大型變壓器故障診斷技術(shù)研究

生產(chǎn)技能人員變壓器檢修專業(yè)

級(jí)模塊能力培訓(xùn)培訓(xùn)室二〇一四年三月大型變壓器故障診斷技術(shù)研究匯報(bào)內(nèi)容

1.變壓器故障診斷技術(shù)概述變壓器的故障檢測(cè)技術(shù)是準(zhǔn)確診斷變壓器故障的主要手段，傳統(tǒng)檢測(cè)手段主要有直流電阻的檢測(cè)、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測(cè)、絕緣介質(zhì)損耗角正切檢測(cè)、油質(zhì)檢測(cè)、局部放電檢測(cè)（脈沖電流法）等；隨著技術(shù)的進(jìn)步，又有許多新的技術(shù)得到了發(fā)展應(yīng)用，如油中溶解氣體的色譜分析、繞組變形、油中糠醛含量分析、超聲法局部放電定位技術(shù)等。表1.變壓器檢測(cè)項(xiàng)目及特點(diǎn)序號(hào)序號(hào)序號(hào)序號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)項(xiàng)目可發(fā)現(xiàn)缺陷可發(fā)現(xiàn)缺陷可發(fā)現(xiàn)缺陷可發(fā)現(xiàn)缺陷預(yù)判事故有效性預(yù)判事故有效性預(yù)判事故有效性預(yù)判事故有效性1111直流電阻接觸不良不高2直流電阻接觸不良不高2直流電阻接觸不良不高2直流電阻接觸不良不高2絕緣電阻受潮及貫穿性缺陷不高3絕緣電阻受潮及貫穿性缺陷不高3絕緣電阻受潮及貫穿性缺陷不高3絕緣電阻受潮及貫穿性缺陷不高3吸收比受潮不高4吸收比受潮不高4吸收比受潮不高4吸收比受潮不高4極化指數(shù)受潮不高5極化指數(shù)受潮不高5極化指數(shù)受潮不高5極化指數(shù)受潮不高5介質(zhì)損耗受潮不高6介質(zhì)損耗受潮不高6介質(zhì)損耗受潮不高6介質(zhì)損耗受潮不高6局部放電電暈放電、懸浮放電、沿面放電、絕緣損傷高7局部放電電暈放電、懸浮放電、沿面放電、絕緣損傷高7局部放電電暈放電、懸浮放電、沿面放電、絕緣損傷高7局部放電電暈放電、懸浮放電、沿面放電、絕緣損傷高7繞組變形繞組受電動(dòng)力或外力后發(fā)生局部變形或整體位移高8繞組變形繞組受電動(dòng)力或外力后發(fā)生局部變形或整體位移高8繞組變形繞組受電動(dòng)力或外力后發(fā)生局部變形或整體位移高8繞組變形繞組受電動(dòng)力或外力后發(fā)生局部變形或整體位移高81.變壓器故障診斷技術(shù)概述在變壓器故障診斷中應(yīng)綜合各種有效的檢測(cè)手段和方法，對(duì)得到的各種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析和評(píng)判。不可能具有一種包羅萬(wàn)象的檢測(cè)方法，也不可能存在一種面面俱到的檢測(cè)儀器直接就能對(duì)故障做出有效的診斷，只有通過(guò)各種有效的途徑和利用各種有效的技術(shù)手段，同時(shí)結(jié)合變壓器的運(yùn)行狀況、檢修情況、外部環(huán)境等因素，進(jìn)行相互補(bǔ)充、驗(yàn)證和綜合分析判斷，才能取得較好的診斷效果。2.變壓器故障檢測(cè)手段變壓器故障檢測(cè)手段很多，這里選三種比較有效的進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享A：油中氣體含量分析B:繞組變形測(cè)試C:油中糠醛含量分析2.變壓器故障檢測(cè)手段

2.1油色譜大量故障診斷的實(shí)踐證明，通過(guò)變壓器油中氣體含量的分析，可發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障和早期發(fā)展性故障。變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，分解出極少量的氣體，主要有氫、甲烷、乙烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱性故障、放電故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加。2.1油色譜——經(jīng)驗(yàn)分享經(jīng)驗(yàn)分享:溫度越高（100度到800度），放電能量越大（爬電、閃絡(luò)、放電、擊穿），油分子被破壞的碳鏈越短，氫原子數(shù)量越少。2.1油色譜——經(jīng)驗(yàn)分享經(jīng)驗(yàn)分享:（1）隨著溫度的升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依次為乙烷、甲烷、乙烯、乙炔。（2）油過(guò)熱（裸金屬過(guò)熱、油道堵塞等造成），產(chǎn)生甲烷、乙烯，伴隨氫氣、乙烷。（3）油紙過(guò)熱，產(chǎn)生甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳，伴隨氫氣、乙烷。（4）油中局放，產(chǎn)生乙炔、氫氣。（5）油紙中放電，產(chǎn)生氫氣、甲烷、乙炔、一氧化碳，伴隨乙烷、二氧化碳。（6）油中水分和氣泡，產(chǎn)生氫氣。2.變壓器故障檢測(cè)手段2.2繞組變形繞組變形試驗(yàn)可有效判斷變壓器在發(fā)生出口短路或近區(qū)短路故障后，變壓器的繞組變形程度，目前，電力系統(tǒng)一般將新安裝即將投運(yùn)的變壓器進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)，將頻譜響應(yīng)曲線進(jìn)行保存，以作為變壓器故障后的比較。2.2繞組變形頻率響應(yīng)法基本原理變壓器是一個(gè)復(fù)雜的電阻、電容和電感組成的非線性的分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)向某一個(gè)線端施加不同頻率的電壓時(shí)，在每個(gè)頻率下其他線端得到的響應(yīng)是不同的。即使是線性的，不同頻率下Xl、Xc的變化也有不同響應(yīng)。如果在變壓器正常時(shí)，錄制了某些線端的頻響曲線，而在發(fā)生出口短路后重新錄制相應(yīng)線端的頻響曲線，比較這兩次曲線的重合程度，就可以知道繞組的變形情況。因?yàn)槔@組的變形必然導(dǎo)致分布參數(shù)的變化，從而使頻響曲線也改變。繞組變形時(shí)，頻響特性曲線的變化可以用相關(guān)系數(shù)來(lái)表征。一臺(tái)新的無(wú)損傷的變壓器有一個(gè)頻響特性，當(dāng)繞組變形后，頻響曲線上各點(diǎn)就可能偏離原來(lái)的坐標(biāo)，于是出現(xiàn)了新的一條頻響曲線。比較兩條頻譜曲線的相關(guān)性就可以分析評(píng)估繞組的整體變形情況。頻率響應(yīng)法測(cè)量接線及波形比較正常運(yùn)行的變壓器繞組，三相頻譜特性相關(guān)性好。若發(fā)生事故未造成繞組變形，事故前后的曲線基本重合。繞組變形后，事故前后的曲線明顯偏離且不重合，相關(guān)性差。變形時(shí)曲線峰值會(huì)發(fā)生平移，或增頻，或減頻，峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)幅值分貝數(shù)也會(huì)改變。電力研究院做了大量的探索和實(shí)踐，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，并摸索出一些客觀規(guī)律，如下：（1）110kV及以上大、中型變壓器三相頻響曲線相關(guān)性很好，可以作三相之間相互比較；也可以用同一相投運(yùn)前的頻響曲線為基準(zhǔn)與運(yùn)行后某一時(shí)期頻響曲線作比較，進(jìn)行繞組變形分析。（2）應(yīng)用頻響曲線在1-500kHz頻段的相關(guān)系數(shù)R，可以分析繞組整體變形狀況。當(dāng)R大于0.95時(shí)，繞組無(wú)可見變形；當(dāng)R接近0.9時(shí)有輕微變形；當(dāng)R小于0.9時(shí)，有可見的較嚴(yán)重的變形，甚至有匝間、餅間短路故障。（3）繞組頻響曲線在1-200kHz低頻段的峰值點(diǎn)數(shù)減少，起伏幅度變小，以及在頻率方向位移，可以診斷繞組的局部變形。如低壓側(cè)10kV或35kV內(nèi)柱繞組變形時(shí)，受到擠壓，頻響峰值一般向低頻方向移動(dòng)；110kV和220kV外柱繞組變形時(shí)，受向外拉張力，頻響峰值點(diǎn)一般向高頻方向移動(dòng)。（4）頻響曲線相關(guān)系數(shù)是繞組變形診斷的必要判據(jù)，峰值點(diǎn)數(shù)的減少，移動(dòng)變化是變形診斷的充分判據(jù)，二者應(yīng)綜合應(yīng)用、全面分析。（5）完好的變壓器繞組對(duì)于同一相來(lái)說(shuō)，不同分接位置的頻響曲線相關(guān)性很好，若調(diào)壓繞組發(fā)生變形或分接開關(guān)有故障，位置裝錯(cuò)，則頻響曲線相關(guān)性會(huì)變壞。因此比較同一相不同分接位置的頻響相關(guān)性，可以診斷調(diào)壓繞組、分接開關(guān)的變形和故障。（6）繞組頻譜曲線出現(xiàn)嚴(yán)重的毛刺，表明分接開關(guān)觸頭有嚴(yán)重?zé)齻?，繞組焊頭、導(dǎo)電桿接觸不良。變壓器中有大量的絕緣紙,絕緣紙的主要成分是纖維素((C6H10O5)n),分子式中n為聚合度,纖維素的分子結(jié)構(gòu)式見下圖。

2.3糠醛含量當(dāng)絕緣紙劣化時(shí),纖維素降解生成一部分D-葡萄糖單體,D-葡萄糖單體在變壓器運(yùn)行條件下易分解,最后產(chǎn)生一系列溶解在油中的氧雜環(huán)化合物,其中糠醛(C5H4O2)是絕緣紙因老化裂解產(chǎn)生的主要特征產(chǎn)物。因此,測(cè)試油中糠醛含量,可以反映變壓器紙絕緣的老化情況。利用高效液相色譜分析技術(shù)測(cè)定油中糠醛含量，可發(fā)現(xiàn)下列缺陷情況：（1）已知內(nèi)部存在故障，判斷是否涉及固體絕緣；（2）是否存在引起繞組絕緣局部老化的低溫過(guò)熱；（3）判斷運(yùn)行年久設(shè)備的絕緣老化程度。

《規(guī)程》建議在以下情況下檢測(cè)油中糠醛含量：（1）油中氣體總烴超標(biāo)或CO、CO2過(guò)高；（2）500kV變壓器和電抗器及150MVA以上升壓變壓器投運(yùn)2-3年后；（3）需要了解絕緣老化情況。優(yōu)點(diǎn)：（1）取樣方便，用油樣量少。（2）不需變壓器停運(yùn)。（3）取油樣不需要特別的容器，保存方便。（4）糠醛為高沸點(diǎn)液態(tài)產(chǎn)物，不易逸散損失。（5）油老化不產(chǎn)生糠醛。缺點(diǎn)：當(dāng)對(duì)油在進(jìn)行脫氣或再生處理時(shí)，如油通過(guò)硅膠吸附，則會(huì)損失部分糠醛，造成測(cè)量不準(zhǔn)確。油中糠醛含量參考值運(yùn)行年限1-5年5-10年10-15年15-20年糠醛量mg/l0.10.20.40.753.變壓器典型故障案例變壓器故障很多，有短路故障、放電故障、絕緣故障、分接開關(guān)故障、套管故障、鐵心故障等。下面通過(guò)幾個(gè)實(shí)例，來(lái)介紹各種故障及如何診斷變壓器故障。3.變壓器典型故障案例案例1.短路故障1.故障情況某變電站1000米處35kV線路發(fā)生A、C相短路故障，2號(hào)變壓器承受短路沖擊100ms，檢查變壓器情況，外觀良好，油位正常。各零部件完好，瓦斯繼電器內(nèi)有300mL氣體。變壓器型號(hào)SFSZ9-31500/110，出廠時(shí)間1999年12月。根據(jù)故障情況，對(duì)變壓器進(jìn)行了診斷性檢測(cè)。2診斷性檢測(cè)（1）變壓器繞組絕緣電阻、吸收比、泄漏電流絕緣電阻略有降低，吸收比和泄漏電流變化不大。2診斷性檢測(cè)（2）變壓器繞組直流電阻直阻