A05-比值法在电力变压器DGA数据诊断中的应用及乔亚军的改进
培训机构教务系统
比法电力变压器DGA数据
在诊断中的应用与改进
乔亚军1、陆国俊1、袁强1、张冠军2
(1广东电网公司广州供电局试验研究所，广州510410
2西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安，710049 )
摘要：油中溶解气体分析(DGA )可不间断采油，检测诊断油浸电力设备绝缘情况，易于实现
易受干扰、灵敏度高等明显优点被认为是监测和诊断油浸电力变压器早期故障、预防灾难性事故的最佳方法
一个。 根据油中瓦斯含量和故障结果的统计规律，国内外学者总结了多种有效的比值方法。 本文针对改良电
协研法、IEC三比法、Dornenburg判定法、德国四比法、HAE三角图法、简化Duval法和TD图法7个国家
国内外采用的方法是根据对500多项现场采集数据的诊断结果，分析比较了各种方法的优缺点，并针对缺点提出的
提出了相应的改进和建议。
关键词：变压器，DGA，比值法，故障诊断，放电，过热
1引言
1973年，Halstead对油中分解的碳氢
态化合物的生成过程进行了热力学理论分析
[1][2]该理论指出，随着温度的升高，它会析出
按照速度达到最大值的顺序为H2、CH4、
C2H6、C2H4、C2H2。 Halstead假说是应用
油中溶解气比法诊断和估算设备故障类型
测量热点温度的理论基础。 在此基础上，渐渐地
发展了Rogers法、三比法、电协研法和改性
良电协研法等[3]。 实践证明：变压器油中
溶解气体分析(Dissolved Gas-in-oil Analysis，
DGA )技术是目前电力系统中油浸电力的设置
使用的重要监视手段，它比较及时
发现变压器内部存在潜在故障，采用电气
用气体试验方法很难快速发现部分局部故障。 因为
这公布了1997年实施的电力设备预备试验规程
中，初步加入了变压器油的气相色谱分析
的位置，国内外制造商也用它来检查各项
项例行试验前后的变化情况，以及变压器
工厂提供的大型变压器产品附带DGA在线
监视警报系统。
一般根据色谱分析数据进行内部故障诊断
断时，应包括以下内容[4][5] :
判定高度等有无故障或故障类型
温过热、高能放电、火花放电等；
判断故障情况，包括热点温度、严重程度等
重量和发展趋势等
判断故障的原因及其部位，如热性
故障、电路和磁路故障的原因及其部位；
提出适当的处理措施，能否继续
运行和操作中的技术安全措施和监控
根据需要加强，如是否需要检查手段或吊盖等
监视应该给出以下试验的周期。
为了将DGA规范应用于油浸设备，国家
国际电工委员会制定了油中溶解专用的气体成分
国际导则IEC567和IEC60599，国内制
订购了GB7252和DL/T722-2000。 本文结合目的
以前的IEC标准、电力行业标准、国内外的现在
色谱诊断方法有7种应用范围广泛，
操作性高的比较方法应对了这些方法
和改善。
两种比法的介绍
DGA经过多年的发展，国内外许多专家
积累了许多宝贵的经验，总结出了许多可靠的事情
性高的方法，本文选取其中7种进行讨论
舆论。 以下7种方法目前在国内外应用较为普遍
普遍，特别是改进电协研法和IEC三比法，
在变压器的气相色谱分析中效果显著。
(1)改良电协研法(6)。
1979年，日本电协研究会有156台发生了故障
变压器油中溶解气体分析数据和Rogers法
与IEC法验证后，提出电协研法。 电协研究所
法简化了故障分类并进行了编码
的比值范围的上下限有了更明确的规定
我不认为实际上故障类型会重叠
代码组合，且编纂IEC法的“010”和“001”
删除代码组合也不符合实际情况。 有很多研究
因为电气协研法显示对部分故障还无能为力，
我国对电协研法编码的小组合作进一步修改
随后，提出了改进电协研法[3]。 我国电力公司
业界标准的DL/T 722-2000以此为指南进行了变更
高压釜色谱。
(2) IEC三比法[7]
1977年，Rogers法经过IEC审议进行
修改后，删除C2H6/CH4的判断标准，直接使用
C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三者之比
进行判别，确定新的比值法，即
IEC法在国内多被称为IEC三比法。
IEC60599以此为指南进行了变压器的色谱分析
分析。 新的指导方针将过去的8种故障类型
六种故障类型使分类更粗糙，但效果更好
活下去。
(3) Dornenburg判定法[8]
1970年，Dornenburg过热和
电气故障的C2H2/C2H4和CH4/H2两比的判定
法律。 该方法与两种气体之比CH4/H2
在对数坐标上绘制C2H2/C2H4，按比例
在图区域中确定故障类型。 1974年，
Dornenburg基于两比判断法，完善
四比法(CH4/H2、C2H2/C2H4、
C2H6/C2H2和C2H2/CH4 )，并针对不同的故障类型
的比值范围得到了一些改进。
(4)德国四比法[3]
1974年，德国《电力经济》发表了德国
四比法、四比值分别为CH4/H2、C2H6/CH4、
C2H4/C2H6和C2H2/C2H4多于IEC三比值法
得出了C2H6/CH4的判断标准。 该方法判断标准过多，故障类
类型划分、故障类型具体，这是导致判断遗漏的原因
率很高。
教学质量
以H2、C2H4、C2H2三种成分的相对含量计
基础三角图法，简称HAE法，这位是
法以烷烃为判断依据，不便考虑烯烃
烃和烷烃的比例发生了变化，估计这是局部过热
温度的高低是不利的，但作为经验性的判断标准
也可以作为参考。
(6) Duval法的简化[3]
1974年Duval(duval )提出了duval
法[3]，该方法采用CH4、C2H4、C2H2三种气体
含量占三种气体含量总和的百分率和Duval
方图确定故障类型。 1981年正在验证Duval
基于法，简化并提出了Duval法
被称为简化Duval的更简单的2-比例法
法，也就是坐标法。 该方法在C2H2和C2H4中分别
CH4、C2H2、C2H4占三者之和的比例分别为
绘制纵、横轴，设氢烃总含量为H2
以量的百分比作为辅助判断标准。
(7) TD图法：过热放电作图法([9]
由于变压器内部存在高温过热和放电性
残疾时，大多数情况下C2H4/C2H63[10]，篇
代码是2。 因此，可以从三比中选择剩下的两个
构成直角坐标系，以CH4/H2为纵轴，
C2H2/C2H4为横轴，即构成了t (过热) d )放电)
照片。 由此可见，TD图判定法主要用于区分
变压器是过热性故障还是放电性故障，
兼有气体成分谱法和三比法的优点，
能够迅速且正确地判断故障性质，能够直观地相反
反映出故障的发展趋势。
3各种方法的分析与比较
本项目团队多年来积累了现场实测数据
564组，根据这些数据上述七种常规方法
进行了一些分析和比较，总结了优缺点，并针对
他们的不足将进行一些分析和改进。
3.1故障类型划分
本文收集了564组现场变压器的DGA数
据说其故障原因是事故后或停运后的实际检查
结果，通过应用这些数据，可以很好地验证7种比
值法诊断结果的有效性。 为了便于后续分析
进行比较，根据其故障类型对数据进行统计分类，
适当的分类标准如下
热故障
具体来说是中低温过热(300以下)
高温过热(300以上)。 热故障的原因
有：导线过电流； 铁心部分短路，多点接地，
形成环流； 分接开关接触不良； 不进行配线焊接
良； 电磁屏蔽差，集中漏磁； 油道堵塞，
影响散热。
电气故障
电气故障原因是绕组匝间、层
间、相间绝缘击穿； 导线闪络或断裂
% E3 % 82 % BF % E3 % 83 % 83 % 83 % E3 % 83 % 97 % E3 % 82 % B9 % E3 % 83 % 83 % E3 % 81 % E3 % 81 % 8c % E5 % 95 % 85 % e9 % 9a % 9c % E3 % 81 % AE % E5 % BD % a2 % E6 % 88 % 90 % E3 % 81 % af % E3 % 82 % A8 % E3 % 83 % 8d % E3 % 83 % a3 % a3 % 83 % a3 % a3 % a3 % a3 % a3 % a3 % a3 % a3 3 % 81 % a3 % E3 % 81 % a63 % E7 % A8 % AE % e9 % a1 % 9e % E3 % 81 % ab % E5 % 88 % 86 % E3 % 81 % 91 % E3 % 82 % 89 % E3 % 89 % 83 % 81 % E3 % 83 % 81 3 % 82 % A8 % E3 % 83 % 8d % E3 % 83 % ab % E3 % 82 % AE % E3 % 83 % BC % E3 % 81 % AE % 82 % a2 % E3 % 83 % BC % E3 % 82 % E3 % 83 % BC % E3 % 81 % AE % e9 % 9a % 99 % e9 % 96 % 93 % E3 % 81 % AE % E7 % 81 % ab % E8 % 8a % B1 % E6 % 94 % be % e9 % e9 % 83 % ab % E3 % 82 % AE % E3 % 83 % BC % E3 % 81 % AE % e9 % 83 % A8 % E5 % 88 % 86 % E6 % 94 % be % e9 % 9b % bb % E3 % 80 % 80 % E3 % 80 % AE % 80 % 88 % 88 % AE c % E3 % 82 % af % E6 % 94 % be % e9 % 9b % bb % E3 % 81 % AE % E5 % 8e % 9f % E5 % 9b % A0 % 3a % E6 % B7 % B1 % E5 % 88 % bb % E7 % 9f % ad % E7 % b5 % a1 % E3 % 80 % 81 % E7 % b5 % B6 % E7 % b8 % 81 % E5 % a4 % a7 % e9 % 9d % a2 % E7 % a9 % 8d % E7 % E7 % a9 % 8d % E7 % E7 % B7 % b8 % B7 % B7 % B7 % b 88 % bb % E3 % 81 % aa % 0a % e9 % 89 % 84 % E8 % 8a % af % E3 % 81 % 8c % E7 % 87 % 83 % E3 % 81 % 88 % E3 % 81 % a6 % E3 % 81 7 % E3 % 83 % a7 % E3 % 83 % BC % E3 % 83 % 88 % E3 % 81 % 99 % E3 % 82 % 8b % E3 % 80 % 82 % 20 % E7 % 81 % ab % E8 % 8a % B1 % E5 % 8e % 9f % E5 % 9b % A0 % E3 % 81 % af % E3 % 80 % 81 % E3 % 83 % BC % E3 % 83 % 89 % E7 % B7 % 9a % E3 % 83 % aa AE % 9a % E3 % 81 % aa % e9 % 89 % 84 % E5 % BF % 83 % E6 % 8e % a5 % 0a % E5 % 9c % B0 % ef % BC % 9b % 20 % E3 % 82 % BF % ef % ef 9 % af % ef % BC % 9b % 20 % E3 % 82 % B9 % E3 % 83 % aa % E3 % 83 % 86 % BC % E5 % B0 % 8e % e9 % 9b % bb % E3 % 83 % E3 % 83 % AE % E6 % 8e % a5 % E8 % a7 % a6 % E4 % b8 % 8d % E8 % 89 % af % E3 % 80 % 82 % 20 % e9 % 83 % A8 % E5 % 88 % 86 % E6 % 94 % E6 % 8a % 9c % E3 % 81 % 8d % E3 % 82 % B7 % E3 % 83 % BC % E3 % 83 % 88 % E3 % 81 % a7 % E3 % 81 % 82 % E3 % 82 % 8b % 0a % E3 % 88 1 % AE % e9 % 83 % A8 % E5 % 88 % 86 % E6 % 94 % be % e9 % 9b % bb % ef % BC % 9b % 20 % e9 % 87 % 91 % E5 % B1 % 9e % E3 % 81 % be % e9 % 9b % bb % ef % BC % 9b % 20 % E3 % 81 % 93 % E3 % 81 % A8 % E3 % 81 % 8d % E7 % 99 % ba % E7 % 94 % 8ch4% E3 % 81 % a7 % E3 % 81 % 82 % E3 % 82 % 82 % 8b % E3 % 80 % 82 % 0a % E3 % 81 % 84 % E3 % 81 % 9a % E3 % 82 % 8c % E3 % 81 % 81 % E3 % 81 % 81 % E7 % b8 % 81 % E3 % 81 % 8c % E4 % bb % 8b % E5 % 9c % A8 % E3 % 81 % 81 % a6 % E3 % 81 % 84 % E3 % 82 % 8c % E3 % c % E7 % 99 % ba % E7 % 94 % 9f % E3 % 81 % 99 % E3 % 82 % 8b % E3 % 80 % 82 % 0a % E2 % 91 % a2 % E6 % 94 % be % e9 % 9b % bb % e9 % 9a % 9b % E3 % 81 % AE % e9 % 81 % 8b % E8 % bb % a2 % E3 % 81 % a7 % E6 % 95 % 85 % e9 % 9a % 9c % E3 % 81 % 8c % E7 % a7 % 0a % E6 % 80 % a7 % E6 % 95 % 85 % e9 % 9a % 9c % E3 % 81 % 8c % E4 % b8 % bb % E3 % 81 % a7 % E3 % 80 % 81 % E5 % A0 % B0 % A0 % b5 % A0 % B0 % A0 % A0 % BC 7 % 9a % 84 % E6 % 95 % 85 % e9 % 9a % 9c % E3 % 81 % 8c % E4 % b8 % bb % E3 % 81 % a7 % E3 % 81 % 82 % E3 % 82 % 8b % E3 % 80 % 83 % 90 % E3 % 83 % BC % E3 % 83 % 92 % E3 % 83 % BC % E3 % 83 % 88 % E3 % 81 % A8 % E5 % 90 % 8c % E6 % 99 % 82 % E3 % 81 % E3 % 81 % BC E3 % 81 % 8f % E3 % 80 % 812 % E3 % 81 % a4 % E3 % 81 % AE % E6 % 95 % 85 % e9 % 9a % 9c % E3 % 81 % ab % E3 % 82 % 88 % E3 % 88 % E3 % 82 % 89 % E3 % 81 % 8b % E3 % 81 % aa % E3 % 82 % 88 % E3 % 81 % 86 % E3 % 81 % ab % E3 % 80 % 81 % E3 % 81 % 93 % E3 % a3 % 81 % aa 3 % 81 % a6 % E3 % 80 % 81 % E7 % B7 % 8f % E7 % a7 % B0 % E3 % 81 % 97 % E3 % 81 % a6 % E6 % 94 % be % e9 % 9b % bb % E5 % 85 % 84 % E3 % 81 % a7 % E3 % 81 % 99 % E3 % 80 % 82 % 0a % E5 % 88 % 86 % e9 % a1 % 9e % E5 % be % 8c % E3 % 81 % AE % E7 % b5 % % E3 % 80 % 82 % 0a % E8 % a1 % a81 % E7 % 94 % 9f % E3 % 83 % 87 % E3 % 83 % BC % E3 % 82 % BF % e9 % 9a % 9c % E5 % AE % B3 % B3 % % E3 % 82 % a4 % E3 % 83 % 97 % E3 % 81 % a7 % E4 % BD % 8e % E6 % b8 % a9 % e9 % 81 % 8e % E7 % 86 % B1 % e9 % ab % 98 % E6 % BC % E6 % 94 % be % e9 % 9b % bb % e9 % ab % 98 % E3 % 82 % A8 % E3 % 83 % 83 % ab % E3 % 82 % AE % E3 % 83 % BC % EC 1 % AE % E4 % bb % 96 % E3 % 81 % AE % E5 % 8e % 9f % E5 % 9b % A0 % 0a % E3 % 83 % 87 % E3 % 83 % BC % E3 % 82 % BF % E3 % 82 % E6 % 96 % B9 % E6 % B3 % 95 % E3 % 81 % AE % E6 % af % 94 % E8 % BC % 83 % 0a hae % E4 % b8 % 89 % E8 % a7 % 92 % E5 % 9b % bb
针对两种故障类
模具判断正确，
复盖很广的范围
漏判率高，正确
混合故障类型
处理不好
对于过热故障
判定率高
对低能量放电正判定率
很低，无法分辨局部配置
对电气、高温过热进行正确判断
效率高
复盖很广的范围，
误判率低
对放电障碍为正
判决率不高，正确
热故障比较准确
太区分了
热、放电
两种故障
好啊
上述表中，t表示判定率，l表示判定遗漏率。
当数据集数量为n时，n-1表示该方法可以
要处理的数据集数量，N2表示无法使用该方法处理
的数据集数量
L=N2/N
T=N1/(N-N2 )
以对7种方法的正确判定率、泄漏判定率等进行
进行分析，结合前一节各比率的分析结果，
得到以下结论。
关于在比范围内的故障，有上述7种
法律的正确率都达到了80%左右，但无法比较
无法判断值范围内的故障，导致判断遗漏；
大多数诊断方法对高能放电和低能
放电识别能力不足
局部放电、湿气等故障原因较大
无法根据诊断方法进行判断
故障类型划分越粗略，正判率越高
高但过于简单的故障类型划分实际上是不利的
故障的进一步判断；
单一诊断方法协同工作多个故障
是的，诊断结果经常出现误差。
四比法的改进及建议
4.1引入C2 H2/C2 H6区分放电能量
前一节中7种方法对放电和过热有2个较大的比
虽然可以很好地诊断出大致的故障
C2H4/C2H6可以区分故障温度的高低，因此是合适的
重点区分电气故障。
首先，对放电系统故障内部进行分析：电
故障产生的气体主要是H2和C2H2，其次是
教务网教务系统
一种主要气体由一种次要气体，例如C2H2/C2H4，
这种方式可以得到6种组合，所以采用C2H2
作为分子，分母分别为C2H4、
只有C2H6和CH4，这里是C2H2/C2H6的统计直方图
进行搜索，如图7所示。
低能放电直方图
0
20
40
60
3 5 7 9 10其他
C2H2/C2H6
频率
频率
高能放电直方图
0
20
40
3 5 7 9 10其他
C2H2/C2H6
频率
频率
图7低能和高能放电的C2H2/C2H6比分布
从图1可知，边界点约为9，
90%以上低能量放电的C2H2/C2H6比为9
以下，80%以上高能量放电C2H2/C2H6之比为9
到此为止。 由此可知，该判断标准能够很好地区分放电
能量。 结合图1统计情况，辅助判断标准如下
确定故障为放电性故障后，C2H2/C2H69时
是低能量放电，在C2H2/C2H69的情况下是高能量放电。 例如
以下两组数如表3所示。 七种方法是正确的
分析这两组数据，改进电协研法，
Dornenburg判定法、德国四比法、HAE三角图法
TD图法诊断结果与高能放电、IEC三比值法
简化Duval法的诊断结果为低能放电。 辅助判断
根据，计算C2H2/C2H6，如表3的第七列所示，其值是明显的
远远大于9，所以故障类型应该是高能放电，
这与数据的实际故障一致。 由此可见，这一补助
辅助标准在一定条件下可以区分放电能量的高度
很低。
表3验证辅助判断标准有效性的色谱数据(单位： ppm ) ) )。
组数h2ch 4c2h6 C2 H4 C2 H2 C2 H2 C2 H2 H2 H2/c2h 6
1 199 21 0.1 40 144 1440
2 813 186 15 249 1001 66.7
4.2诊断方法的融合运用
由上述分析可知，故障系统
类型分类越细，正判率越低的故障类型越分类
粗略地说，正的判定率高，但如果区分太粗，则对故障不利
的正确判断。 而且根据变压器故障本身的因果
关系的客观不确定性与测试数据的主观判断边缘
境界也与此不同，决定了比法很难让工作满意
工程应用的要求。 但事实上，我们还可以做更多
分方法融合诊断，提高正确率。
首先采用模糊判断方法，只需判断为大
放电和过热两种身体故障类型如下
有助于故障的初步识别，也不易漏诊。 接下来
能够用故障分类细致的诊断方法诊断故障
仔细判断类型，最后经过综合分析，得到
正确的故障类型。
例如，电协研法根据故障的大致类型(放电、
过热)判断比较准确，模糊电协研法
的主要分析方法进行了判断，判断故障为放电还原
过热了。 初步判断故障种类后，再决定使用哪一种
制定方法进行下一步判断，如果是放电故障就使用
Dornenburg法进行下一步的判断，过热故障是
用三比法进行以下判断，最后组合各种
试验结果综合分析故障原因。 如表3所示
所示的两组数据由TD图判断的结果是电的
故障，然后用Dornenburg法进一步细分故障
因为高能量放电。
可以采用这种诊断思路，同时减少泄漏
判决率一方面可以提高正的判决率。
5结论
本文总结了变压器DGA数据的七种常
诊断方法结合收集的564组现场变压器
利用色谱数据对这7种方法进行了分析和比较。
证实了这7种方法的判定率均可达到80%左
右边，但漏检率和故障情况的细分没有正确限制
方法的有效性。 为了解决这些问题，提出了增加
判断标准和诊断方法将两种测定方法融合并相通
通过实例，验证了两种策略的有效性。
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作者简介：
乔亚军(1982-)，助理工程师，男，研究方向为高电压
设备带电测试技术，联系电话： 020-87125597。