論文關(guān)鍵詞:變壓器 分析 測(cè)量 預(yù)防性試驗(yàn)

　　論文摘要：預(yù)防性試驗(yàn)是保證電力變壓器安全運(yùn)行的重要措施, 對(duì)變壓器故障診斷具有確定性影響, 通過(guò)各種試驗(yàn)項(xiàng)目, 獲取準(zhǔn)確可靠的試驗(yàn)結(jié)果是正確診斷變壓器故障的基本前提。 

　　前 言 
　　根據(jù)《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)順序, 主要包括油中溶解氣體分析、繞組絕緣電阻的測(cè)量、繞組直流電阻的測(cè)量、介質(zhì)損耗因數(shù)tgD檢測(cè)、交流耐壓試驗(yàn)、線圈變形試驗(yàn)、局部放電測(cè)量等。 

　　1.油中溶解氣體分析 
　　在變壓器診斷中, 單靠電氣試驗(yàn)方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷, 而通過(guò)變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測(cè)的方法, 對(duì)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, 這已為大量故障診斷的實(shí)踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變化, 在特定溫度下, 往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會(huì)出現(xiàn)最大值; 隨著溫度升高, 產(chǎn)氣率最大的氣體依此為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。

這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對(duì)應(yīng)的關(guān)系, 而局部過(guò)熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。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), 并分解出極少量的氣體(主要包括氫H2 甲烷CH4 乙烯C2H4 乙炔C2H2 一氧化碳CO 二氧化碳CO2等多種氣體)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱性故障, 放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí), 這些氣體的含量會(huì)迅速增加。這些氣體大部分溶解在絕緣油中, 少部分上升至絕緣油的表面, 并進(jìn)入氣體繼電器。

經(jīng)驗(yàn)證明, 油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度有關(guān), 不同故障或不同能量密度其產(chǎn)生氣體的特征是不同的, 因此在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中, 定期測(cè)量溶解于油中的氣體成分和含量, 對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障有非常重要的意義和現(xiàn)實(shí)的成效, 在1997 年頒布執(zhí)行的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中, 已將變壓器油的氣體色譜分析放到了首要的位置, 并通過(guò)近些年的普遍推廣應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)積累取得了顯著的成效。電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過(guò)熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關(guān)資料介紹,在對(duì)故障變壓器的統(tǒng)計(jì)表明: 過(guò)熱性故障占63%; 高能量放電故障占18. 1%; 過(guò)熱兼高能量放電故障占10%; 火花放電故障占7%; 受潮或局部放電故障占1. 9%。

而在過(guò)熱性故障中, 分接開關(guān)接觸不良占50%; 鐵芯多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33%; 導(dǎo)線過(guò)熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起過(guò)熱約占14. 4%; 其余2. 1% 為其他故障, 如硅膠進(jìn)入本體引起的局部油道堵塞, 致使局部散熱不良而造成的過(guò)熱性故障。而電弧放電以繞組匝、層間絕緣擊穿為主, 其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛狐等故障。火花放電常見于套管引線對(duì)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芯接地片接觸不良而引起的放電; 分接開關(guān)拔叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。

 
　　對(duì)變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷, 有賴于對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的全面掌握, 并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其它預(yù)防性試驗(yàn)(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等) 進(jìn)行比較。 

　　同時(shí)還要注意由于故障產(chǎn)氣與正常運(yùn)行產(chǎn)生的非故障氣體在技術(shù)上不可分離, 在某些情況下有些氣體可能不是設(shè)備故障造成, 如油中含水可與鐵作用生成氫氣, 過(guò)熱時(shí)鐵芯層間油膜裂解也可生成氫,新的不銹鋼中也可能在加工過(guò)程中或焊接時(shí)吸附氫而運(yùn)行后又緩慢釋放, 另外, 某些操作也可生成故障氣體, 如有載調(diào)壓變壓器中切換開關(guān)油向變壓器主油箱滲漏或選擇開關(guān)在某個(gè)位置動(dòng)作時(shí)懸浮電位放電的影響, 設(shè)備油箱帶油補(bǔ)焊, 原注入油含有某些氣體成分大修后濾油不徹底留有殘氣等。 

　　2.繞組直流電阻的測(cè)量 
　　它是一項(xiàng)方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn), 能反應(yīng)繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開關(guān)及導(dǎo)線接觸不良等故障, 實(shí)際上它也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔是否正確的有效手段。長(zhǎng)期以來(lái), 繞組直流電阻測(cè)量一直被認(rèn)為是考察變壓器絕緣的主要手段之一, 有時(shí)甚至是判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。如在對(duì)某變壓器低壓側(cè)10KV 線間直流電阻作試驗(yàn)時(shí), 發(fā)現(xiàn)不平衡率為2. 17% , 超過(guò)部頒標(biāo)準(zhǔn)值1% 的一倍還多, 色譜分析不存在過(guò)熱故障, 且每年預(yù)試數(shù)據(jù)反映直流電阻不平衡系數(shù)超標(biāo)外, 其它項(xiàng)目均正常, 經(jīng)分析換算后確定C 相電阻值較大, 判斷C 相繞組內(nèi)有斷股問(wèn)題, 經(jīng)吊罩檢查后,驗(yàn)證C 相確實(shí)有一股開斷, 避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。通過(guò)上述例子可見, 變壓器直流電阻的測(cè)量對(duì)發(fā)現(xiàn)回路中某些重大缺陷起到了重大作用。

　　3.繞組絕緣電阻的測(cè)量 
　　繞組連同套管一起的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù), 對(duì)變壓器整體的絕緣狀況具有較高靈敏度, 它能有效檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷, 如各種貫穿性短路、瓷件破裂、引線接殼、器身內(nèi)有銅線搭橋等現(xiàn)象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對(duì)來(lái)講, 單純依靠絕緣電阻絕對(duì)值大小對(duì)繞組絕緣作判斷, 其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測(cè)量時(shí)試驗(yàn)電壓太低, 難以暴露缺陷, 另一方面也因?yàn)榻^緣電阻與繞組絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度有關(guān), 但對(duì)于鐵芯夾件、穿心螺栓等部件, 測(cè)量絕緣電阻往往能反映故障, 這是因?yàn)檫@些部件絕緣結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單, 絕緣介質(zhì)單一, 正常情況下基本不承受電壓, 絕緣更多的是起隔離作用, 而不像繞組絕緣要承受高電壓, 比如我們預(yù)試中曾多次通過(guò)絕緣搖表發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯一點(diǎn)或多點(diǎn)接地的情況, 也曾通過(guò)絕緣電阻的測(cè)量發(fā)現(xiàn)變壓器套管瓷件破裂、有裂紋現(xiàn)象。 

   　4.測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)tgD 
　　它主要用來(lái)檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著油泥及嚴(yán)重的局部缺陷。介質(zhì)測(cè)量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場(chǎng)和大氣條件) 的影響, 因而要采取措施減少和消除影響。現(xiàn)場(chǎng)我們一般測(cè)量的是連同套管一起的tgD, 但為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確和檢出缺陷的靈敏度, 有時(shí)也進(jìn)行分解試驗(yàn), 以判斷缺陷所在位置。如在對(duì)變壓器做預(yù)試時(shí), 發(fā)現(xiàn)一相套管介質(zhì)超標(biāo), 且絕緣不合格, 讀數(shù)較低, 經(jīng)分析后可能是由受潮引起, 后拔出檢查發(fā)現(xiàn)套管末端底部有水份, 套管已整體受潮, 經(jīng)烘干處理后再做試驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。測(cè)量泄漏電流和測(cè)量絕緣電阻相似, 只是其靈敏度較高, 能有效發(fā)現(xiàn)有些其他試驗(yàn)項(xiàng)目所不能發(fā)現(xiàn)的變壓器局部缺陷。

泄漏電流值與變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、溫度等因素有關(guān), 在《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中不作規(guī)定, 只在判斷時(shí)強(qiáng)調(diào)比較, 與歷年數(shù)據(jù)相比, 與同類型變壓器數(shù)據(jù)相比, 與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較等。介質(zhì)損耗因數(shù)tgD和泄漏電流試驗(yàn)的有效性正隨著變壓器電壓等級(jí)的提高、容量和體積的增大而下降, 因此單純靠tgD和泄漏電流來(lái)判斷繞組絕緣狀況的可能性也比較小, 這主要也是因?yàn)閮身?xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓太低, 絕緣缺陷難以充分暴露。對(duì)于電容性設(shè)備, 實(shí)踐證明如電容型套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等, 測(cè)量tgD和電容量CX 仍是故障診斷的有效手段。 

　　5.交流耐壓試驗(yàn) 
　　它是鑒定絕緣強(qiáng)度等有效的方法, 特別是對(duì)考核主絕緣的局部缺陷, 如繞組主絕緣受潮、開裂或在運(yùn)輸過(guò)程中引起的繞組松動(dòng)、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。交流耐壓試驗(yàn)雖對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有效, 但受試驗(yàn)條件限制, 要進(jìn)行35KV 及8000KVA 以上變壓器耐壓試驗(yàn), 由于電容電流較大, 要求高電壓試驗(yàn)變壓器的額定電流在100mA 以上, 目前這樣的高電壓試驗(yàn)變壓器及調(diào)壓器尚不夠普遍, 如果能對(duì)高電壓、大電流電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn), 對(duì)保證變壓器安全運(yùn)行有很大意義。 

　　6.線圈變形檢測(cè) 
　　變壓器繞組變形是指在電動(dòng)力和機(jī)械力的作用下, 繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化, 包括軸向和徑向尺寸的變化、器身轉(zhuǎn)移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患, 一旦繞組變形而未被診斷繼續(xù)投入運(yùn)行則極可能導(dǎo)致事故, 嚴(yán)重時(shí)燒毀線圈。造成變壓器繞組變形的主要原因有: 

　　6. 1 短路故障電流沖擊, 電動(dòng)力使繞組容易破壞或變形。電動(dòng)力的產(chǎn)生是繞組中的短路沖擊電流與漏磁相互作用的結(jié)果, 在運(yùn)行中, 由于輻向和軸向電動(dòng)力同時(shí)作用, 可能使整個(gè)繞組發(fā)生扭轉(zhuǎn)。 

　　6. 2 在運(yùn)輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和震動(dòng)等。如某供電部門在對(duì)35KV、20000KVA 主變壓器運(yùn)輸途中, 遭受強(qiáng)烈撞擊。事后在對(duì)該變壓器交接吊罩檢查時(shí), 發(fā)現(xiàn)油箱下部固定器身的4 個(gè)螺栓全部開焊裂斷, 上部對(duì)器身定位的4 個(gè)定位釘全部松動(dòng), 并在定位板上劃出小槽。器身向油枕方向縱向位移11mm , 橫向位移23mm , 繞組對(duì)端圈錯(cuò)位, 最大達(dá)30mm , 可看到器身已經(jīng)完全沒(méi)有固定裝置而處于自由狀態(tài), 并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸及多次編組, 器身在油箱中搖晃, 必然造成變壓器損壞。