化情況或者內部平均溫度是否過高CO2與一氧化碳結合，可了解固體絕緣是否有熱分解油中溶解氣體的氣相色譜分析（1）脫氣對油中溶解氣體進行分析，首先需要把溶于油中的氣體分離出來。目前普遍使用的脫氣方法是機械振蕩法，它是利用油中氣體在油氣兩相之間重建平衡的原理所建立起來的溶解平衡法。這種脫氣方法能把誤差降低到5％左右，提高了測試結果的準確性和可比性，其重復性和再現性能滿足要求。不足之處是在平衡后的氣體中所得到的氣體濃度（烯和炔）大約為油中原有濃度的1/2左右。3油中溶解氣體色譜分析方法油中溶解氣體的氣相色譜分析3油中溶解氣體色譜分析方法色譜工作站氣相色譜儀主要由氣源、減壓閥及管道系統、脫氣裝置、凈化器、色譜儀、工作站及電源組成。油中溶解氣體的氣相色譜分析3油中溶解氣體色譜分析方法常用色譜分析流程圖當前使用的氣相色譜儀一般是雙柱雙鑒定器的多氣路系統，一個鑒定器是“熱導檢測器”，用于測定組分中的H2、O2；另一個鑒定器是“氫火焰離子化檢測器”,用于測定CH4、C2H6、C2H4、C2H2和轉化成CH4形式的CO2、CO的含量。色譜儀的靈敏度和最小檢測濃度主要取決于所用的鑒定器。非電量信號經鑒定器轉變成電信號后，由記錄儀記錄下來，形成色譜圖。油中溶解氣體的氣相色譜分析3油中溶解氣體色譜分析方法典型色譜圖典型色譜圖：它是一個有序的脈沖峰圖，一個脈沖峰代表了一個氣體組分，而峰高或峰面積則反映了該氣體的濃度，所以通過色譜圖既可對被測的氣體定性也可對其定量分析。油中溶解氣體的氣相色譜分析4故障判斷故障類型主要氣體組分次要氣體組分油過熱CH4,C2H4H2,C2H6油和紙過熱CH4,C2H4,CO,CO2H2,C2H6油紙絕緣中局部放電H2,CH4,COC2H2,C2H6,CO2油中火花放電H2,C2H2

油中電弧H2,C2H2CH4,C2H4,C2H6油和紙中電弧H2,C2H2,C0,CO2CH4,C2H4,C2H6注：進水受潮或油中氣泡可能使氫氣含量升高。油中溶解氣體的氣相色譜分析當特征氣體明顯增加時，應與標準規定的注意值進行比較。各種氣體的注意值不是劃分設備有無故障的唯一標準，但當氣體濃度達到注意值時，應縮短檢測周期進行跟蹤分析，查明原因消除缺陷。要對設備故障的嚴重性做出正確的判斷，不能僅根據分析結果的絕對值，必須考慮故障的發展趨勢，進行產氣率的計算。產氣率有兩種表示方法——絕對產氣率和相對產氣率。絕對產氣率是指每運行日產生某種氣體的平均值；相對產氣率是指每運行月（或折算到月）某種氣體含量增加原有值的百分數的平均值，一般來說總烴的相對產氣率大于10％時，應引起注意，但對總烴起始含量很低的設備不宜采用此判據。4故障判斷油中溶解氣體的氣相色譜分析當油中溶解氣體中的總烴、乙炔和氫氣三項中有一項測定值和產氣率超過注意值時，應對幾種氣體的組合特征進行判斷或按相關氣體的比值進行判斷，以解故障的性質、類型。不同故障類型所形成的氣體組合特征見下表：4故障判斷序號故障類型氣體的組合特征1裸金屬過熱總烴高，CO、C2H2均在正常范圍2金屬過熱并涉及固體絕緣總烴高，開放式變壓器CO＞300ppm、乙炔在正常范圍3固體絕緣過熱總烴在100ppm左右，開放式變壓器CO＞300ppm4金屬過熱并有放電總烴高，C2H2＞5ppm，H2含量較高5火花放電總烴不高，C2H2＞10ppm，H2含量較高6電弧放電總烴高，乙炔含量高并成為總烴的主要成分，H2含量也高7H2含量＞100ppm，而其他指標均正常，有多種原因應具體分析油中溶解氣體的氣相色譜分析三比值法是在熱動力學和實踐的基礎上，用五種氣體的三對比值以不同的編碼表示作為判斷充油電氣設備故障類型的方法，編碼規則如下：4故障判斷氣體范圍比值范圍的編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6＜0.1010≥0.1～＜1100≥1～＜3121≥3222油中溶解氣體的氣相色譜分析三比值法故障類型的判別方法如下：4故障判斷C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6故障類型判斷故障實例001低溫過熱＜150℃絕緣導線過熱，注意CO2和CO含量及CO2/CO20低溫過熱（150-300℃）分接開關接觸不良，引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，渦流引起的銅過熱，鐵芯漏磁，局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點接地21中溫過熱（300-700℃）0、1、22高溫過熱（＞700℃）10局部放電高濕度、高含氣量引起油中低能量密度的局部放電10、10、1、2電弧放電繞組匝間、層間短路、相間閃絡、分接抽頭引線油間隙閃絡、引線對箱殼放電、繞組熔斷、分接開關飛狐、因環路電流引起飛狐、引線對其他接地體放電20、1、2電弧放電兼過熱20、10、1、2低能放電引線對電位未固定的部件之間連續火花放電，分接抽頭引線和油間隙閃絡，不同電位之間的油中火花放電或懸乎電位之間的火花放電20、1、2低能放電兼過熱油中溶解氣體的氣相色譜分析當故障涉及到固體絕緣時，會引起CO和CO2含量的明顯增長。經驗證明，當懷疑設備固體絕緣材料老化時，一般CO2/CO>7，當懷疑故障涉及到固體絕緣材料時（高于200C），可能CO2/CO<3，必要時，應從最后一次的測試結果中減去上一次的測試數據，重新計算比值，以確定故障是否涉及到了固體絕緣。4故障判斷油中溶解氣體的氣相色譜分析03試驗步驟及注意事項a) 貯氣玻璃注射器的準備：取5mL玻璃注射器A，抽取少量試油沖洗器筒內壁1～2次后，吸入約0.5mL試油，套上橡膠封帽，插入雙頭針頭，針頭垂直向上。將注射器內的空氣和試油慢慢排出，使試油充滿注射器內壁縫隙而不致殘存空氣。b) 試油體積調節：將100mL玻璃注射器B中油樣推出部分，準確調節注射器芯至40.0mL刻度(V1)，立即用橡膠封帽將注射器出口密封。為了排除封帽凹部內空氣，可用試油填充其凹部或在密封時先用手指壓扁封帽擠出凹部空氣后進行密封。操作過程中應注意防止空氣氣泡進入油樣注射器B內。1試驗步驟--脫氣試驗步驟及注意事項1試驗步驟--脫氣典型色譜圖c)加平衡載氣：取5mL玻璃注射器C，用氮氣(或氬氣)清洗1～2次，再準確抽取5.0mL氮氣(或10.0mL氬氣)，然后將注射器C內氣體緩慢注入有試油的注射器B內。含氣量低的試油，可適當增加注入平衡載氣體積，但平衡后氣相體積應不超過5mL。一般分析時，采用氮氣做平衡載氣，如需測定氮組分，則要改用氬氣做平衡載氣。試驗步驟及注意事項d) 振蕩平衡：將注射器B放入恒溫定時振蕩器內的振蕩盤上。注射器放置后，注射器頭部要高于尾部約5°，且注射器出口在下部(振蕩盤按此要求設計制造)。啟動振蕩器振蕩操作鈕，連續振蕩20min，然后靜止10min。室溫在10℃以下時，振蕩前，注射器B應適當預熱后，再進行振蕩。1試驗步驟--脫氣試驗步驟及注意事項e) 轉移平衡氣：將注射器B從振蕩盤中取出，并立即將其中的平衡氣體通過雙頭針頭轉移到注射器A內。室溫下放置2min，準確讀其體積Vg(準確至0.1mL)，以備色譜分析用。為了使平衡氣完全轉移，也不吸入空氣，應采用微正壓法轉移，即微壓注射器B的芯塞，使氣體通過雙頭針頭進入注射器A。不允許使用抽拉注射器A芯塞的方法轉移平衡氣。注射器芯塞應潔凈，以保證其活動靈活。轉移氣體時，如發現注射器A芯塞卡澀時，可輕輕旋動注射器A的芯塞。1試驗步驟--脫氣試驗步驟及注意事項采用外標定量法，標定儀器應在儀器運行工況穩定且相同的條件下進行。h) 用1mL玻璃注射器D準確抽取已知各組分濃度Cis的標準混合氣0.5mL(或1mL)進樣標定。從得到的色譜圖上量取各組分的峰面積Ais(或峰高his)；i) 至少重復操作2次，取其平均值Ais(或his)，2次標定的重復性應在其平均值的±2%以內。每次試驗均應標定儀器。2試驗步驟--儀器標定試驗步驟及注意事項a) 用1mL玻璃注射器D從注射器A(機械振蕩法)｛或注射器a(真空－變徑活塞泵全脫氣法)或氣體繼電器氣體樣品｝中準確抽取樣品氣0.5mL(或1mL)，進樣分析。從所得色譜圖上量取各組分的峰面積Ais(或峰高his)。b) 重復操作2次，取其平均值Ais(或his)。3試驗步驟--試樣分析試驗步驟及注意事項a) 用注射器全密封取樣，且不能有氣泡。b) 用5ml針管取氮氣脫氣時，應