電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

1、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 專(zhuān) 專(zhuān)專(zhuān) 專(zhuān) 科 科科 科 生 生生 生 畢 畢畢 畢 業(yè) 業(yè)業(yè) 業(yè) 大 大大 大 作 作作 作 業(yè) 業(yè)業(yè) 業(yè) 題 題題 題 目 目目 目： ： ： 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 學(xué)習(xí)中心 學(xué)習(xí)中心學(xué)習(xí)中心 學(xué)習(xí)中心： ： ： 遼寧東港奧鵬 層 層層 層 次 次次 次： ： ： 高中起點(diǎn)專(zhuān)科 專(zhuān) 專(zhuān)專(zhuān) 專(zhuān) 業(yè) 業(yè)業(yè) 業(yè)： ： ： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 年年 年 級(jí) 級(jí)級(jí) 級(jí)： ： ： 2010年 春 季 學(xué) 學(xué)學(xué) 學(xué) 號(hào) 號(hào)號(hào) 號(hào)： ： ： 學(xué) 學(xué)學(xué) 學(xué) 生 生生 生： ： ： 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師： ： ： 唐瑤 完成日

2、期 完成日期完成日期 完成日期： ： ： 2012年2月2日 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 I內(nèi)容摘要 電力變壓器指的是電力系統(tǒng)一次回路中供輸、配、供電用的變壓器。本文簡(jiǎn) 要介紹了電力變壓器的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)組成，并說(shuō)明了電力變壓器的常見(jiàn)故障類(lèi)型及 檢測(cè)與診斷方法。針對(duì)電力變壓器的常見(jiàn)缺陷和故障，分析了這些故障對(duì)變壓器 的危害，并對(duì)消除故障的方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，此外還分析了變壓器常用的監(jiān)測(cè) 技術(shù)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞： ： ：變壓器；故障檢測(cè)；故障診斷 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 II目 錄 內(nèi)容摘要 . I 引 言 . 1 1 電力變壓器簡(jiǎn)要介紹 . 2 1.1 電力變壓器的分類(lèi) . 穿

3、心螺桿的絕緣件擊穿，引起鐵心疊片局部短 路，從而產(chǎn)生很大的局部渦流； 2）鐵心夾件及連接鐵芯結(jié)構(gòu)的螺栓由于電磁力的作用而引起的振動(dòng)，將削弱 鐵心絕緣和鐵心疊片之間的絕緣； 3）鐵心及鐵軛疊片的邊緣的毛刺，夾雜金屬物質(zhì)或鐵心疊片產(chǎn)生微小的彎折， 可使鐵心疊片產(chǎn)生局部短路； 4）磁路中的高飽和磁密將產(chǎn)生相當(dāng)大的高次諧波電壓或電流； 5）鐵心疊片的材料和涂在硅剛片的絕緣變質(zhì)引起鐵損增加，使得變壓器的溫 度升高從而損壞鐵心疊片。 2.2 繞組中的故障原因 1）繞組的紙包扁鋁線的棱曲率半徑較?。?2）矩形導(dǎo)線上繞包的絕緣紙達(dá)不到所要求的緊度，產(chǎn)生隆起，使導(dǎo)線形狀發(fā) 生變形，引起匝間短路； 電力變壓器狀態(tài)

4、監(jiān)測(cè)與故障診斷 5 3）繞組的絕緣由于空氣帶入的水分或者油中帶有水分而受潮； 4）當(dāng)負(fù)荷發(fā)生迅速的波動(dòng)，繞組遭受電或磁的沖擊時(shí)，繞組導(dǎo)線的膨脹和收 縮將使匝間絕緣上所受的機(jī)械力交替地增大和減小，使絕緣產(chǎn)生損壞； 5）多根并聯(lián)連續(xù)式繞組，它的幅向尺寸的比值過(guò)大，如果油道過(guò)窄，在繞組 的內(nèi)側(cè)將產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)，使導(dǎo)線絕緣產(chǎn)生脆化，引起匝間短路； 6）繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接質(zhì)量不佳，接觸電阻較大，使繞組產(chǎn)生過(guò)熱，導(dǎo)致絕 緣油的局部炭化； 7）繞組匝間短路及繞組對(duì)地短路的原因有三方面： 當(dāng)雷電及網(wǎng)絡(luò)的沖擊波侵入變壓器時(shí)，在變壓器與線路之間的過(guò)渡處沖擊 阻抗有變化，繞組線端的端部線段容易產(chǎn)生電壓和電流傳輸波反射現(xiàn)

5、象，其結(jié)果 是在變壓器繞組中引起高電壓，繞組絕緣被擊穿。 正常的開(kāi)合閘、雷電沖擊或?qū)Φ鼗」夥烹姸伎赡墚a(chǎn)生沖擊波，由沖擊波引 起的過(guò)電壓如加在絕緣導(dǎo)線的末端、串聯(lián)繞組的連線及中性點(diǎn)上，都可能引起匝 間短路。 當(dāng)把一只感應(yīng)繞組從線路中切除，或者迅速冷卻遮斷電?。ㄓ绕涫窃谧詈?的半個(gè)周期）時(shí)，會(huì)使鐵心中的磁通很快衰減，會(huì)在變壓器中產(chǎn)生高電壓。 8）嚴(yán)重的持續(xù)過(guò)載可在整臺(tái)變壓器中引起高溫，油道窄小加劇變壓器的過(guò)熱 現(xiàn)象，造成絕緣變脆，同時(shí)可能產(chǎn)生導(dǎo)線絕緣脫落因而導(dǎo)致匝間短路； 9）用螺栓夾緊的載流接頭，如未采取有效的防松措施，則在變壓器運(yùn)行期間， 將因振動(dòng)而發(fā)生松動(dòng)，接頭將因此迅速發(fā)熱，甚至使變壓器不

6、得不暫時(shí)出運(yùn)行。 2.3 絕緣中的故障原因 1）由于變壓器沒(méi)有全密封，或者隔膜、膠囊漏氣，使潮濕空氣進(jìn)入絕緣油， 降低了絕緣油的絕緣強(qiáng)度，引起繞組或引線對(duì)油箱或?qū)﹁F心構(gòu)件擊穿。 2）串聯(lián)使用的絕緣材料的厚度搭配不合理，因電暈放電或過(guò)熱可以導(dǎo)致某種 絕緣材料的損壞。 3）絕緣油中懸浮物里的粒子在有電位差的裸導(dǎo)體之間形成“小橋”，引起暫 時(shí)電氣擊穿。 4）變壓器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載可引起絕緣油的老化，油溫過(guò)高會(huì)加速油泥、水分及酸 的形成。 5）在變壓器繞組表面及其身上可能會(huì)遺留下金屬材料，對(duì)爬電距離產(chǎn)生極大 的影響。 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 6 6）絕緣成型件因其表面被污染而導(dǎo)致表面放電，使得絕緣材料

7、失效。 2.4 結(jié)構(gòu)件中發(fā)生的故障原因 1）變壓器繞組上的壓緊力應(yīng)隨著變壓器運(yùn)行過(guò)程絕緣的收縮情況進(jìn)行調(diào)整， 但必須采取適當(dāng)措施防止繞組壓緊裝置的任何部分或部件形成短路匝。 2）由于焊接質(zhì)量不佳、裝配不細(xì)、運(yùn)輸過(guò)程中粗心地吊放變壓器，會(huì)造成變 壓器油箱漏油，如不及時(shí)維護(hù)，則變壓器將產(chǎn)生過(guò)熱和擊穿。 3）氣體繼電器內(nèi)未按規(guī)定充油和檢驗(yàn)時(shí)，繼電器可能產(chǎn)生誤動(dòng)作。另外，當(dāng) 變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于缺乏正確保護(hù)，會(huì)造成變壓器嚴(yán)重?fù)舸?4）變壓器不滿(mǎn)足并列運(yùn)行條件要求。 5）冷卻油及冷卻介質(zhì)故障原因。對(duì)于油浸變壓器油受潮、氧化、造成電氣絕 緣性能下降；油泥沉積，阻塞，使散熱器性能變壞；油絕緣下降

8、造成閃絡(luò)放電等。 對(duì)于特種冷卻介質(zhì)的變壓器，如密封不嚴(yán)而滲漏，使氣壓下降，冷卻效果差，絕 緣性能下降也導(dǎo)致故障發(fā)生。 6）制造工藝欠妥及修理方法不當(dāng)引起的故障原因選用材料不良（導(dǎo)電材料、 磁性材料、絕緣材料）；設(shè)計(jì)和工藝質(zhì)量不好。在變壓器修造、組裝過(guò)程，由于不 嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)，操作不當(dāng)，繞組繞制不規(guī)范，浸烘不透不干，組裝順序不統(tǒng) 一，附件不標(biāo)準(zhǔn)、不合格，修造后變壓器存在的隱患，一旦投入運(yùn)行，容易產(chǎn)生 各類(lèi)故障。 7）運(yùn)行操作不當(dāng)、維護(hù)不周引起故障。 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 7 3 電力變壓器的故障檢測(cè)診斷方法 利用人的感官診斷變壓器故障。通過(guò)人們對(duì)聲音、振動(dòng)、氣味、變色、溫度 等的感覺(jué)

9、來(lái)判斷電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的各種現(xiàn)象的變化來(lái)分析故障 發(fā)生的部位和程度。 變壓器產(chǎn)生“嗡嗡”聲的原因有：硅鋼片的磁滯伸縮引起的振動(dòng)；鐵心的接 縫與疊層之間的磁力作用引起的振動(dòng)；繞組的導(dǎo)線之間或線圈之間的電磁力引起 振動(dòng)；強(qiáng)迫冷卻式的變壓器，其風(fēng)扇和冷卻泵產(chǎn)生的噪音等。 3.1 油浸變壓器的外觀檢查 1）漏油：變壓器外面沾粘 著黑色的液體或者閃閃發(fā)光的時(shí)候，首先應(yīng)該懷疑 是漏油。大中型變壓器裝有油位計(jì)，可以通過(guò)油面水平線的降低而發(fā)現(xiàn)漏油。 2）變壓器油溫度。 3）呼吸器的吸濕劑嚴(yán)重變色。吸濕劑嚴(yán)重變色的原因是過(guò)度的吸潮、墊圈損 壞、呼吸器破損、進(jìn)入油杯的油太多等。通常用的吸濕劑是活性氧

10、化鋁（礬士）、 硅膠等，并著色成藍(lán)色。然后當(dāng)吸濕量達(dá)到吸濕劑重量的20%25%以上時(shí)，吸濕 劑就從藍(lán)色變?yōu)榉奂t色，此時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行再生處理。吸濕劑再生處理應(yīng)加熱至100 140°C直至恢復(fù)到藍(lán)色。對(duì)呼吸器如果管理不善，就會(huì)加速油的老化。 3.2 機(jī)械類(lèi)檢測(cè)裝置 1）瓦斯氣體繼電器 這種繼電器廣泛應(yīng)用于帶油枕的變壓器。第1對(duì)觸點(diǎn)供輕故障報(bào)警用，它是 變壓器中絕緣材料，結(jié)構(gòu)件中的有機(jī)材料燒毀時(shí)，油的熱分解而產(chǎn)生的氣體進(jìn)入 氣體繼電器的氣室，當(dāng)氣體積聚到一定時(shí)量，氣體繼電器輕瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作。第2 對(duì)觸點(diǎn)用于重故障，它是在變壓器內(nèi)部因絕緣擊穿、斷線等而引起油中閃絡(luò)放電 弧、變壓器內(nèi)部壓力劇增，油

11、急速流向油枕時(shí)繼電器重瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作。 2）防爆裝置 防爆裝置是當(dāng)內(nèi)部壓力升高至一定的數(shù)值時(shí)發(fā)生動(dòng)作，使油箱內(nèi)部壓力向外 部釋放的裝置，用于保護(hù)油箱和散熱器。 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 83.3 電氣類(lèi)檢測(cè)裝置 1）差動(dòng)繼電器 差動(dòng)繼電器的動(dòng)作原理是：在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)分別安裝了按變壓器 匝數(shù)比選定的電流互感器，利用變壓器產(chǎn)生匝間短路之類(lèi)事故時(shí)所引起的電流差 值，使繼電器動(dòng)作。因此，變壓器運(yùn)行中如果差動(dòng)繼電器發(fā)生動(dòng)作，一般都是匝 間短路之類(lèi)內(nèi)部故障。 2）過(guò)電流繼電器 這是在電力設(shè)備或線路發(fā)生短路事故，或者過(guò)負(fù)荷時(shí)進(jìn)行保護(hù)的繼電器。如 果設(shè)備外部線路沒(méi)有相間短路，也沒(méi)有過(guò)負(fù)荷，就應(yīng)考慮

12、是變壓器內(nèi)部短路。 檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障的其他方法還有分析溶于油中的氣體的方法，看溫度計(jì) 的指示有否異?；蚋鶕?jù)內(nèi)部有否異常聲音而進(jìn)行檢查的方法等。 3.4 利用儀器儀表檢測(cè)診斷故障 保護(hù)繼電器動(dòng)作時(shí)或從外面觀察認(rèn)為內(nèi)部有異常時(shí)，首先應(yīng)查清當(dāng)時(shí)噴油的 程度、響聲大小與部位，保護(hù)繼電器動(dòng)作狀態(tài)，負(fù)責(zé)情況和電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀等情 況作為參考。同時(shí)通過(guò)變壓器的電氣試驗(yàn)，油中的含氣分析，變壓器總的絕緣性 能試驗(yàn)，絕緣油試驗(yàn)等進(jìn)行綜合分析，以便對(duì)故障的部位和程度作出一定的檢測(cè)， 都需要用專(zhuān)用儀器儀表進(jìn)行檢測(cè)診斷。 3.5 變壓器油中的氣體類(lèi)別 氣相色譜法是對(duì)變壓器油中可燃性 氣體進(jìn)行分析的最切實(shí)可行的方法，該方

13、 法包括從油中脫氣和測(cè)量?jī)蓚€(gè)過(guò)程。將絕緣油中的氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮?dú)?（N2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、 乙炔（C2H2）等氣體從油中脫出并經(jīng)分析，證明它們的存在及含量，即可反映出 產(chǎn)生這些氣體的故障類(lèi)型和嚴(yán)重程度。油在正常老化過(guò)程產(chǎn)生的氣體主要是一氧 化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油絕緣中存在局部放電時(shí)（如油中氣泡擊穿），油 裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。在故障溫度高于正常運(yùn)行溫度 不多時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷（CH4），隨故障溫度的升高，乙烯（C2H2）和乙 烷（C2H6）逐漸成為主要物征氣

14、體；當(dāng)溫度高于1000時(shí)（如在電弧弧道溫度300 以上），油裂解產(chǎn)生的氣體中含有較多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固體絕緣 材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等。 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 94 變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 變壓器在線監(jiān)測(cè)的目的，就是通過(guò)對(duì)變壓器特征信號(hào)的采集和分析，判別出 變壓器的狀態(tài)，以期檢測(cè)出變壓器的初期故障，并監(jiān)測(cè)故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。目 前，電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)是國(guó)際上研究最多的對(duì)象之一，提出了很多不同的方 法。油中溶解性氣體分析技術(shù)。由于變壓器內(nèi)部不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的氣體， 因此通過(guò)分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對(duì)百分比，就可達(dá)到對(duì)變壓器

15、 絕緣診斷的目的。幾種典型的油中溶解氣體，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2， 常被用作分析的特征氣體。在檢測(cè)出各氣體成分及含量后，用特征氣體法或比值 法等方法判斷變壓器的內(nèi)部故障。 局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。變壓器在內(nèi)部出現(xiàn)故障或運(yùn)行條件惡劣時(shí)，會(huì)由于 局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高而產(chǎn)生局部放電（PD）。PD水平及其增長(zhǎng)速率的明顯變化，能夠指示 變壓器內(nèi)部正在發(fā)生的變化或反映絕緣中由于某些缺陷狀態(tài)而產(chǎn)生的固體絕緣的 空洞、金屬粒子和氣泡等。 振動(dòng)分析法。就是一種廣泛用于監(jiān)測(cè)這種變壓器故障的有效方法。通過(guò)對(duì)變 壓器振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)和分析，從而達(dá)到對(duì)變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。 紅外測(cè)溫技術(shù)。紅外熱像技術(shù)是

16、利用紅外探測(cè)器接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信 號(hào)，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，然后通過(guò)電視屏或監(jiān)視器顯示紅外熱像 圖。當(dāng)變壓器引線接觸不良、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等情況時(shí)都會(huì)引起導(dǎo)電回路局部過(guò)熱， 鐵芯多點(diǎn)接地也會(huì)引起鐵芯過(guò)熱。 頻率響應(yīng)分析法。頻率響應(yīng)分析法是一種用于 判斷變壓器繞組或引線結(jié)構(gòu)是 否偏移的有效方法。繞組機(jī)械位移會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的電感或電容的改變，而頻率響應(yīng) 法正是通過(guò)測(cè)量這種細(xì)微的改變來(lái)達(dá)到監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的目的。 繞組溫度指示。繞組溫度指示器就是用于監(jiān)測(cè)變壓器繞組的溫度，給出越限 報(bào)警，并在需要時(shí)啟動(dòng)保護(hù)跳閘。目前已開(kāi)發(fā)出一種用于大型變壓器繞組溫度監(jiān) 測(cè)的新技術(shù)，即將一條光纖嵌入變壓器繞組以

17、便直接測(cè)量繞組的實(shí)時(shí)溫度，從而 改進(jìn)變壓器的預(yù)測(cè)建模技術(shù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組溫度狀態(tài)的目的。 其他狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。低壓脈沖響應(yīng)測(cè)試（Low Voltage Impulse Response，LVIR） 也是一種有效的變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)方法，并且已經(jīng)是一種用于確定變壓器是否能 通過(guò)短路試驗(yàn)的公認(rèn)方法。此外，繞組間的漏感測(cè)試、油的相對(duì)濕度測(cè)試、絕緣 電阻測(cè)試等也是變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的常用方法。 電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 105 結(jié)論 文章介紹了電力變壓器的常見(jiàn)缺陷和故障，并分析了這些故障對(duì)變壓器的危 害，并對(duì)消除故障的方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，此外還分析了變壓器常用的在線監(jiān)測(cè) 技術(shù)，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值 進(jìn)入21世紀(jì)電力行業(yè)將有更大的發(fā)展