变压器故障诊断及试验技术

主要内容•概述•变压器的故障•故障诊断方法•讨论概述•国内最高电压等级1000kV，容量1000MVA*3•根据2000年的统计数据，全国500kV共有713台变压器，其中进口变压器386台，坏了28台，国产327台，坏了17台•国产用料足，运行前容易出问题，后期比较稳定。进口技术先进，但用料少，长期满负荷运行容易出问题。概述•表征变压器故障率的盆式曲线故障率时间变压器的故障•过热故障•绝缘故障•结构件故障•组件故障过热故障变压器过热故障是常见的多发性故障。变压器运行时有空载损耗和负载损耗。损耗转化为热量后，一部分提高了绕组、铁芯及结构件本身的温度，另一部分向周围介质（如绝缘物、变压器油等）散出。当各部分的温差达到能使产生的热和散出的热平衡时，即达到了稳定状态。如果发热量过大，则会发展过热现象，最后导致过热故障。过热故障变压器温升限值变压器绝缘的热老化与绕组的热点温度有关，在GB/T15164《油浸式电力变压器负载导则》中规定了油浸式变压器绕组的热点温度基准值是98℃（对应环境温度20℃），在此温度下绝缘的相对老化率为1。在80~140℃范围内，温度每增加6K，其老化率增加一倍，即6度法则，其公式为：根据该计算公式可以得出，变压器在140℃下运行1h，其热老化率相当于98℃下运行128h。油浸式变压器在额定运行状态下，长期工作最高温度为105℃。6/)98(2V过热故障过热故障及起因•环流或涡流在导体和金属结构件中引起的过热•金属部件之间接触不良引起的过热•散热或冷却效果差引起的过热•异常运行或诱发因素引起的过热绝缘故障变压器绝缘系统式变压器重要组成部分，为了确保变压器的长期稳定工作，变压器绝缘性能必须满足GB1094（《电力变压器》标准）规定的电、机、热三方面性能的要求，此外还要考虑化学、老化和环境的问题。绝缘故障一旦出现，修复困难且修复周期长，造成的损失巨大。绝缘故障造成绝缘故障的原因•突发短路•过电压•油流带电•温度、湿度的影响•杂质影响绝缘故障突发短路短路事故是导致变压器绝缘事故发生的主要原因之一。根据国家标准GB1094.5的规定，变压器进行短路试验的次数是三次，三次通过的变压器合格。短路事故直接的后果是造成绕组变形，进而引发绝缘事故。如果短路电流造成绕组温度超过变压器的温度限值，绝缘材料可能老化。绝缘故障过电压过电压下的绝缘事故是指运行中的变压器遭受过电压作用时,作用场强超过其耐受场强,导致绝缘击穿。变压器所遭受的过电压包括暂时过电压、雷电过电压、操作过电压和陡波前过电压（VFTO）。绝缘故障油流带电大容量变压器一般都采用强迫油循环的冷却方式，油流速度比较高，油和纸发生相对运动时会产生电荷分离，油流带走正电荷，纸板表面留下负电荷。如果电荷发生积累现象，使得该部位的局部场强增加，局部放电的起始电压降低，最终导致绝缘击穿。对油流带电的考核是将油流动时的变压器的局放电量值与油静止时的量值比较，结果应该没有明显的差别。现在执行的考核标准是GB/T16274（《油浸式电力变压器技术参数和要求》），在其附录A中规定了油流静电试验方法及转动油泵时的局放测量试验方法。由于油流带电试验测得的电流值与结构、材料密切相关，只能在同类变压器的相互比较中作为判断依据，标准中并没有给出限值。绝缘故障温度、湿度的影响变压器为油纸绝缘结构，纸是变压器主要的绝缘材料。在不同温度下，纸中的含水量有不同的平衡曲线，温度升高，纸中水份析出，反之相反。水份对变压器绝缘危害很大，纸又是亲水性的材料，其绝缘性能随水份增加成指数的下降。油也是如此。在DL/T596《电力设备预防性试验规程》中规定了油和纸含水量的临界值。虽然有关资料说明，即时含水量达到4.5%，纸绝缘的击穿电压只下降10%，一般不会发生击穿，但水是极性较强的液体，在变压器中更容易被强电场所吸引，从而在高电场区域聚集较多的水分，影响绝缘系统安全。同时，在温度较低的情况下，水分会析出，形成水滴或水膜，对变压器安全运行造成影响。绝缘故障杂质影响杂质的影响主要是使绝缘的局部场强发生畸变，导致局部放电，加速绝缘老化，最终导致绝缘事故发生。杂质的影响主要有：•悬浮导体•金属异物•杂质结构件故障结构件故障主要是绕组变形以及其他的连接线的松动。连接线的松动会导致悬浮放电或接触不良。绕组变形一般发生在短路故障的时候，在电磁力的作用下，引起绕组损坏或引线移位。绕组变形会引起：•线圈匝间短路•主绝缘强度降低•绕组辐向或轴向失稳•严重时会导致线圈烧毁。组件故障•变压器组件中，分接开关和套管的故障率最高。•分接开关故障主要有：动作不到位或拒动作，动静触头接触不良，漏油，局部放电•套管故障主要有：套管质量出现缺陷，例如密封、污秽、裂纹等，套管介损和局放超标•还有冷却器故障，箱体漏油，油泵等组件的故障故障检测方法•直流电阻•变比•绝缘电阻•介损•油分析•油色谱•低压阻抗试验•局放试验•红外检测•紫外检测故障检测方法直流电阻用于判断导电回路，接头等部分的问题，例如焊接脱落、断股、匝间短路、分接开关错档跳档掉档等。但是无法发现股间短路问题，可以用负载损耗变化来发现。测试方法主要有电桥法和伏安表法。直阻测量结果具有一票否决权。主要判据为三相不平衡率故障检测方法直流电阻分接档位阻值曲线上移，绕组有问题，曲线不规则，分接开关有问题故障检测方法变比用于发现匝间短路，断线，断股，错档，跳档，绕组变形等问题。测量结果具有一票否决权。故障检测方法绝缘电阻监测极化指数，阻值大小。用于发现变压器绝缘受潮，老化等问题。测试绝缘电阻时，由于极化现象的存在，电流总是随时间而衰减，最后趋于稳定，因此绝缘电阻也是随时间的上升而变大最后趋于稳定。一般来说，状态良好的绝缘的稳定时间比较长。故障检测方法介损介损测量的量主要有电阻R和电容C，还有他们的比值tgθ。•tgθ可以发现绝缘的老化问题。•C和绕组的位置有关，可以发现绕组变形等问题•R可以发现受潮等问题。测试方法，介损的测量主要受到现场50Hz的工频干扰，现在比价流行的是异频法，避开50Hz的频率，采用45或55Hz故障检测方法油分析试验试验项目有耐压、介损、微水、颗粒度等故障检测方法油色谱试验油色谱试验是一种通用的比较成熟的方法，通过气体不同成分，可以比较灵敏而准确的判断故障。用于故障检测的气体组分主要有：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等。故障检测方法油色谱试验•气体含量判断法•特征气体判断法•IEC三比值判断法•故障气体速率判断法•回归法故障检测方法特征气体判断法故障检测方法IEC三比值判断法通过计算C2H2/C2H4、CH4/H2,C2H4/C2H6,在相同的情况下将这些比值以不同的编码表示，可以得到不同的故障类型和故障性质。在判断过热性故障时，还可以通过经验公式估算故障点的热点温度。故障检测方法低压阻抗试验主要是变压器380V的空载损耗、负载损耗以及绕组变形试验。空载损耗可以发现铁心的问题负载损耗可以发现电回路的问题发生绕组变形时阻抗的电容分量会发生变化，从而使阻抗发生变化，可以用于判断绕组变形。目前比较流行的绕组变形测试方法是频响法。故障检测方法局放试验•导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，称为局部放电。（GB/T7354-2003）•局部放电可能发生在绝缘体内部，也可能发生在表面；发生在气体包围的导体附近的放电，称为电晕。•绝缘体在局放的作用下（高温或电弧等一系列物理和化学现象），使绝缘体迅速老化直至击穿。故障检测方法局放试验的特点•与耐压试验相比，局部放电试验是非破坏性试验；•局部放电试验具有较高的灵敏度；局部放电监测可以弥补耐压试验的不足。故障检测方法红外监测故障检测方法紫外外监测谢谢！