淺評(píng)電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)

1、淺評(píng)電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)張占1陳家強(qiáng)1婁東升2張亮3佘磊3(1.江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處宿遷223800;2.江蘇省沭陽(yáng)縣水務(wù)局宿遷223600;3.江蘇省宿遷市水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司宿遷223800摘要:通過(guò)對(duì)電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn),如絕緣、直流電阻測(cè)量、介質(zhì)損耗因數(shù)、局部放電試驗(yàn)、線圈變形、油中溶解氣體分析、油中含水量測(cè)量等,探討電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)的檢測(cè)方法。關(guān)鍵詞:電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)分析0前言電力變壓器是電力系統(tǒng)電網(wǎng)安全性運(yùn)行的重要設(shè)備,是輸變電系統(tǒng)的心臟。它的安全運(yùn)行具有極其重要意義,預(yù)防性試驗(yàn)是保證其安全運(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

2、可靠的試驗(yàn)結(jié)果是正確診斷變壓器故障的基本前提。根據(jù)DL/T5961996電力設(shè)備預(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、繞組直流電阻的測(cè)量、繞組絕緣電阻的測(cè)量、介質(zhì)損耗因數(shù)tg檢測(cè)、交流耐壓試驗(yàn)、線圈變形檢測(cè)、局部放電測(cè)量等。1油中溶解氣體分析目前,在變壓器故障診斷中,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

3、產(chǎn)氣率會(huì)出現(xiàn)最大值;隨著溫度升高,產(chǎn)氣率最大的氣體依次為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、乙烷C2H6、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

4、和故障的性質(zhì)及程度直接有關(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,一般故障性質(zhì)與其特征氣體特點(diǎn)見表1。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%;

5、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%;鐵心多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流約作者簡(jiǎn)介:陳加強(qiáng)(1976,男,從事大型泵站的運(yùn)行管理、維護(hù)檢修工作;變電所各種高、低壓電氣設(shè)備的高壓預(yù)防性試驗(yàn)工作;婁東升(1976,男,從事水利規(guī)劃設(shè)計(jì)以及建設(shè)管理工作;張亮(1980,男,從事水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作;佘磊(1986,男,從事水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。14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)

6、飛弧等故障?；鸹ǚ烹姵Ｒ娪谔坠芤€對(duì)電位末固定的套管導(dǎo)電管、均壓圈等的放電;引線局部接觸不良或鐵心接地片接觸不良而引起的放電;分接開關(guān)撥叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。表1故障性質(zhì)與特征氣體的特點(diǎn)變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則(DL/ T7222000中規(guī)定了變壓器油中氫和烴類氣體的注意值,當(dāng)運(yùn)行中變壓器內(nèi)部氣體組成成分如氫或乙炔、總烴等超過(guò)規(guī)定中任一項(xiàng)數(shù)值時(shí),均應(yīng)引起注意,查明氣體產(chǎn)生原因,及時(shí)跟蹤分析,同時(shí)考察產(chǎn)氣速率,根據(jù)設(shè)備運(yùn)行歷史狀況和設(shè)備特點(diǎn)及外部環(huán)境等因素進(jìn)行綜合判斷,如負(fù)荷、溫度、油中含水量、油的保護(hù)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)、油中絕緣紙類別等。經(jīng)驗(yàn)證明:對(duì)變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷,

7、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。值得注意的是,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)鐵心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份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

8、緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn),能反映繞組焊接質(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)線接頭接觸不良等故障,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線間電流直阻作試驗(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率超標(biāo)外,其他項(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

9、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的作用。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)檢查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^緣電阻值與繞組絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度等有關(guān),但對(duì)于鐵心夾件、穿心螺栓等部件,測(cè)量絕緣電

10、阻往往能較靈敏地反映故障,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)tg序號(hào)故障性質(zhì)特征氣體的特點(diǎn)1一般過(guò)熱性故障總烴較高,C2H2<5ppm2嚴(yán)重過(guò)熱性故障總烴高,C2H2>5ppm,CH4占總烴的主要成分,H2含量較高3局部放電總烴不高,H2>100ppm,CH4占總烴中的主要成分4火花放電總烴不高,C2H2>10ppm,H2較高5電弧放電總烴

11、高,C2H2高,并構(gòu)成總烴中主要成分,H2含量高15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。介損測(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?，F(xiàn)場(chǎng)我們一般測(cè)量的是連同套管一起的tg,但為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和檢出缺陷的靈敏度,有時(shí)也進(jìn)行分解試驗(yàn),以判別缺陷所在位置。如我站修試人員在對(duì)某變壓器做預(yù)試時(shí),發(fā)現(xiàn)一相套管介損超標(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)量泄漏電流作用和測(cè)量絕緣電阻相似,只是其靈敏度較高,能有效發(fā)現(xiàn)有

12、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)相比等。介質(zhì)損耗因數(shù)tg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tg和泄漏電流來(lái)正確判斷繞組絕緣狀況的可能性也較小,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)踐證明如電容性套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等,測(cè)量tg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

13、,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)變壓器的額定電流須在l00mA 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,如果能創(chuàng)造條件對(duì)高電壓、大容量電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn),對(duì)保證變壓器安全運(yùn)行是有很大意義的。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

14、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:(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場(chǎng)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)。(2在運(yùn)輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和振動(dòng)等。如某供電部門在對(duì)110kV、31500kVA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)3

15、0mm,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。(3保護(hù)系統(tǒng)有死區(qū),動(dòng)作失靈,導(dǎo)致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用時(shí)間長(zhǎng),造成繞組變形。如某SFS一315000/110型主變壓器,因10kV系統(tǒng)故障導(dǎo)致直流消失,由于手動(dòng)操作跳閘,變壓器因受長(zhǎng)時(shí)間短路作用而損壞。粗略統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,在遭受外部短路時(shí),因不能及時(shí)跳閘而發(fā)生損壞的變壓器約占短路損壞事故的30%。(4繞組承受短路能力不夠。某DFPSF一250000/500型電力變壓器,由于互感器事故導(dǎo)致35kV側(cè)發(fā)生三相短路后,使其引線支架多處斷裂,繞組嚴(yán)重變形,實(shí)際上事故時(shí)的短路電流只有

16、105kA,低于變壓器應(yīng)承受的水平,而且保護(hù)動(dòng)作也正常,但變壓器繞組卻損壞了,只能說(shuō)明是變壓器繞組承受短路電流沖擊能力不夠。7局部放電測(cè)量變壓器故障的原因之一是介質(zhì)擊穿,其原因主要是局部放電,它導(dǎo)致絕緣惡化乃至擊穿。隨著變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展,人們逐步認(rèn)識(shí)到局部放電是變壓器諸多故障和事故的根源,因而局部放電的測(cè)試越來(lái)越受到重視,近年來(lái)我國(guó)110kV以上電力變壓器事故中有一半以上屬正常運(yùn)行電壓下發(fā)生匝間短路等原因,也是局部放電所致,因此把局16部放電測(cè)量作為變壓器安裝和大修的必試項(xiàng)目之一,這對(duì)于變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷將十分有效。隨著變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到,局部放電是變壓器

17、諸多有機(jī)絕緣材料故障和事故的根源,因而該技術(shù)得到了迅速發(fā)展,出現(xiàn)了多種測(cè)量方法和試驗(yàn)裝置。測(cè)量局部放電的方法主要有以下三種:(1電測(cè)法:利用示波器、局部放電儀或無(wú)線電干擾儀,查找放電的波形或無(wú)線電干擾程度。電測(cè)法的靈敏度較高,測(cè)到的是視在放電量,分辨率可達(dá)幾皮庫(kù)(PC。(2超聲測(cè)法:利用檢測(cè)放電中出現(xiàn)的超聲波,并將聲波變換為電信號(hào),錄在磁帶上進(jìn)行分析。超聲測(cè)法的靈敏度較低,大約幾千皮庫(kù),它的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好,且可“定位”。有的利用電信號(hào)和聲信號(hào)的傳遞時(shí)間差異,可以估計(jì)探測(cè)點(diǎn)到放電點(diǎn)的距離。(3化學(xué)測(cè)試法:檢測(cè)溶解油內(nèi)各種氣體的含量及增減變化規(guī)律。此法在運(yùn)行監(jiān)測(cè)上十分適用,簡(jiǎn)稱“色譜分析”。化

18、學(xué)測(cè)法對(duì)局部過(guò)熱或電弧放電很靈敏,但對(duì)局部放電靈敏度不高。而且重要的是觀察其趨勢(shì),例如幾天測(cè)一次,就可發(fā)現(xiàn)油中氣體的組成、比例以及數(shù)量的變化,從而判定有無(wú)局部放電或局部過(guò)熱。在變壓器檢修或故障診斷中,預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果依舊是不可缺少的診斷參量,但是每個(gè)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目不能孤立的去看待,應(yīng)將幾個(gè)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來(lái)綜合分析,這將有效提高判斷的準(zhǔn)確性。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及試驗(yàn)方法的不斷完善,電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)于提高供電可靠性、準(zhǔn)確了解設(shè)備狀態(tài)以及對(duì)變壓器故障分析和判斷將會(huì)變得更加有效了。問(wèn):用于整定計(jì)算的哪些一次設(shè)備參數(shù)必須采用實(shí)測(cè)值?答:下列參數(shù)用于整定計(jì)算時(shí)必須使用實(shí)測(cè)值:(1三相三柱式變壓器的零序阻抗。(266kV及以上架空線路和電纜線路的阻抗。(3平行線之間的零序互感阻抗。(4雙回線路的同名相間和零序的差電流系數(shù)。(5其他對(duì)繼電保護(hù)影響較大的有關(guān)參數(shù)。問(wèn):如何用試驗(yàn)法求四端網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗?答:(1求出二次側(cè)開路時(shí)的輸入阻抗Z12。(2求出二次側(cè)短路時(shí)的輸入阻抗Z10。(3取上述兩項(xiàng)阻抗的幾何平方根值,即Zc=(Z12·Z10姨。Zc即所求的特性阻抗。問(wèn):LFP-900系列保護(hù)的調(diào)試注意事項(xiàng)是什么?答:(1盡量少拔插裝置插件,不觸摸插件電路。(2使用的電烙鐵、示波器必須與屏柜可靠接地。(3試驗(yàn)前應(yīng)檢查屏柜及裝置在運(yùn)輸過(guò)程中是否有明顯的損傷或螺絲松