¿Cuáles son los gases disueltos en el aceite de los transformadores? Siete características de fallo del gas en detalle
发布时间：15 de mayo de 2026 10:09:25
- gas defectuosoCuando se produce un sobrecalentamiento interno o un fallo de descarga en un transformador sumergido en aceite, el aceite aislante y los materiales aislantes sólidos se descomponen y producen un gas característico disuelto en el aceite; el componente y el contenido del gas reflejan directamente el tipo y la gravedad del fallo.
- Siete gases esencialesHidrógeno (H₂), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄), etano (C₂H₆), etileno (C₂H₄), acetileno (C₂H₂), cada uno de los cuales corresponde a un modo de fallo diferente.
- Principios de diagnósticoLa combinación de gases generados por diferentes tipos de avería tiene un nivel de regularidad característico, y el tipo de avería puede identificarse con precisión analizando la relación entre la concentración y la proporción de cada gas.
- Medios de detecciónSistema de monitorización en línea: El sistema de monitorización en línea completa automáticamente todo el proceso de extracción, desgasificación, separación y detección del petróleo, y puede emitir simultáneamente la concentración precisa de siete gases en un único análisis.
1. Mecanismo de generación de gas defectuoso
Durante el funcionamiento normal de un transformador, el aceite aislante y los materiales aislantes sólidos envejecen lentamente debido a las tensiones eléctricas, térmicas y mecánicas, produciendo trazas de gas disuelto en el aceite. Cuando se produce una anomalía interna -ya sea un sobrecalentamiento localizado, un sobrecalentamiento general o una descarga eléctrica-, la correspondiente rotura de la cadena molecular orgánica se acelera drásticamente y la tasa de producción de gas aumenta exponencialmente.
El recalentamiento a diferentes temperaturas actúa sobre diferentes estructuras moleculares para producir diferentes productos de craqueo; diferentes tipos de descargas (descargas parciales, descargas de chispa, descargas de arco) liberan niveles de energía muy diferentes, lo que da lugar a tipos y proporciones de gases muy diferentes. Esta es la base científica del diagnóstico de averías mediante el análisis de los gases disueltos en el petróleo.
2. Tabla de referencias cruzadas de los siete gases característicos
| Nombre del gas | fórmula química (por ejemplo, agua H2O) | Principales tipos de fallos | mecanismo de producción | Características principales |
|---|---|---|---|---|
| hidrógeno (gas) | H₂ | Descarga parcial, descarga de baja energía, corona | Las moléculas de aceite rompen el enlace C-H en presencia de un campo eléctrico para producir la unión de radicales de hidrógeno | El gas más ligero, el más propenso a escapar del petróleo; la primera señal de problemas |
| metano CH4 | CH₄ | Sobrecalentamiento a baja temperatura en aceite (300~500°C) | Las cadenas de alcanos del aceite se rompen a temperaturas moderadas para formar radicales metilo | Marcador de sobrecalentamiento a baja temperatura, a menudo concomitante con etano. |
| etano (C2H6) | C₂H₆ | Sobrecalentamiento a baja temperatura en aceite (300~500°C) | Unión de dos radicales metilo o roturas de cadena de C₂. | Confirmación de fallos térmicos de baja y media temperatura cuando van acompañados de metano |
| vinilo | C₂H₄ | Sobrecalentamiento a alta temperatura en aceite (>500°C) | Rotura masiva de enlaces C-C a altas temperaturas para recombinarse en hidrocarburos insaturados. | Signo de sobrecalentamiento a alta temperatura, que se produce en gran número a temperaturas superiores a 500°C. |
| etileno C2H2 | C₂H₂ | Descarga de arco, descarga de alta energía | Formación de enlaces triples de C≡C a temperaturas de arco muy elevadas. | Los fallos de descarga son indicadores decisivos, las trazas requieren una investigación de la parada |
| monóxido de carbono CO | CO | Sobrecalentamiento o deterioro de materiales aislantes sólidos | Descomposición de la celulosa en el papel/cartón aislante bajo la acción del calor | La relación CO/CO₂ es un parámetro central para determinar el grado de envejecimiento del aislamiento |
| dióxido de carbono CO2 | CO₂ |
3. Valor diagnóstico detallado de cada gas
3.1 Hidrógeno: el precursor más sensible del fallo
El hidrógeno es el gas de avería de menor peso molecular y más rápida difusión. Casi todos los tipos de averías producen inicialmente hidrógeno, lo que lo convierte en el indicador más sensible pero menos específico. El hidrógeno elevado por sí solo suele apuntar a una descarga parcial o corona; si va acompañado de niveles elevados de otros gases de hidrocarburos, se requiere un juicio más profundo de acuerdo con la ley de combinaciones.
3.2 Gases hidrocarburos - Indicadores de clasificación para fallos térmicos
El metano y el etano representan el sobrecalentamiento a baja temperatura, el etileno representa el sobrecalentamiento a alta temperatura y el acetileno representa la descarga de arco. La proporcionalidad de estos cuatro gases hidrocarburos es la base central para determinar el rango de temperatura y el nivel de energía del fallo. Por ejemplo, cuanto mayor es la relación etileno/etano, mayor es la temperatura de recalentamiento; una vez que el acetileno está presente, por baja que sea la concentración, significa que hay una descarga grave.
3.3 Óxidos de carbono: indicadores de vida útil de los aislamientos sólidos
El CO y el CO₂ proceden de la descomposición térmica del papel y el cartón aislantes, que es una fuente completamente distinta de los gases hidrocarburos producidos por la descomposición del aceite. un aumento de la relación CO/CO₂ suele significar que el aislamiento sólido está envejeciendo a un ritmo acelerado. Esta parte de los datos es esencial para evaluar la vida útil restante global del transformador.
4. Correspondencia entre combinaciones de gases y tipos de fallos
4.1 Modos de fallo térmico
Sobrecalentamiento de aceite puro (por ejemplo, sobrecalentamiento local debido a un mal contacto con el cambiador de tomas en carga): principalmente metano y etileno, pequeñas cantidades de etano, casi nada de acetileno. Sobrecalentamiento de aislamiento sólido: CO y CO₂ significativamente superiores a los gases de sobrecalentamiento del aceite.
4.2 Modos de fallo de la descarga
Descarga localizada: predomina el hidrógeno, acompañado de una pequeña cantidad de metano. Descarga de chispa: hidrógeno + acetileno al mismo tiempo, el contenido de acetileno no es elevado. Descarga de arco: el acetileno aumenta bruscamente, mientras que el etileno y el hidrógeno crecen sustancialmente, la señal de fallo más grave dentro del transformador.
5. Preguntas más frecuentes
5.1 P. ¿Cuál es el valor normal de los gases disueltos en el petróleo?
R: Los valores de gas varían para transformadores de diferentes niveles de tensión y capacidades. En términos generales, el valor de la nota de hidrógeno del transformador en funcionamiento es de unos 150 μL/L, el valor de la nota de acetileno es de unos 5 μL/L (220kV y superiores), y el valor de la nota de hidrocarburo total es de unos 150 μL/L. Los valores específicos deben determinarse consultando el informe de pruebas de fábrica del equipo y las normas de funcionamiento.
5.2 P. ¿Por qué el hidrógeno es elevado y los demás gases normales?
R: Esta situación suele apuntar a descargas parciales o de corona. Debido a que la descarga de baja energía es principalmente romper el enlace C-H para producir hidrógeno, no es suficiente para romper el enlace C-C para producir gases de hidrocarburos. Pero también es necesario excluir el agua en el hidrógeno de electrólisis de aceite, materiales de acero inoxidable de hidrógeno catalítico y otros factores no culpables.
5.3 P. ¿La presencia de acetileno implica necesariamente un fallo?
R: La presencia de acetileno en un transformador en funcionamiento requiere una gran atención. Incluso si la concentración es muy baja (1~2 μL/L), es necesario acortar el periodo de prueba y realizar un seguimiento intensivo. Si el acetileno muestra una tendencia ascendente continua, se confirma básicamente que hay un fallo de descarga interna, y debe disponerse la parada para su inspección lo antes posible.
5.4 P. ¿Cómo se interpreta la relación CO/CO₂?
R: Una relación CO/CO₂ superior a 0,1 o un aumento constante indican que el aislamiento sólido está sufriendo un envejecimiento térmico anormal. Cuanto mayor sea la relación y más pronunciada sea la tendencia, más rápido estará envejeciendo el aislamiento. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el CO y el CO₂ también aumentarán lentamente al principio del funcionamiento de un transformador nuevo, lo cual es un proceso de envejecimiento normal.
5.5 P. ¿Qué ocurre con las discrepancias entre los datos de gases procedentes del control por cromatografía de aceite en línea y fuera de línea?
R: Es normal que haya algún error entre el control en línea y la detección fuera de línea, debido a los diferentes métodos de muestreo, métodos de desgasificación, diferencias de detectores, etc. La clave es buscar una tendencia coherente. La clave es ver si la tendencia es coherente: si ambos muestran el mismo gas aumentando continuamente, aunque haya una diferencia en el valor absoluto, debe tomarse la tendencia para determinar el fallo.
6. ¿Cómo pueden utilizarse los datos sobre el gas para orientar las decisiones de O&M?
6.1 Establecimiento de líneas de base de gases - Debe establecerse una "línea de base de huellas dactilares" para cada gas lo antes posible tras la puesta en servicio o la revisión del equipo, y todos los análisis posteriores deben basarse en la línea de base como referencia.
6.2 Céntrese en las tendencias y no en puntos concretos: una anomalía puntual en los datos puede ser un error de muestreo o de detección; una tendencia ascendente continuada es una verdadera señal de alarma. La ventaja de la supervisión en línea es que proporciona datos densos sobre tendencias.
6.3 Juicio conjunto de gases múltiples: no sólo se examina un único gas, sino también la combinación de gases y la relación de proporciones, combinada con el método de las tres proporciones o el método del Triángulo de David para obtener un diagnóstico completo.
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