4、电力变压器试验、监测与诊断

1第四章电力变压器的试验、监测与诊断方瑞明博士/教授Email:[e-mail]按变压器本体可分为内部故障和外部故障，即把油箱内发生的各相绕组间的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引线与箱体接地等称为内部故障，而油箱外部发生的套管闪络、引出线间的相间短路等故障称为外部故障；•按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油纸故障、附件故障；•按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障；•从故障发生的部位可分为绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、套管故障等；•按性质又可分为热故障和放电故障。引言：电力变压器常见故障的划分引言：电力变压器常见故障的划分1.绕组故障绕组故障主要是器身中绕组及绝缘物发生故障。表现在各部分绝缘老化，绕组受潮，绕组层间、匝间、相间、高低压绕组间发生接地、短路、断路、击穿或烧毁故障；系统短路造成绕组机械损伤;冲击电流造成绕组机械损伤等。1)匝间短路故障导致匝间短路的原因通常有:线圈制作时操作不当，造成匝间绝缘损伤;导线的匝绝缘不够，匝间工作场强增高，耐受不住长期工作电压或短时冲击电压作用，长期运行使绝缘老化、变形、松脆;局部高温造成油流死角或油道堵塞而加速绝缘老化;电动力的作用使部分线匝发生轴向住移，导致绝缘磨损而形成穿越性短路，长期过载运行下绕组导线过热而使绝缘变脆;各种过电压和过电流作用下，绝缘性能劣化;绕组发生局部放电等电气故障而引发绕组匝间短路;箱体内油少而使绕组漏出油面，导致冷却变差而过热也会形成绕组短路。引言：电力变压器常见故障的划分1.绕组故障（续）2)相间短路在中小型变压器中，两相线圈引线上的软铜接线卡相碰引起相间短路较多;在大型变压器内，若偶然有金属丝之类的导体，也会将两相线匝绝缘划破而构成短路;当分接开关错位严重时，将导致两相分接开关短路而烧坏，引起两相绕组相间短路。3)股间短路故障在用多股导线并绕的绕组中常发生股间短路，其主要原因有:因导线质量问题导致绝缘层包绕不均，甚至导线裸露;在绕制过程中因弯曲、毛刺等使匝间绝缘受损伤，卡线过紧或换位不当导致线拧绞或刮伤导线绝缘;在压装及整形过程中，挤伤并绕导线间的绝缘层。引言：电力变压器常见故障的划分2.铁心故障导致铁心故障的主要原因有:铁心组件中铁质夹件松动或损伤而碰接铁心，压铁松动引起铁心振动和噪声，铁心接地不良或夹件烧坏，铁心片间绝缘老化，铁心安装不正或不齐造成空洞声，铁心片间叠装不良造成铁损增大而使铁心发热等。1）铁心多点接地故障当出现两点及以上的接地为多点接地。铁心多点接地的类型有:„由于铁心夹件肢板距心柱太近、铁心叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地;„铁扼螺杆的衬套过长，与铁扼叠片相碰，构成了新的接地;引言：电力变压器常见故障的划分1）铁心多点接地故障（续）„铁心下夹件垫脚与铁轨间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁扼处叠片相碰造成接地;„由于潜油泵轴磨损，金属粉末进入油箱中，淤积油箱底不，在电磁力作用下形成桥路，将下铁辘与垫脚或箱底接通，形成多点接地;„油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁扼、旁柱边沿相碰，构成新的接地点;„下夹件与铁扼阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多的油泥，使其绝缘电阻值降为零时，构成了多点接地;„油箱中落入铁钉、焊条头等金属异物使铁心叠片与箱体沟通，形成接地;„变压器安装完后未将油箱顶盖上用于运输的定位销翻过来或去掉，构成多点接地。2引言：电力变压器常见故障的划分2）铁心过热故障„引起变压器铁心过热的故障原因有多方面，如绕组短路、过载运行、铁心本身接地不良及异常接地、铁心片间短路或铁心局部短路、铁扼螺杆接地、铁心漏磁、铁心局部短路、电源电压高、铁心冷却油道堵塞等。除上述之外，油循环不畅或箱内油量少、油劣化，铁心叠片周围毛刺大，叠铁心片时缝隙不均等都可能引起铁心过热故障。„铁心局部过热故障部位基本上都在铁心和夹件上。如果运行中的变压器出现铁心过热，特别是发生局部过热故障，将产生特征气体H2、CH4、C2H2、C2H6，色谱分析发现油中溶解气体组分含量超标。引言：电力变压器常见故障的划分3.分接开关故障„充油变压器无载分接开关常见的故障有:当上分接头的相间绝缘距离不足且绝缘材料上堆积油泥时，若油泥受潮，在过电压下将发生相间短路故障;若触头接触不良或因锈蚀使电阻增大，绝缘支架上的紧固金属栓接地断裂造成悬浮放电等故障。„充油变压器有载开关的故障主要有:因密封不严使雨水侵入而导致绝缘性能降低；过渡电抗或电阻在切换过程中被击穿或烧断，导致触头间的电弧引发故障；因滚轮卡死使分接开关停在过渡位置而造成短路；切换开关油室密封不严而造成变压器本体渗漏;选择开关分接引线与静触头的固定绝缘杆变形等。引言：电力变压器常见故障的划分4.油流带静电故障„对于强迫油循环冷却的大型变压器，变压器油经油泵加速传到绕组内的冷却油道，在油与固体绝缘界面上产生静电电荷的分离，使纸及纸板上积累负电荷，流油中积累起正电荷。在电荷对地油漏与电荷中和的过程中，当某处电荷积累密集且产生的场强超过了某一程度时，将会在油或固体绝缘表面上产生静电放电或爬电放电，甚至使固体绝缘受损伤，最终导致绝缘故障。„油流带静电的能量密度通常较小，其故障特征气体组分中C2H2不一定能检测出来，但H2的变化比较明显。引言：电力变压器常见故障的划分5.油和油纸绝缘故障„在充油变压器中，内绝缘的主要绝缘材料是变压器油和绝缘纸、纸板、木块等主要成分为纤维素的固体绝缘材料。这些绝缘材料受环境因素的影响将发生分解而老化，甚至丧失绝缘强度，造成绝缘故障。„固体绝缘的老化特性不可逆转，老化后的聚合度和抗张强度都将逐渐降低，并生成H2O、CO、CO2和糠醛，使油纸绝缘的击穿电压和体积电阻率降低，介质损耗增大。引言：电力变压器常见故障的划分5.油和油纸绝缘故障（续）„变压器油中混入水分和杂质后，绝缘性能下降，击穿场强降低，介质损耗增大，并加速油的氧化过程。„当变压器的工作温度升高时，固体绝缘的纤维素要发生解环、断链，伴随产生的CO、CO2产气率往往呈指数规律增大;固体绝缘所含的水分将加速纤维素降解。通常，当温度升高时，固体绝缘内的水分向油中析出，油中微水含量增多，导致油的火花放电电压降低，介质损耗增大，造成变压器油劣化。引言：电力变压器常见故障的划分6.放电故障导致变压器绝缘失败的基本模式有过热、局部放电、火花放电及电弧放电，并可能涉及到固体绝缘结构的故障。通常，按放电的能量密度将变压器内部的放电故障分为局部放电、火花放电和电弧放电三类。1）局部放电故障局部放电故障是引起火花放电或电弧放电故障的前兆。当变压器在制造或运行时，油中存在气泡，固体绝缘材料中存在空穴式空腔，某些部位存在尖角、毛刺、漆瘤，金属部件或导体之间接触不良等都会引发局部放电。3引言：电力变压器常见故障的划分1）局部放电故障（续）„局部放电的能量密度可用放电产生的油中溶解气体组分含量来辩识:„能量密度在10-9以下时，总烃不高，主要气体组分为H2，占总烃的80%～90%，其次是CH4;„能量密度在10-8~10-7时，H2含量相应降低而出现C2H2，但在总烃中不到2%，这是电弧放电和火花放电区别的主要标志。„放电的部位通常在固体绝缘内的空穴、电极尖端、油角间隙、油与绝缘纸板中的油隙或油中沿固体绝缘的表面等处。局部放电的能量密度不大，一旦发展将会形成高能量放电，并导致绝缘击穿或损坏。引言：电力变压器常见故障的划分2)火花放电故障„火花放电一般是低能量放电，即一种间隙性放电。„当变压器内部某一金属部件接触不良并处于高、低压电极之间部位时，因阻抗分压而在该金属部件上产生对地的悬浮电位。调压绕组在分接开关转换极性时的短暂间，套管均压球和无载分接开关拨叉等高电位处，铁心叠片磁屏蔽及紧固螺栓与地连接松动脱落等低电位处，以及高压套管端部接触不良等均会形成悬浮电位而引起火花放电。„同时，变压器油中的水分多、受潮的纤维多等也将形成杂质“小桥”而引起火花放电。„火花放电引起的油中溶解特征气体的主要组分是C2H2、H2。因放电能量小，一般总烃含量小，但油中溶解的在总烃中所占比例可达25%～90%，H2占氢烃总量的30%以上。引言：电力变压器常见故障的划分3)电弧放电故障„电弧放电又称高能放电。其特点是产气急剧而且量大，放电能量密度大、容易导致绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，金属材料变形或熔化。„变压器绕组匝间绝缘击穿、引线断裂或对地闪落、分接开关飞弧等，将引起电弧放电故障。„出现电弧放电故障后，油中溶解气体的主要组分是H2、C2H2，其次是CH4、C2H4、C2H6，一般H2占氢烃的30%～90%，C2H2占总烃的20%～70%;若电弧放电故障波及固体绝缘时，油中溶解气体还有CO、CO2组分。引言：电力变压器常见故障的划分引言：电力变压器常见故障的划分表充油电力变压器套管的典型故障热故障CtCOO700300由于污染或不合理地选择绝缘材料引起高介损，从而造成纸绝缘中的环流，并造成热崩溃。套管屏蔽间或高压引线接触不良，温度由套管内的导体传出。在电容均压金属箔片间的短路，局部高电流密度熔化金属箔片，但不会导致套管爆炸。高能放电电容末屏连接不良引起的火花放电；静电屏蔽连接线中的电弧；纸上有沿面放电低能放电纸受潮、不完全浸渍、油的过饱和，或纸被X-蜡沉积物污染，造成充气空腔中的局部放电。也可能在运输期间把松散的绝缘纸弄皱、弄折，造成局部放电。局部放电举例故障类型引言：电力变压器故障原因1、制造工艺质量的控制不严材料、设计、装配的缺陷2、绝缘材料年久老化是影响变压器寿命的最大的问题，可通过温度、油中气体分析，局部放电和湿度分析来监测3、运行过程中外部故障影响4大多数变压器故障是由于各种类型的绝缘故障造成的绝缘劣化的主要原因：1、局部放电2、水分:变压器受潮，放电起始电压降低，放电易于发展3、热：导致油、纸等绝缘物绝缘强度下降4、机械应力：导致绕组变形或导体绝缘松散或脱落引言：电力变压器故障原因引言：电力变压器常规预防性试验内容变压器常规试验包括以下试验项目：„油中溶解气体色谱分析。„测量绕组的直流电阻。„测量绕组、铁芯和穿心螺栓、铁轭夹件等的绝缘电阻以及绕组的吸收比或(和)极化指数数。„测量绕组的介质损耗因数tanδ。„测量电容型套管的介质损耗因数tanδ及电容值。„绝缘油试验。„交流耐压试验。„测量油中含水量。„测量油中含气量。„测量绕组的泄漏电流。„有载装置的试验和检查。„测温装置及其二次回路试验。„气体继电器及其二次回路试验。„冷却装置及其二次回路检查试验引言：电力变压器故障综合诊断流程F1—分接开关接触不良F2—绕组引线接触不良F3—绕组低温过热F4—铁芯局部短路或多点接地F5—结构件及磁屏蔽体中漏磁引起的过热F6—匝间短路F7—围屏放电F8—引线对地放电或发生短路F9—悬浮体感应放电F10—油中局放F11—有载分接开关箱渗漏油4.1变压器油的气相色谱分析一、概述油中溶解气体分析（DissolvedGasesAnalysis,DGA）对发现变压器内部的潜伏性故障非常有效，1996年修订的《电力设备预防性试验规程》将其列为电力变压器预防性故障试验的首位。对油中溶解气体的监测和分析是充油电气设备绝缘诊断的重要手段。油中气体分析不受各种电磁干扰的影响，数据较为可靠，有关技术相对比较成熟，从定性到定量分析都积累了相当的经验。气体的产生气体的产生5气体的产生气体的产生气体在油中的溶解气体在油中的溶解气体在油中的溶解气体在油中的溶解6气体在油中的损失气体在油中的损失不同状态下油中气体的含量不同状态下油中气体的含量（一）、新投运前后不同状态下油中气体的含量（二）、长期正常运行时不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下7不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下不同状态下油中气体的含量（三）、故障状态下8二、检测方法1、取油样¾取样部位9一般情况下，从油箱下部放油阀处放取