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电力变压器故障分析与诊断方法
点击次数:1181 更新时间:2018-05-03

变压器故障的种类多种多样,按故障发生的部位可分为外部故障和内部故障;按故障发生的过程可分为突发性故障和长年累月逐步扩展而形成的故障,这些故障可能相互影响、转化,使故障更趋严重。

变压器故障分析和诊断的方法很多,主要有直观检查方法、电气预防性试验方法、油中溶解气体分析法(DGOA)、专家系统(TFDES)及人工神经网络法(TFDANN)、智能型系统法(TFDAI)几种。

一、直观检查方法

1.温度过高或声音异常

其原因可能是过负荷运行、环境温度超过40℃、冷却系统故障、漏油引起油量不足等。

2.振动、响声异常及有放电声

其原因可能是电压过高或频率波动,紧固件松动,铁芯紧固不良,分接开关动作机构异常,偏磁现象等,外部接地不良或未接地的金属部分出现静放电,瓷件、套管表面粘附污秽引起局部火花、电晕等。

3.气味异常或干燥剂变色

其原因可能是套管接线端子不良或接触面氧化使触头过热产生异味和变色,漏磁通、涡流使油箱局部过热,风扇、潜油泵过热烧毁产生的异味,过负荷造成温升过高,外部电晕、闪络产生的臭氧味,干燥剂受潮变色等等。

4.油位计指示大大低于正常位置

其原因可能是阀门、密封圈部位焊接不好或密封不良漏油,油位计损坏漏油,以及内部故障引起喷油。

5.瓦斯继电器的气室内有气体或瓦斯动作

其原因可能是内部局部放电,铁芯不正常,导电部分过热。

6.防爆装置的防爆膜破裂、外伤及有放电痕迹

其原因可能如瓦斯、差动等继电器动作,一般为内部故障。

7.瓷件、瓷套管表面出现龟裂、外伤和放电痕迹

其原因可能是过电压或机械力引起。

几乎所有的故障一开始都是经直观检查发现的,它是发现故障的zui开始和必经的步骤。但要进一步分析原因,必须利用有效的检测手段来诊断。

二、电气预防性试验方法

试验项目次序基本上是按照项目的重要性排列的。在总共32个试验项目中,有些是在变压器解体后才能进行的,有些是与其它项目同时进行或附带进行的,有些是变压器投运前或投运后的例行检查、试验项目,有些项目在特殊情况下进行,而交流耐压试验是一种破坏性试验,对试验变压器的要求很高,现场条件一般很难满足,所以是变压器绝缘水平的一种考核项目。

有资料表明,同一电压等级、同样容量、同一规格的变压器,其绝缘电阻值有时会相差比较大,这并不能说明这些变压器绝缘水平有差距,而往往是因为变压器绝缘结构的设计、绝缘材料选用的不同所致。但是,对于铁芯、夹件、穿心螺栓等部件,测量绝缘电阻往往能反映故障、说明问题。

这主要是因为这些部件的绝缘结构比较简单、绝缘介质单一,正常情况下基本上不承受电压,绝缘更多的是起“隔爆”作用,而不象绕组绝缘要承受高电压。

实践表明,对于电容性设备,如电容型套管、电容式电压互感器、耦合器电容器等,测量tanδ和电容量Cx(实际上是根据Cx的变化量ΔCx进行判断)仍然是故障诊断的有效手段。不仅如此,tanδ和电容量Cx已经从离线测量发展到了在线监测阶段。

绝缘油试验、油中含水量、油中含气量以及油中糠醛含量测量都属于油试验或油化验的范畴。而作为一种故障诊断方法,油试验似乎没有得到应有的重视。造成这种状况的原因之一在现场,在实际工作中,有时会发生这样的事情:对同一台设备取油样,高压试验班的结果与油化验班的结果有较大出入。

实例:

对110kV少油断路器做泄漏电流,试验时发现:泄漏电流值超标,初步判断绝缘拉杆受潮。而这时,油化验的结果也显示,油中含水量超标。zui后的检查结果是,断路器顶部将军帽有砂眼,下雨时进水。油化验的结果有一定分散性,这种分散性来源于取样、送检、化验全过程。其实,油中溶解气体分析也有类似的问题,例如分析CO2的含量时,要防止油中特征气体的逸出、回溶、外界气体的侵入。因为空气中本来就含有约0.3%的CO2。

总的说来,油化验在变压器故障诊断中还是有较大价值的。比如:糠醛含量的大小能够反映绝缘的老化程度;绝缘油的耐压试验能说明油质的好坏等等。

1.局部放电测量和绕组变形检测

导致绕组变形的原因主要有:

①绕组绝缘和机械结构强度先天不足,绕制工艺粗糙,承受正常容许的短路电流冲击能力差;

②变压器出口短路,出口短路形成的巨大的短路冲击产生的电动力使绕组扭曲、变形。变压器绕组变形检测正成为一个研究热点,同时也是一项必须突破的故障诊断技术。根据资料介绍,可以采用频谱法等来检测变压器绕组变形,但目前还没有形成相应的判断标准和规范。

在现有的条件下,对变压器绕组严重变形故障的诊断可以通过变压器空载试验、短路试验及阻抗测量实现。当绕组发生变形时,变压器内部的磁路结构发生变化,空载电流及损耗、短路损耗及阻抗会发生一定的变化,通过横向相间比较、纵向历史数据比较,有可能判断。

三、油中溶解气体分析法

通过油中溶解气体分析试验发现:任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度变化,在特定的温度下,有某一种气体的产气率会出现zui大值;随着温度升高,产气率zui大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2。

过热、电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中故障特征气体产生的主要原因,这些故障特征气体主要有:H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4、O2和N2。总烃是指CH4、C2H2、C2H6、C2H4这4种气体的总量。

由于分接开关接触不良,铁芯多点接地和局部短路,导线过电流发热和接头不良等变压器内部裸金属过热引起油裂解的特征气体,主要是CH4、C2H4,其次是C2H6。

变压器内部发生各种性质的故障都要产生H2,当H2含量偏高时,可能是变压器中进水.变压器主要的绝缘材料是绝缘油、绝缘纸和板等,在运行中将逐渐老化。绝缘油分解产生的主要气体是氢、烃类气体,而绝缘纸等固体材料分解产生的主要气体是CO和CO2。

变压器发生低温过热性故障,因温度不高,往往油的分解不剧烈,因此烃类气体的含量并不高。而CO、CO2含量变化较大,故而用CO和CO2的含量判断变压器固体绝缘老化状况。

基于油中溶解气体类型与内部故障性质的对应关系,提出了多种以油中特征气体为依据的判断设备故障的方法。

油中溶解气体分析方法是充油电气设备内部故障早期诊断的有效方法,这不仅为IEEE所认可,而且被实践所证实。对于电气设备中充油量zui大的电力变压器,油中溶解气体分析自然是非常有效的故障诊断方法。

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