電力變壓器分析論文
關(guān)鍵詞：變壓器色譜分析故障判別方法
摘要：電力變壓器故障檢測主要有電氣量檢測和化學(xué)檢測方法。化學(xué)檢測主要是通過變壓器油中特征氣體的含量、產(chǎn)氣速率和三比值法進行分析判斷，它對變壓器的潛伏性故障及故障發(fā)展程度的早期發(fā)現(xiàn)具有有效性。實際應(yīng)用過程中，為了更準(zhǔn)確的診斷變壓器的內(nèi)部故障，色譜分析應(yīng)根據(jù)設(shè)備歷史運行狀況、特征氣體的含量等采用不同的分析模型確定設(shè)備運行是否屬于正常或存在潛伏性故障以及故障類別。
0.引言
變壓器故障診斷中應(yīng)綜合各種有效的檢測手段和方法，對得到的各種檢測結(jié)果要進行綜合分析和評判，根據(jù)DL/T596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程規(guī)定的試驗項目及試驗順序，通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測的方法，在不停電的情況下，對發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效。經(jīng)驗證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度直接有關(guān)，它們之間存在不同的數(shù)學(xué)對應(yīng)關(guān)系。
Abstract：
Therearetwomainmethodsforfaultdetectionofpowertransformer,electricaldetectionandchemicaldetection.Chemicaldetectionismainlyproductionrateandtheratioofthreetoanalysisandjudge,throughthetransformeroilcontentofgas.Itiseffectivetofindtransformerlatentfaultandfaultdegreeinearlystage.Inthecourseofpracticalapplication,inordertodiagnosistheinternaltransformerfailuremoreaccurately,Chromatographicanalysisshouldbeinaccordancewiththeequipmentpreviousrunningconditions,characteristicsofthegascontentandusingdifferentanalysismodeltodeterminewhethertheoperationofequipmentisnormalorequipmentexistlatentfaultandfaultcategory.
Keywords：TransformerChromatographicAnalysisTheDefect-judgementMethod
1.電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性、放電性及絕緣受潮等類型
1.1過熱性故障是由于設(shè)備的絕緣性能惡化、油等絕緣材料裂化分解。又分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱兩類。裸金屬過熱與固體絕緣過熱的區(qū)別是以CO和CO2的含量為準(zhǔn)，前者含量較低，后者含量較高。
1.2放電性故障是設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電效應(yīng)（即放電）導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能惡化。又可按產(chǎn)生電效應(yīng)的強弱分為高能放電（電弧放電）、低能量放電（火花放電）和局部放電三種[1]。
1.2.1發(fā)生電弧放電時，產(chǎn)生氣體主要為乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯氣體。這種故障在設(shè)備中存在時間較短，預(yù)兆又不明顯，因此一般色譜法較難預(yù)測。
1.2.2火花放電，是一種間歇性的放電故障。常見于套管引線對電位未固定的套管導(dǎo)電管，均壓圈等的放電;引線局部接觸不良或鐵心接地片接觸不良而引起的放電;分接開關(guān)撥叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。產(chǎn)生氣體主要為乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯氣體，但由于故障能量較低，一般總烴含量不高。
1.2.3局部放電主要發(fā)生在互感器和套管上。由于設(shè)備受潮，制造工藝差或維護不當(dāng)，都會造成局部放電。產(chǎn)生氣體主要是氫氣，其次是甲烷。當(dāng)放電能量較高時，也會產(chǎn)生少量的乙炔氣體。
1.3變壓器絕緣受潮時，其特征氣體H2含量較高，而其它氣體成分增加不明顯。
值得注意的是，芳烴含量問題。因為它具有很好的“抗析氣”性能。不同牌號油含芳烴量不同，在電場作用下產(chǎn)生的氣體量不同。芳烴含量少的油“抗析氣”性能較差，故在電場作用下易產(chǎn)生氫和甲烷，嚴(yán)重時還會生成蠟狀物質(zhì)；而芳烴含量較多的絕緣油“抗析氣”性能較好，產(chǎn)生的氫氣和甲烷就少些，因此，具體判斷時要考慮這一因素的影響。
2.色譜分析診斷的基本程序
2.1首先看特征氣體的含量。若H2、C2H2、總烴有一項大于規(guī)程規(guī)定的注意值的20%，應(yīng)先根據(jù)特征氣體含量作大致判斷，主要的對應(yīng)關(guān)系是：①若有乙炔，應(yīng)懷疑電弧或火花放電；②氫氣很大，應(yīng)懷疑有進水受潮的可能；③總烴中烷烴和烯烴過量而炔烴很小或無，則是過熱的特征。
2.2計算產(chǎn)生速率，評估故障發(fā)展的快慢。
2.3通過分析的氣體組分含量，進行三比值計算，確定故障類別。
2.4核對設(shè)備的運行歷史，并且通過其它試驗進行綜合判斷。
3.油中主要氣體含量達到注意值時故障分析方法
在判斷設(shè)備內(nèi)有無故障時，首先將氣體分析結(jié)果中的幾項主要指標(biāo)，（H2，∑CH，C2H2）與色譜分析導(dǎo)則規(guī)定的注意值（表1）進行比較。
3.1當(dāng)任一項含量超過注意值時都應(yīng)引起注意。但是這些注意值不是劃分設(shè)備有無故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此，不能拿“標(biāo)準(zhǔn)”死套。如有的設(shè)備因某種原因使氣體含量較高，超過注意值，也不能斷言判定有故障，因為可能不是本體故障所致，而是外來干擾引起的基數(shù)較高，這時應(yīng)與歷史數(shù)據(jù)比較，如果沒有歷史數(shù)據(jù)，則需要確定一個適當(dāng)?shù)臋z測周期進行追蹤分析。又如有些氣體含量雖低于注意值，但含量增長迅速時，也應(yīng)追蹤分析。就是說：不要以為氣體含量一超過注意值就判斷為故障，甚至采取內(nèi)部檢查修理或限制負(fù)荷等措施，是不經(jīng)濟的，而最終判斷有無故障，是把分析結(jié)果絕對值超過規(guī)定的注意值，（注意非故障性原因產(chǎn)生的故障氣體的影響，以免誤判），且產(chǎn)氣速率又超過10%的注意值時，才判斷為存在故障。
3.2注意值不是變壓器停運的限制，要根據(jù)具體情況進行判斷，如果不是電路（包括絕緣）問題，可以緩?fù)＿\檢查。
3.3若油中含有氫和烴類氣體，但不超過注意值，且氣體成份含量一直比較穩(wěn)定，沒有發(fā)展趨勢，則認(rèn)為變壓器運行正常。
3.4表1中注意值是根據(jù)對國內(nèi)19個省市6000多臺次變壓器的統(tǒng)計而制定的，其中統(tǒng)計超過注意值的變壓器臺數(shù)占總臺數(shù)的比例為5%左右。
3.5注意油中CO、CO2含量及比值。變壓器在運行中固體絕緣老化會產(chǎn)生CO和CO2。同時，油中CO和CO2的含量既同變壓器運行年限有關(guān)，也與設(shè)備結(jié)構(gòu)、運行負(fù)荷和溫度等因素有關(guān)，因此目前導(dǎo)則還不能規(guī)定統(tǒng)一的注意值。只是粗略的認(rèn)為，開放式的變壓器中，CO的含量小于300l/L，CO2/CO比值在7左右時，屬于正常范圍；而密封變壓器中的CO2/CO比值一般低于7時也屬于正常值。
3.6應(yīng)用舉例
3.6.1濟源供電公司220KV虎嶺變電站3#主變，1978年生產(chǎn)，1980年投運至今已運行28年，接近設(shè)備的壽命期。從2004年開始的油色譜報告分析中就存在多種氣體含量超標(biāo)現(xiàn)象，對上述數(shù)據(jù)跟蹤分析,有不同程度乙炔、乙烯、總烴超過注意值，考慮變壓器運行年限、內(nèi)部絕緣老化，結(jié)合外部電氣檢測數(shù)據(jù)，認(rèn)為該變壓器可繼續(xù)運行，加強跟蹤，縮短試驗周期。目前此變壓器仍在線運行。
3.6.220xx年4月15日,35KV黃河變電站1#主變預(yù)試時發(fā)現(xiàn)氫氣含量明顯增長。變壓器型號為：SL7-5000KVA/35，2001年8月投運，具體色譜數(shù)據(jù)如下：
分析結(jié)果:色譜分析顯示氫氣含量雖未超過注意值,但增長較快,為原數(shù)值的12倍,其它特征氣體無明顯變化,說明變壓器油中有水份在電場作用下電解釋放出氫氣，同時對油進行電氣耐壓試驗，擊穿電壓為28KV，微水測定為80ppm，進一步驗證油中有水份存在。經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)防暴筒密封玻璃有裂紋，內(nèi)有大量水銹，外部水份通過此裂紋進入變壓器內(nèi)部。經(jīng)處理后變壓器油中氫氣含量恢復(fù)正常。
4.故障產(chǎn)氣速率判斷法方法
4.1實踐證明，故障的發(fā)展過程是一個漸進的過程,僅由對油中溶解的'氣體含量分析結(jié)果的絕對值很難確定故障的存在和嚴(yán)重程度。因此，為了及時發(fā)現(xiàn)雖未達到氣體含量的注意值，但卻有較快的增長速率的低能量潛伏性故障，還必須考慮故障部位的產(chǎn)氣速率。根據(jù)GB/T7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則》中推薦通過產(chǎn)氣速率大小作為判斷故障的危害程度，對分析故障性質(zhì)和發(fā)展程度（包括故障源的功率、溫度和面積等）具有重要的意義。當(dāng)相對產(chǎn)氣速率（每運行月某種氣體含量增加值占原有起始值的百分?jǐn)?shù)的平均值），總烴的產(chǎn)氣速率大于10%時應(yīng)引起注意，變壓器內(nèi)部可能有故障存在，如大于40l/L/月可能存在嚴(yán)重故障。但是,對總烴起始含量很低的變壓器不易采用此判據(jù)[2]。
4.2根據(jù)總烴含量、產(chǎn)氣速率判斷故障的方法
4.2.1總烴的絕對值小于注意值，總烴產(chǎn)氣速率小于注意值，則變壓器正常；
4.2.2總烴大于注意值，但不超過注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率小于注意值，則變壓器有故障，但發(fā)展緩慢，可繼續(xù)運行并注意觀察。
4.2.3總烴大于注意值，但不超過注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率為注意值的1～2倍，則變壓器有故障，應(yīng)縮短試驗周期，密切注意故障發(fā)展；
4.2.4總烴大于注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率大于注意值的3倍，則設(shè)備有嚴(yán)重故障，發(fā)展迅速，應(yīng)立即采取必要的措施，有條件時可進行吊罩檢修[2]。
分析結(jié)果:從7月～8月份跟蹤試驗數(shù)據(jù)認(rèn)為,特征氣體含量屬正常范圍,產(chǎn)氣速率較小,考慮是新投運變壓器,繼續(xù)跟蹤運行；9月份后發(fā)現(xiàn)乙烯、乙炔、總烴含量超過注意值，同時產(chǎn)氣速率超過15%，乙炔、氫氣增長較快。結(jié)合投運時電氣交接試驗情況，此變采用ABB油氣套管，且變壓器出廠時雖做局部放電試驗，但油氣套管未進工廠是在現(xiàn)場組裝的。由于變壓器套管直接與GIS設(shè)備連接，交接時無法進行主變局放試驗。通過特征氣體產(chǎn)生率、三比值法判斷內(nèi)部可能有火花放電存在，懷疑高壓引線與套管連接處可能存在缺陷。經(jīng)常規(guī)電氣試驗未發(fā)現(xiàn)異常，放油后檢查發(fā)現(xiàn)，套管未端屏蔽罩固定螺絲三個中有一個較松動，但無明顯放電痕跡，緊固后對油進行脫氣處理，主變試運至今色譜分析正常。
5.根據(jù)三比值法分析判斷方法
所謂的IEC三比值法實際上是羅杰斯比值法的一種改進方法。通過計算，C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的值，將選用的5種特征氣體構(gòu)成三對比值，對應(yīng)不同的編碼，分別對應(yīng)經(jīng)統(tǒng)計得出的不同故障類型。應(yīng)用三比值法應(yīng)當(dāng)注意的問題：
5.1對油中各種氣體含量正常的變壓器，其比值沒有意義。
5.2只有油中氣體各成份含量足夠高（通常超過注意值），氣體成分濃度應(yīng)不小于分析方法靈敏度極限值的10倍[3]，且經(jīng)綜合分析確定變壓器內(nèi)部存在故障后，才能進一步用三比值法分析其故障性質(zhì)。如果不論變壓器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能將正常的變壓誤判斷為故障變壓器，造成不必要的經(jīng)濟損失[3]。
5.3應(yīng)用舉例
分析結(jié)果：變壓器差動、瓦斯繼電器同時動作，甲烷、乙烯、乙炔、氫氣、總烴含量均超過注意值數(shù)倍，可直接采用三比值法判斷故障類型。查編碼為102，屬高能放電故障，可能會出現(xiàn)工頻續(xù)流放電、繞組之間或繞組對地之間的絕緣油發(fā)生電弧擊穿、調(diào)壓開關(guān)切斷電源等；結(jié)合外部電氣試驗測得B相高壓繞組直流電阻不平衡率達25%，初步判斷為B相繞組有嚴(yán)重電弧故障。吊罩檢查發(fā)現(xiàn)B相高壓繞組中性點處出現(xiàn)嚴(yán)重匝間短路，并有電弧放電痕跡，主變本體損壞嚴(yán)重。
6.結(jié)束語
變壓器油中氣體含量色譜分析方法能有效診斷變壓器內(nèi)部潛伏性故障的早期存在。具體應(yīng)用中要根據(jù)故障或缺陷的不同發(fā)展階段,采用不同的分析方法,結(jié)合設(shè)備的實際運行狀況及外部電氣試驗數(shù)據(jù),充分發(fā)揮油化學(xué)檢測的靈敏性,正確評判設(shè)備狀況或制定針對性的檢修策略，提高變壓器的運行可靠性。
參考文獻：
1、譚志龍等編，電力用油（氣）技術(shù)問答，中國電力出版社[M]，2006：89
2、王曉鶯等編著，變壓器故障與監(jiān)測，機械工業(yè)出版社[M]，2004.3：51
3、董其國編著，電力變壓器故障與診斷，中國電力出版社[M]，2000：43
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