變壓器是現代電力系統中至關重要的組成部分，其可靠性是電力平穩分配的關鍵因素。在眾多維護變壓器健康的重要方法中，溶解氣體分析 (DGA) 因其高效的診斷功能而備受關注。本指南將帶您了解 DGA 的基礎知識，並闡述如何透過分析變壓器油中溶解的氣體來檢測過熱、電弧或絕緣老化等故障。
變壓器油測試的重要性
了解變壓器油及其作用
这 變壓器中使用的油 毫無疑問，油是變壓器運作、效率和可靠性的關鍵因素之一。除了良好的電氣絕緣和冷卻這兩大主要功能外，油還能起到填充變壓器的作用。油作為冷卻介質，有助於散發內部熱量，從而維持變壓器溫度的穩定。
化學性質 變壓器油也發揮重要作用。 為了防止變壓器內部氧化，必須使用優質變壓器油。變壓器部件可能會因氧化而性能下降。優質變壓器油經過精煉工藝，使其具有極強的抗氧化能力，從而確保變壓器系統的使用壽命和效率。
⚠️重要提示：
維持變壓器油的這些特性至關重要，因為油的污染或老化會導致其成分發生變化，進而影響其效能。現代商業實踐使得定期進行變壓器油檢測成為一項必不可少的維護工作。
定期變壓器油測試的好處
主要優勢：
- ✓ 及早發現問題： 識別可能存在的污染物、水或化學降解物質（這些物質可能會嚴重影響油的絕緣和冷卻性能）非常重要。
- ✓ 主動維護： 早期預警系統使運營商能夠在初始階段發現並糾正問題，從而避免重大故障並降低計劃外停機的成本。
- ✓ 延長使用壽命： 為了降低在配電變壓器使用壽命期間以最佳狀態輸送油品而造成的嚴重風險，提高其可靠性，從而提升其後續輸送能力。
對資產壽命和營運安全的影響
油液檢測的品質決定著電氣設備的壽命和維護成本，因為它能及早發現故障或洩漏。透過在問題演變成嚴重事故之前解決，可以確保設備運作不中斷，並降低維修成本。
安全增強
監測包括水分、酸和氣體在內的污染物，這些污染物可能導致過熱或絕緣破損，從而保障設備安全並確保工人安全。
環境效益
減少因設備過早故障而導致的更換頻率，進而降低對環境的影響，並支持永續發展目標。
經濟效率
最大限度地減少變壓器拆卸和安裝的費用，同時確保長期運作穩定性。
溶解氣體分析（DGA）
DGA背後的科學原理
溶解氣體分析 (DGA) 方法基於這樣的原理：變壓器油在受到電熱應力作用時，其碳氫化合物分子會分解，從而產生氣體。這些氣體，包括氫氣、甲烷、乙烯和乙炔等，都溶解在油中。它們的含量及其存在可以作為變壓器健康狀況和工作狀態的指標。
DGA故障特徵分析
每種氣體都有其獨特的斷層特徵。例如：
- 高溫故障通常會產生 乙烯和乙烷
- 電弧形成 乙炔
- 過熱條件會產生特定的氣體混合物。
透過仔細分析氣體混合物及其各自的高度，技術人員可以確定變壓器中可能出現的問題的性質和嚴重程度。
除了反映當前狀況外，溶解氣體分析 (DGA) 也是趨勢分析的重要因素。透過關聯一段時間內的週期性 DGA 結果，操作人員可以識別出可能預示著未來問題的緩慢變化。這種預測能力使得維護計劃能夠提前製定，從而提高電力傳輸系統的可靠性並減少意外停機時間。
監測的溶解氣體類型
| 煤氣 | 化學式 | 跡象 |
|---|---|---|
| 氫 | 氫氣 | 部分放電，電暈 |
| 甲烷 | 離子 | 低溫熱故障 |
| 乙烷 | 碳氫化合物 | 中溫熱故障 |
| 乙烯 | 碳氫化合物 | 高溫熱故障 |
| 乙炔 | 碳氫化合物 | 嚴重的電弧放電 |
| 一氧化碳 | CO | 過熱，纖維素劣化 |
| 二氧化碳 | 二氧化碳 | 過熱、絕緣破損 |
透過溶解氣體分析 (DGA) 檢測故障
溶解氣體分析 (DGA) 是一種非常有效的變壓器故障偵測技術。透過分析變壓器油中溶解氣體的種類和濃度，操作人員可以偵測出過熱、電弧放電或絕緣擊穿等問題。
關鍵氣體指標：
- 乙炔（C₂H₂）： 大量物質的存在顯示發生了非常嚴重的電弧放電現象。
- 甲烷（CH₄）： 高濃度可能導致變壓器過熱。
- 氫氣（H₂）+乙炔： 通常表示放電
- 一氧化碳 (CO) + 二氧化碳 (CO₂): 可能表示纖維素絕緣材料過熱或老化。
實施定期DGA測試計劃的好處
採用DGA的主動維護策略
透過採用基於溶解氣體分析 (DGA) 的預防性維護方案，變壓器的運作可靠性大大提高。由於變壓器油的狀況已持續監測，因此可以及時發現即將發生的故障，例如過熱、電弧或局部放電。
主動維護的優勢：
- 早期干涉： 及時發現並採取乾預措施，可以在小問題演變成大問題之前加以控制，從而避免停電和昂貴的維修費用。
- 減少停電次數： 油液分析發現的問題將在下次維修期間得到修正，從而減少變壓器意外停機的次數。
- 延長服務期間： 持續觀察並及時發現問題，可以保持變壓器的良好運作狀態，從而延長其使用壽命。
節省成本並提高效率
直接成本節省
透過及早發現故障，可以完全防止非計劃性停機和昂貴的設備損壞，從而顯著降低維修部門的營運成本。
維護效率
透過提供即時訊息，消除週期性維護和被動維護中的猜測，有效地指導維護工作到正確的區域。
環境效益
延長老舊變壓器的使用壽命，減少生產需求，降低生產和運輸階段的碳排放。
最大限度減少意外停機時間
減少停機時間的最佳實務：
- 1. 常規監測系統： 建立能夠在潛在問題升級之前發現它們的系統
- 2. 預測性維護工具： 利用預測工具進行例行檢查，以識別老化或故障的設備。
- 3. 員工培訓： 訓練有素的人員能夠及早發現問題並且有效率地操作機器。
- 4. 暢通的溝通管道： 立即建立資源，以便輕鬆處理小問題
- 5. 技術升級： 投資購買運作可靠性更高、診斷功能更完善的新型機器。
透過溶解氣體分析 (DGA) 識別出的常見變壓器問題
電弧及其檢測
電弧是變壓器中一個主要問題，如果無法及時發現和妥善處理，可能會造成嚴重損壞。電弧是指電流在變壓器不同部件之間轉移的現象，主要由絕緣擊穿、污垢或過高的電壓應力引起。
⚠️ 以DGA檢測電弧：
溶解氣體分析 (DGA) 透過識別電弧放電過程中變壓器油擊穿產生的氣體，提供最有效的電弧檢測方法。
主要指標： 電弧放電時會產生大量乙炔和氫氣等氣體。維修人員可以透過氣體濃度和比例圖表輕鬆定位電弧放電點。
典型回答： 找出原因並加以解決，這可能包括更換受潮損壞的絕緣層或進行清潔。將電弧檢測與預測性維護相結合，可顯著延長變壓器的使用壽命並提高供電系統的可靠性。
局部放電監測
局部放電監測對於電氣系統的保護和維護至關重要，尤其是在變壓器等高壓設備中。局部放電過程會引發絕緣材料損壞，導致介質局部擊穿；然而，這種擊穿不會形成通往電極的導電通路。
監測方法：
- 聲學檢測： 捕捉局部放電產生的聲波
- 電磁輻射分析： 在放電事件期間，會偵測到電磁訊號。
- 超高頻（UHF）感測： 透過高頻訊號監控局部放電
結果： 資料收集能夠實現預測性維護，防止代價高昂的停機和設備故障。
過熱及相關問題
電器設備過熱是一個嚴重的問題，會導致許多重大風險，例如機器故障、生產效率下降、安全隱患。產生過多熱量通常是由於負載過大、空氣流通不良、零件老化或不當維護所造成的。
常見原因
- 設備過載
- 通風不足
- 老化的部件
- 缺乏維護
- 環境溫度高
預防方法
- 定期維護和監控
- 熱成像檢測
- 溫度感測器安裝
- 適當的隔熱和通風
- 在限制範圍內進行負載管理
診斷和解決已發現的問題
提高變壓器性能的策略
提升績效的三支柱方法
1、定期檢查及維護
優先檢查主要部件，包括繞組、絕緣層和油位。持續監測運作狀況有助於及早發現磨損或潛在故障，以便及時進行維修並防止故障發生。
2. 負載管理最佳化
正確且均勻分佈的負載能夠減輕變壓器的應力，從而最大限度地減少過熱和磨損。操作人員應注意不要超過變壓器的額定負荷，並始終保持在額定負荷範圍內。電壓調節可以透過使用負載分接開關來實現。
3. 技術整合與現代化
智慧監控系統的應用可以即時採集數據並進行預測性維護。更換絕緣材料、冷卻系統或主要部件是提高效率並適應不斷變化的客戶需求的一種方式。
透過糾正措施提高效率
常規的預防措施使變壓器運作效率極高。這些措施能夠及時發現並消除缺陷，解決問題，提升效能，進而提高吞吐量。
必要的糾正措施：
- 全面診斷： 對機器進行全面評估和測試，以檢測諸如絕緣老化、過熱或零件磨損等問題。
- 零件更換： 淘汰已達到使用壽命終點且性能下降的零件，例如冷卻或絕緣零件。
- 效率提升： 合理分配負載，將電壓調節至與系統相容的水平，並重新調整控制參數以消除系統壓力。
確保變壓器系統的整體可靠性
除了定期檢查外，全面且定期的維護保養能夠確保變壓器系統的可靠性。這些檢查有助於發現可能出現的潛在問題，例如過熱、絕緣老化或油污染。
防護裝置
突波保護器和溫度監測設備可防止電壓升高、過載和過熱。
優質材料
採用優質材料及最高等級絕緣材料的合理系統設計可延長設備使用壽命
冷卻系統
有效的冷卻機制可在負載期間散熱，從而降低運轉應力。
常見問題
Q：變壓器油檢測中的溶解氣體分析（DGA分析）是什麼意思？它的意義是什麼？
A: 溶解氣體分析（DGA）是變壓器偵測方法之一，用於檢測絕緣油中是否有氣體生成。該方法包括抽取油樣，並在實驗室中使用氣相層析法進行分析。 DGA 可以檢測由熱故障、電弧放電、油過熱或油氧化等原因產生的溶解氣體的濃度。透過 DGA 檢測進行精確測量，可以及早發現變壓器故障，延長變壓器壽命，並保護絕緣系統和絕緣油。
Q：DGA油品測試中分析哪些氣體？這些氣體能提供哪些資訊？
A: 在溶解氣體分析 (DGA) 測試中，會測量多種氣體，包括氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和碳氧化物。氣體的生成模式具有重要的參考價值：氫氣和甲烷通常指示熱故障或低溫過熱，而高濃度的乙烯和乙烷則表示高溫熱降解，乙炔的存在則主要指向電弧放電或嚴重放電。透過解讀 DGA 結果和氣體比例，可以檢測變壓器故障，並確定問題是與熱故障、電氣故障或油故障有關。
Q：氣相層析法在溶解氣體分析測試中扮演什麼角色？
A: 氣相層析法是溶解氣體分析中最常用的分析技術。實驗室利用氣相層析法分離定量分析絕緣油中溶解的氣體濃度。 結果準確 DGA。由於 DGA 非常敏感，採用氣相層析法可以提高測試的準確性，並為變壓器測試和預防性維護決策提供可靠的解釋。
Q：如何解讀溶解氣體分析（DGA）結果以精確定位變壓器故障？
A: 溶解氣體分析 (DGA) 結果的解讀包括考慮溶解氣體的絕對濃度、氣體比例以及隨時間的變化趨勢。已建立的解讀方法和演算法將氣體分佈模式與特定的故障模式連結起來，例如不同溫度範圍內的熱故障、電弧放電（乙炔的存在）、局部放電或油氧化。將 DGA 解讀與變壓器設計、溫度歷史和油質等資訊結合，可以全面了解變壓器的故障和剩餘使用壽命。
Q：DGA 能否辨識出諸如油氧化或絕緣層老化等輕微問題？
A: 是的，DGA分析甚至可以在災難性故障發生之前，檢測出油氧化和絕緣系統劣化產生的氣體。碳氧化物和某些碳氫化合物含量的增加是油氧化以及絕緣液和絕緣系統老化的跡象。定期進行DGA測試可以提供趨勢數據，這對於評估礦物油和絕緣油的狀況、預測絕緣老化以及製定維護計劃以延長變壓器壽命非常有幫助。
Q：哪些因素會影響DGA測試的準確性？可以採取哪些措施來控制這些因素？
A: 採樣誤差、污染、樣本體積不正確、採樣時環境溫度的影響、實驗室操作流程等因素都會影響測試的準確性。為了控制這些因素，在採集油樣時應嚴格遵循採樣規程，使用必要的容器，確保標籤清晰，並選擇一家在氣相層析分析方面經驗豐富的實驗室。採樣地點和操作流程的一致性可以降低變異性，並提高DGA油樣分析結果及其解讀的可靠性。
參考
- 油中氣體分析可檢測故障綜述
本文介紹了DGA結果及其與變壓器故障的相關性。
詳情 - 基於新型特徵的溶解氣體分析方法
這項研究重點介紹了DGA在檢測油浸式變壓器早期故障的應用。
詳情 - 變壓器診斷綜述
本文強調了溶解氣體分析在決定變壓器狀況的重要性。
詳情 - 請閱讀NRC.gov上的指南。中國頂級油浸式變壓器製造商和供應商
