油浸式绝缘系统放电故障下气-液两相特征气体变化规律研究

油浸式系统中快速发展的放电故障具有产气量大、产气速率快等特点,以致于产生的特征气体来不及在油中溶解,绝大多数特征气体逸散至油面上进入瓦斯继电器,导致可用于变压器诊断及预警的大量有效气体无法及时达到溶解平衡,使得目前电力行业常用的油中溶解气体分析方法无法准确诊断故障。基于此,本文搭建油浸式绝缘系统快速发展放电故障下的油面气体产气规律研究试验平台,获取了油浸式绝缘系统在快速发展放电故障下的油面特征气体信息。结果表明：故障发生后的短时间内液相中特征气体浓度不会明显增加,而此时气相中存在大量特征气体;当系统中存在高能放电时,CO、CO₂、CH₄、H₂会在油面上大量汇集,这4种气体可作为高能放电故障表征依据;在此基础上,发生火花放电时,C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂也会在油面上汇集,可作为火花放电诊断辅助依据。     

三元混合绝缘油热裂解过程与产气特性

从绝缘油物质成分原子水平研究揭示绝缘油的热裂解产气机制，是科学指导基于油中溶解气体实现变压器故障诊断的关键。基于反应分子动力学对三元混合绝缘油中不同物质成分的单分子、多分子和混合油体系的热裂解动力学过程进行仿真模拟，研究分析了矿物油、天然酯和改性天然酯中不同类型油品分子的热裂解路径及产气行为，以及三元混合绝缘油的热裂解产气特性，并通过油品过热产气试验验证了仿真结果。结果表明：矿物油、天然酯和改性天然酯分子在热应力下会通过解环、脱羧与脱羰等反应转化为链状烃，再逐步裂解为烃类气体小分子；当油品分子体系增大时，分子热裂解方式与油品单分子相同，但其热裂解反应进程会加快。三元混合绝缘油热裂解仿真结果表明，其在低温过热时油中CO₂含量最高，中温过热时油中H₂和烃类气体含量增加，高温过热时油中C₂H₂含量增加，C₂H₄、C₂H₆含量增加显著，该油品过热产气试验结果与仿真结果一致。该成果可为基于油中特征气体分析实现三元混合绝缘油...     

绝缘油的气相色谱测试诊断与测试装置

变压器采用油纸组合绝缘,其内部潜伏性故障产生的烃类气体来源于油纸热分解。含有不同化学键的碳氢化合物有着不同的热稳定性,绝缘油随着故障点温度的升高裂解生成烃类的顺序是烷烃、烯烃和炔烃。由于油热裂解生成的每一种烃类气体都有一个相应最大产气率的特定温度范围,故绝缘油在各不相同的故障性质下,产生不同成分、不同含量的烃类气体。     

应用氦离子化气相色谱法测定变压器油中溶解气体

特高压变压器具有体积大、油量多的特点,造成与故障相关的特征气体浓度非常小,若测试方法的检测限较大,则可能导致设备的状态检测不到位。为此提出了一种新型氦离子化气相色谱法,该方法利用氦离子化检测器,辅以十通阀中心切割及反吹技术,可实现对变压器油中溶解气体7种组分（H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂）的分离和测定,一次进样分析时间约7 min,各组分的检出限均达到10^-9量级,特别对于特征气体C₂H₂和H₂分别可达5×10^-9和11×10^-9;该方法的重复性约为1%,各组分的线性相关度R²均超过0.99。与传统气相色谱法比较,新型氦离子化气相色谱法操作简便,检测器的出峰信号值大大增强,检出限分别提高了5~80倍,且无需氢气做辅助气,减少了安全隐患。采用氦离子化气相色谱法测定变压器油中溶解气体,对于及时发现特高压变压器内部存在的潜伏性故障有重要意义。     

Ni掺杂单层PtSe2检测变压器油中溶解气体CH4和C2H4的DFT研究

甲烷(CH₄)和乙烯(C₂H₄)是变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反应变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，文中提出一种新型材料Ni掺杂单层PtSe₂(Ni-PtSe₂)用于检测变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄的检测方法。基于第一性原理密度泛函理论，文中对单层Ni-PtSe₂吸附变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄进行理论计算，从理论上探讨单层Ni-PtSe₂在气体吸附前后的几何结构、单层NiPtSe₂电子态密度以及能带结构的变化。计算发现，CH₄和C₂H₄气体吸附体系的吸附能分别为-1.536 eV和-2.502 eV，表明单层Ni-PtSe₂对两种特征气体的吸附均为化...     

β-Ga2O3对变压器油中乙炔气体的吸附性能研究

乙炔(C₂H₂)是油浸式电力变压器油中用来评估故障发生的重要特征气体，对其进行在线监测能实时有效反映变压器的运行状况。针对传统的气体传感器对特征气体存在响应不灵敏的问题，本文中作者采用一种超宽禁带半导体材料(氧化镓(β-Ga₂O₃))作为气体传感器来检测故障特征气体C₂H₂。通过第一性原理计算方法研究了β-Ga₂O₃的结构和电子性质，并对其气体敏感机理和吸附性能进行了分析。首先，通过结构优化确定C₂H₂气体在β-Ga₂O₃表面的最佳吸附位置；其次，通过进一步分析吸附模型的电荷密度差分、吸附能、电子态密度、能带结构和功函数获得C₂H₂气体在β-Ga₂O₃表面的吸附行为；最后，结果表明β-Ga₂O₃对...     

变压器油中溶解气体在线监测系统设计

为提升电力行业供给侧安全与稳定，实现变压器的全方位监测，设计了基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制技术的变压器油中溶解气体监测系统。该系统根据变压器的七种基本故障特征气体的近红外吸收波段，选择波长为1579nm、1653nm、1680nm、1532nm的四个分布式反馈蝶形激光器，实现了CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂六种气体的TDLAS测量，选用半导体氢气传感器实现H₂测量，并基于最小二乘的分段线性拟合完成二次谐波到气相浓度、气相到液相的转换计算。高浓度测试中，烃类气体与H₂的相对偏差在5%以内，碳氧化合物的相对偏差不超过10%，满足变压器的检测需求。     

色谱分析在变压器潜伏性故障诊断中的应用

0 概述 目前,油浸变压器大多采用油纸组合绝缘,当变压器内部发生潜伏性故障时,油纸会因受热而分解产生烃类气体。由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性,所以绝缘油随着故障点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和     

温度陡升下硅橡胶材料电热裂解的反应力场模拟

运行中的复合绝缘子出现闪络等事故时伴随有温度陡升现象，加之电场的协同作用，使得复合绝缘子用硅橡胶材料迅速裂解破坏。通过建立硅橡胶分子模型，基于反应力场模拟探究温度陡升下材料的电热裂解机理与特性，以期弥补宏观试验的部分局限性。结果表明：温度和电场对裂解的作用机制不同，温度占主导，电场能降低裂解温度，加速材料劣化；裂解过程由Si-C键的断裂引发，CH₄、H₂、C₂H₄、C₂H₂、H₂O为不同裂解阶段的主要产物；随着硅橡胶主链上甲基大量脱落，Si-CH₃键数量下降约40%，主链结构进一步破坏形成交联结构，Si-O-Si键与Si-C键数量比及碳氢比持续升高，最大分别为裂解前的2.93倍和1.87倍；以H₂为主的杂质气体产物扩散聚集，材料内产生空隙，结构发生重组，最终导致绝缘失效。     

变压器油溶解气体分离系统的改进

为了提高变压器油色谱在线监测系统测试结果的可靠性,针对油气分离和混合气体分离装置存在的问题,研制出1种改进装置。该装置主要包括真空脱气系统和自动进样系统2部分,其涉及温度控制和电磁阀控制。试验结果表明,所研制的装置对变压器油色谱在线监测具有很好的辅助作用,真空脱气系统脱气时间短,20 min油气分离即可达到饱和状态,且体积小（100 mm×100 mm×100 mm）;混合气体分离效率高,20 min内混合气体分离率可达97.3%,并能快速分离出CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、H₂、CO等多种故障特征气体。2011年6月,该装置已成功投运于高速铁路客运专线牵引变电所,工作状态始终稳定,能够很好满足现场测试需要。     

基于油中溶解气监测的变压器在线半监督故障诊断方法研究

变压器是电力系统中的核心设备,其运行的可靠性直接影响着整个电力系统的稳定与安全,因此对变压器运行状态进行实时分析并进行准确的故障诊断非常重要。针对变压器运行状态数据难以收集、故障数据缺乏而导致故障分析模型泛化能力差的问题,该文提出了一种半监督流形嵌入(semi-supervised manifold embedding,SSME)学习的变压器在线故障诊断方法。该方法使用变压器油中H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄和C₂H₂ 5种不同气体的浓度特征和运行状态类别的有限样本,联合大量在线监测获得的气体浓度样本数据,建立一种在线的半监督故障诊断模型来分析变压器的运行状态,该模型能在0.1s内完成700条在线监测数据的状态检测,其性能可以达到在线诊断的要求。结合实例,对所设计的变压器故障诊断模型的准确性和诊断效率进行了对比分析实验。实验结果表明,该文提出的方法的故障诊断准确率高于经典的深度置信网络(deep belief ...     

变压器绝缘油中金属钝化剂的降解产气机制研究

相关研究表明,向油浸式电力变压器中添加金属钝化剂会导致油中溶解气体生成异常,为更好地了解油纸绝缘中苯并三氮唑类钝化剂的降解产气过程,指导绝缘油变压器故障诊断,选用在油浸式电力变压器中广泛使用的金属钝化剂——苯并三氮唑(Benzotriazole,BTA),在分子模拟环境下构建BTA分子模拟体系,基于ReaxFF反应力场对2000～3000K下BTA分子模拟体系的热解过程进行分子动力学模拟,并进一步结合BTA的热重试验分析与油纸绝缘中BTA在热场作用下的试验研究,从微观与宏观两个层面综合分析油纸绝缘中BTA的降解产气机制。仿真结果表明,BTA热解会生成小分子烃类自由基、小分子烃类化合物以及H·、N·等自由基,最终形成低分子烃类气体与H₂、N₂、NH₃等无机产物。宏观试验结果表明,BTA随温度的升高不断发生热解,油中BTA的加入会导致油中溶解气体生成异常,其中H₂、CO₂、CO含量明显上升,但总烃含量反而下降。结合微观分子模拟仿真分析、油中溶解气体及绝缘油相关理化参量的宏观变化规律...     

基于密度泛函理论的油中特征气体在钯掺杂SnP3单层上吸附及传感性能研究

油中溶解气体分析(dissolved gases analysis,DGA)被认为是目前变压器故障诊断技术中最可靠的方法之一。该文基于密度泛函理论,计算过渡金属钯(Pd)改性的SnP₃单层对6种油中溶解特征气体(H₂、CO、C₂H₂、C₂H₄、CH₄及C₂H₆)的吸附及传感性能。首先,通过不同掺杂位点的建模和计算分析,得到结构最稳定的Pd掺杂SnP₃(Pd-SnP₃)单层模型作为后续离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)计算的基础。基于该模型,构建多种吸附结构并进行几何优化,通过比较吸附能等参数,得到SnP₃单层对6种特征气体最稳定的吸附结构。进一步,分析吸附体系的电子密度、态密度、能带及解吸附时间。结果表明,Pd-SnP₃单层对CO、C₂H<...     

磷酸铁锂锂离子电池化成产气的机理

应用气相色谱和傅里叶变换红外光谱仪,分析磷酸铁锂(LiFePO₄)正极锂离子电池化成过程中的产气种类和负极表面的固体电解质相界面(SEI)膜,探讨产气来源和反应机理。气体主要在SEI膜形成阶段产生,成分为H₂、乙烯(C₂H₄)、CO、甲烷(CH₄)和乙烷(C₂H₆);成膜后气体量无明显增加,在后续充放电过程中出现CO₂。通过对称电池的分析,证明H₂和烃类气体主要在负极侧产生,CO₂主要在正极侧产生。     

变压器油纸绝缘气隙放电特性及其产气规律

变压器油纸绝缘局部放电是引起运行变压器绝缘老化和破坏的主要原因之一,及时了解局部放电的产生与发展以及其产生气体的变化规律能判断运行变压器内部的潜伏性故障及发展,为此,基于油纸绝缘气隙放电模型,研究了变压器油纸绝缘气隙放电的产生、发展及其特征参量的变化规律,实验分析了放电发展过程中油中溶解气体的产生及变化特征,实验结果表明,油纸气隙放电产生的主要气体为H2、CH4和CO,随着放电时间的增长,绝对产气速率呈下降的趋势;结合模糊诊断探索了气隙放电与油中溶解气体的对应关系,在改良三比值编码中与气隙放电相关程度最大的编码是"100"。     

基于激光光声光谱的变压器油中溶解气体在线监测预警装置研制

油中溶解气体的相关参量能很好地表征设备的工作状态,因此开展变压器油中溶解气体分析,对于预知变压器潜伏性故障、预防规模化停电事故意义重大。针对现有色谱法监测的弊端,基于激光光声光谱原理,设计了气体监测模块,研制了变压器油中溶解气体在线监测预警装置,并建立了相对应的气体溯源校准方法。实验结果表明：在低、中、高不同浓度范围内,H₂、C₂H₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、CO及CO₂的最大相对误差分别为-12.51%、-29.25%、-20.04%、-19.31%、19.11%、-26.7%及-20.18%,均在±30%误差范围内。总烃(C1+C2)的最大相对误差为18.87%,处于±20%误差限值内,满足技术规范要求。低、中、高浓度范围内总烃的RSD分别为2.46%、2.87%和4.3%,均不大于5%,表现出良好重复性。该装置可满足电力行业恶劣工况条件的监测需求,可为电力行业油中溶解气体在线监测提...     

悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的C6F12O/CO2混合气体分解特性研究

C₆F₁₂O是一种具有潜力的SF₆替代气体，为了探究C₆F₁₂O/CO₂混合气体在悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的分解特性，搭建了局部放电分解实验平台，在不同外施电压下对C₆F₁₂O/CO₂混合气体进行96 h局部放电分解实验，利用气相色谱法对分解组分进行定量分析，对分解组分含量、产气速率、特征气体比值与局部放电强度的关系分别进行了研究。结果表明：4种典型产物(CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₇H)浓度、产气速率的变化规律上存在差异，可选择作为判断局部放电强度的特征组分；特征组分浓度关系为c(CF₄)>c(C₂F₆)≈c(C₃F₈     

典型放电缺陷下的C4F7N/CO2分解特性

C₄F₇N的分解特性关系到气体绝缘电气设备的绝缘性能、缓冲气体选择、固体材料的选择等，也可为电气设备的故障识别提供参考依据。为此，首先利用量子化学方法计算分析了C₄F₇N的解离路径及主要分解物的形成。随后，以C₄F₇N/CO₂混合气体为研究对象，实施了电晕放电、火花放电、悬浮放电等典型缺陷，定性、定量分析了混合比例、施加电压等因素对分解产物种类和含量的影响。C₄F₇N的稳定产物包括全氟烷烃气体(PFCs)CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₆、2-C₄F₆、2-C₄F₈和i-C₄F₁₀；腈类气体CNCN、CF     

三元混合式绝缘油吸潮、工频击穿及产气特性研究

矿物油与天然酯混合而成的混合绝缘油能统筹兼顾矿物油和天然酯的优势与不足,掌握混合油的吸潮及工频击穿特性,能为其在变压器中的应用及油品质量管控奠定基础。为此以矿物油为参比,针对一种三元混合式绝缘油,研究分析了三元混合式绝缘油在不同温度下的吸潮特性、温度与水分联合作用下的工频击穿特性,以及多次工频击穿后的油中溶解气体特性。对比研究表明:三元混合式绝缘油的吸潮速率和饱和水含量明显大于矿物油,三元混合式绝缘油容纳水分的能力优于矿物油;随着油中水分含量的增加,三元混合式绝缘油与矿物油的工频击穿电压均明显下降,但三元混合式绝缘油工频击穿电压耐受水分劣化的能力更强;在15～90℃范围内,三元混合式绝缘油水分体积分数<70×10^-6时,其工频击穿电压能维持在40 kV以上;多次工频击穿后,H₂和C₂H₂是2种油品工频击穿的主要产气类型,三元混合式绝缘油中溶解的H₂和C₂H₂占总溶解气体体积的百分比略高于矿物绝缘油。     

油绝缘典型电极放电产气特性对比分析

少油类设备内部通过填充绝缘油进行内部绝缘,因内部空间小,在发生放电或过热故障时,会引起绝缘油关键参量劣化而产生大量H₂、烃类气体、CO和CO₂等油中溶解气体,故障严重时会导致设备爆炸,损失巨大。设计了一种少油类设备放电试验系统,获得了放电后油中气体扩散特性,开展了典型缺陷所对应的3种典型电极（板板电极、球球电极（球纯油球、球纸板球）和针板电极）在不同间隙距离、不同放电时间下的产气量对比研究,研究结果表明：板板电极放电下,直接加压至击穿产气量较小,球球电极和针板电极放电产生的C₂H₂和H₂呈现饱和趋势,在相同的间隙距离和放电时间下,针板电极产气量最大,球球电极次之,产气量最小的是板板电极,在1 mm间隙下,球纯油球较球纸板球布置下的电极放电过程剧烈,产气量大。获得了3种典型电极油中放电气体含量变化规律,主要结论对于少油类设备产气下的故障分析具有重要的意义。