淺談變壓器試驗(yàn)與在線監(jiān)測

1、.淺談變壓器試驗(yàn)與故障監(jiān)測在線監(jiān)測作者：劉佳、李旭單位：計(jì)量檢定中心試驗(yàn)班摘要隨著油田的開發(fā)，供電事業(yè)迅速發(fā)展，裝機(jī)容量和電網(wǎng)規(guī)模的日益增大，我們對電力系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性的要求不斷提高，而電力變壓器則是電力設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)中最重要、最昂貴的設(shè)備之一。目前，按照變壓器絕緣檢查的要求，我們一般做其預(yù)防性試驗(yàn)，本文將談到試驗(yàn)的一些不足之處和改進(jìn)措施。然而單靠電氣試驗(yàn)的方法往往很難發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行中的某些局部故障和發(fā)熱缺陷，所以本文提出了變壓器油的在線監(jiān)測的方法，溶氣在線監(jiān)測和色譜在線監(jiān)測能夠反應(yīng)充油設(shè)備的故障發(fā)展趨勢及發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，對于保證設(shè)備安全、可靠、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行有十分重要的意義。關(guān)鍵詞

2、：預(yù)防性試驗(yàn)，在線監(jiān)測，變壓器油，溶氣和色譜在線監(jiān)測 1.變壓器預(yù)防性試驗(yàn)我們供電公司始終堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主”的原則，把安全時刻都放在第一位，所以每年線路及高壓設(shè)備的檢修都是停電檢修，所以高壓變壓器試驗(yàn)都是停電以后，安全措施完善的情況下進(jìn)行的，對于變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)（本文都是指油浸式電力變壓器），我們試驗(yàn)班的試驗(yàn)項(xiàng)目有絕緣電阻測試、直流電阻測試、變壓器交流耐壓試驗(yàn)及絕緣油的耐壓試驗(yàn)。1.1 絕緣電阻試驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)是一種最簡單、最常用的試驗(yàn)方法。當(dāng)電力變壓器絕緣受潮、表面變臟、留有表面放電或擊穿痕跡時，其絕緣電阻會顯著下降。經(jīng)驗(yàn)證明：在大短路電流作用下，初始機(jī)械損傷的基本形式是變壓器

3、繞組變形，它們發(fā)展的典型方式是變形引起局部放電，匝、股間短路，整段主絕緣放電或完全擊穿導(dǎo)致主絕緣破壞。因此，測量變壓器的絕緣電阻是變壓器出口近區(qū)短路后一項(xiàng)必要的檢測項(xiàng)目。測量繞組連同套管一起的的絕緣電阻、吸收比、和極化指數(shù)，對檢查變壓器整體的絕緣狀況具有較高的靈敏度。不足之處：由于絕緣電阻所施加的電壓較低，因而對于一些集中性缺陷，即便可能是很嚴(yán)重的缺陷，在測量時還會出現(xiàn)顯示絕緣電阻仍然很大的現(xiàn)象。因此，絕緣電阻試驗(yàn)只適用于檢測貫穿性缺陷和普遍性缺陷。絕緣試驗(yàn)改進(jìn)措施：我們平時試驗(yàn)時只做絕緣電阻試驗(yàn)，然而繞組泄漏電流測試和介質(zhì)損耗因數(shù)正切值的測量更加靈敏，更加準(zhǔn)確，所以絕緣電阻及吸收比或極化指數(shù)

4、、繞組泄漏電流測試和介質(zhì)損耗因數(shù)正切值試驗(yàn)才是真正的絕緣試驗(yàn)。1.2 繞組的直流電阻的測量它是一項(xiàng)很重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，次序排在變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目第二位。它能反映繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關(guān)以及導(dǎo)線接頭接觸不良等故障，實(shí)際上也是判斷各相繞組電壓比是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔位是否正確的有效手段之一。該試驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn)“三相繞組直流電阻不平衡系數(shù)不大于1%或2%”（適用于不同連接組別和不同容量的變壓器）。不足之處：變壓器繞組是由分布電感、電阻及電容組成的復(fù)雜電路。然而隨著變壓器容量的增大，如果仍然像測量小容量變壓器那樣，用幾十伏電壓的小容量電池作為測量電源，測電流達(dá)到穩(wěn)定的時間長達(dá)數(shù)十分鐘乃至幾小時，這個現(xiàn)象在

5、春檢的時候大家應(yīng)該都有所了解，這不僅太費(fèi)時間，又不能保證測量的準(zhǔn)確度。測直流電阻的關(guān)鍵問題是將自感效應(yīng)降底到最小程度。為解決這個問題，我們可以用助磁法和消磁法：1）助磁法：（1）用大容量的蓄電池或穩(wěn)流源通大電流測量 （2）把高低壓繞組串聯(lián)起來通電流測量，采用同相位和同極性的高壓繞組助磁。由于高壓繞組的匝數(shù)遠(yuǎn)比低壓多，借助于高壓繞組的安匝數(shù)，用較小的電流就可使鐵芯飽和。 （3）采用恒壓恒流源法的直阻測試儀，使用時可把高、低壓繞組串聯(lián)起來，應(yīng)用雙通道對高低壓繞組同時測量，較好地解決了大容量變壓器直流電阻測試的困難，測量圖如1-1所示。ABC +U接儀器測量端-U +I-I+Uabc接儀器測量端-U

6、1-1變壓器繞組直流電阻測量接線圖1.3 變壓器交流耐壓試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)變壓器主絕緣受潮和集中性缺陷，如繞組主絕緣開裂，繞組松動位移，引線絕緣距離不夠，絕緣上附著污穢物等缺陷，屬于破壞性試驗(yàn)。所以說它是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最有效、最直接的試驗(yàn)方法。1.4 變壓器油的耐壓試驗(yàn) 可以檢測油的耐電強(qiáng)度，如果被擊穿很可能是油中氣泡過多，當(dāng)氣隙發(fā)展到一定程度時，就很可能形成氣隙通道，由于起泡的耐電強(qiáng)度比油底，首先氣隙通道被擊穿，最后導(dǎo)致變壓器油擊穿。如果起泡少量，則會伴隨輕微、斷續(xù)的放電聲，在重復(fù)試驗(yàn)中（一般做五次擊穿）可能會消失，因?yàn)槠鹋莘烹姾?，容易從油面上部逸走?.5 從2009年和2010年的春檢及

7、日常試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)還存在以下問題需要注意：1.5.1溫度的影響:對于停運(yùn)的變壓器，需將變壓器自電網(wǎng)斷開后靜置30min，使油溫與繞組溫度趨于相同時，方可進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。對于新投入或大修后的變壓器，應(yīng)充滿合格油靜置一段時間，待氣泡消除后，再進(jìn)行試驗(yàn)。通常，對于8000kva以上的較大型電力變壓器需靜置20h以上，對于310kva的小容量變壓器需靜置5h以上，我們一般設(shè)定一基準(zhǔn)值，在溫度不同時的測量值，相差甚大，應(yīng)通過公式R2=R1*1.5(T1-T2)/10進(jìn)行換算，換算到同一溫度下的絕緣電阻值，這樣會使我們的判斷更加準(zhǔn)確。1.5.2 絕緣油試驗(yàn)：在耐壓試驗(yàn)中提到，若被擊穿只能說明有可能是有氣泡

8、引起的。實(shí)際上當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，無論是過熱故障還是放電故障，都會使油的分子結(jié)構(gòu)遭受破壞，除氫氣之外，還會伴隨一定量的可燃?xì)怏w。如甲烷、乙烷、乙炔、CO和CO2等。可燃?xì)怏w的主要來源是絕緣油和固體絕緣等，所以有必要進(jìn)行油色譜分析，來進(jìn)行分析和判斷其是否錯在潛伏性故障。1.5.3 變壓器的絕緣檢查的要求是每13年要做一次變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)。在其運(yùn)行階段，除了油溫我們可以檢測到，而內(nèi)部過熱和局放現(xiàn)象產(chǎn)生的氣體我們無法檢測到，所以我們更無法進(jìn)一步去分析判定變壓器內(nèi)部存在何種潛伏性故障及其發(fā)展程度。油的簡化試驗(yàn)是在試驗(yàn)室中進(jìn)行的一項(xiàng)復(fù)雜、耗時的檢測，而且會產(chǎn)生由人工取樣、分析，不僅費(fèi)時，還會造成誤

9、差，09年的五號島2-3主變絕緣油試驗(yàn)，就是個例子。油色譜在線監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用彌補(bǔ)了室內(nèi)色譜檢測技術(shù)的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)試驗(yàn)檢測，僅僅能夠提供變壓器故障和事故后的滯后信息，即在事故過后才能獲得狀態(tài)信息。與現(xiàn)代化狀態(tài)維護(hù)發(fā)展趨勢不相適應(yīng)，雖然檢測方法種類很多，卻不能滿足對變壓器進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測的需要。隨著變壓器現(xiàn)代維護(hù)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了狀態(tài)監(jiān)測。它打破了以往收集變壓器信息的局限性。電力系統(tǒng)通過采用對變壓器的在線監(jiān)測，可以即時連續(xù)記錄各種影響變壓器壽命的相關(guān)數(shù)據(jù)。目前我國750kV及以上電壓等級的變壓器已全部安裝在線監(jiān)測設(shè)備。隨著狀態(tài)檢修即將全面推廣實(shí)施,預(yù)計(jì)未來我國電力系統(tǒng)110kV及以上電壓等級的變

10、壓器將逐步使用在線監(jiān)測技術(shù)。變壓器預(yù)防性試驗(yàn)及在線監(jiān)測都屬于變壓器主動維護(hù)，是計(jì)劃性檢修和預(yù)知性維護(hù)的前提。如下圖1-2所示：主動維護(hù)有計(jì)劃的修復(fù)有計(jì)劃的更換計(jì)劃性狀態(tài)檢修預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃檢修預(yù)知性維護(hù)基于狀態(tài)的維護(hù)狀態(tài)檢修被動維護(hù)故障發(fā)現(xiàn)重新設(shè)計(jì)故障后檢修2.變壓器在線監(jiān)測技術(shù)（這里只探討絕緣油的溶氣在線檢測和色譜在線監(jiān)測)為了提高電力變壓器安全運(yùn)行的可靠性，降低維修費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。常用的在線監(jiān)測方法包括對油中溶解氣體的監(jiān)測、微水含量的監(jiān)測以及色譜監(jiān)測。在線監(jiān)測的原理：變壓器在線監(jiān)測的內(nèi)容和目標(biāo)不同，但在線監(jiān)測的基本原理是相同的。它通過安裝在變壓器上的各種高性能傳感器，連續(xù)的獲取變壓器的動

11、態(tài)信息。在線監(jiān)測的基本程序：數(shù)據(jù)收集、存貯-狀態(tài)分析-故障分類-根據(jù)智能專家系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判定故障位置-提高出維護(hù)方案。2.1油中溶氣在線監(jiān)測 （DGA）多年來，油中溶解氣體分析（DGA）作為故障診斷的常用工具，用于判斷油紙絕緣電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況。CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和CO2等氣體在油中的含量可作為油紙絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部故障診斷的指標(biāo)。油中溶氣在線監(jiān)測的特點(diǎn)是可連續(xù)觀察氣體產(chǎn)生的動態(tài)發(fā)展趨勢。它通過及時發(fā)現(xiàn)超出極限范圍的特征氣體，來發(fā)現(xiàn)并捕捉故障信息，消除并避免災(zāi)難性隱患，是狀態(tài)維護(hù)的有利手段。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，無論是過熱故障還是放電故障，都會使油的分子結(jié)構(gòu)遭受破壞

12、，從而裂解出大量的氫氣。因此油中的氫氣可作為預(yù)測變壓器早期故障的指示氣體。除氫氣之外，還會伴隨一定量其他的可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w的主要來源是絕緣油和固體絕緣。例如，變壓器油在500以上會釋放出 H2和 CH4。而在老化作用下，繞組熱點(diǎn)、絕緣導(dǎo)線、絕緣纖維部件等都會產(chǎn)生CO和CO2 。在電弧燒傷變壓器部件和材料廠的情況下，會產(chǎn)出很高的 H2。局部放電也會產(chǎn)生H2 和 C2H2特征氣體。如果發(fā)現(xiàn)某臺變壓器油中溶氣含量出現(xiàn)了非正常變化，肯定預(yù)示著變壓器內(nèi)部存在著由故障所形成的特征氣體產(chǎn)氣源。每種故障發(fā)生時其特征氣體并不相同。在判定電磁故障時，往往借助氫氣、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、一氧化碳和二氧化碳的濃度

13、和兩種氣體的濃度比值。監(jiān)測步驟：2.1.1 首先是油氣分離：如何將油氣完全分離是該研究課題的技術(shù)難點(diǎn)。目前國內(nèi)外無直接從油中測量某種氣體組分含量的傳感器，因此必須使氣從油中分離開來再進(jìn)行檢測。油氣分離是油中溶氣在線監(jiān)測的關(guān)鍵步驟。它可直接影響油中溶氣檢測的效果，油中溶氣分離借助有機(jī)合成的高分子膜來透析各種故障氣體。因此，檢測器的高分子膜必須具備高性能。首先必須耐水、耐油、耐高溫，其次還要具有承受機(jī)械力破壞的能力。高分子膜還必須對可燃?xì)怏w透氣靈敏度高。分離膜：變壓器油中溶解氣體可由高分子膜自動分離,不同分子膜對不同氣體的滲透性能差異很大。目前油中溶氣在線監(jiān)測裝置采用的透氣膜中，性能較好的是聚四氟

14、乙烯薄膜，這種膜不僅具有很好的機(jī)械性能，還能耐受油和高溫，日本研制的聚四氟亞乙全氟烷基乙烯基醚膜性能也很優(yōu)良，可透過H2、 CO 、CO2 、 C2H2、 C2H4和 C2H6 等 6種特征氣體。氣體滲透時間的確定:按不同的時間周期對脫出的氣體取樣分析，得到氣室中的氣體與油中氣體達(dá)成平衡的最佳時間，用以確定油中氣體在線檢測周期，經(jīng)試驗(yàn)，各種氣體滲透時間周期確定為24h(見表1-3)。表1-3各種氣體滲透時間濃度對應(yīng)氣體時間/h61224364860728496H2455050505050505050CO35389463500500500500500500CH436394346505050505

15、0C2H4242832394347505050C2H6252934404549505050C2H21.52.83.65.87.99.45010102.1.2 氣體檢測油中溶氣在線監(jiān)測可以監(jiān)測單一氣體，用載體催化敏感元件檢測氫氣，也可監(jiān)測7種可燃?xì)怏w的總量。無論哪種監(jiān)測方式，在線監(jiān)測的取氣均利用各種傳感器和檢測器來實(shí)現(xiàn)。 油中溶氣檢測所用傳感器和檢測器主要有： 1）鈀柵檢測器；2）半導(dǎo)體傳感器；3）催化燃燒型傳感器；4）燃料電池型傳感器；5）紅外光譜傳感器；6）光離子檢測器。當(dāng)油中溶氣進(jìn)入控頭內(nèi)，由高穩(wěn)定性和高精度的熱導(dǎo)元件對氣體進(jìn)行檢測。利用置放在油中的濕度傳感器可直接監(jiān)測油中水分。2.1.3

16、 狀態(tài)分析油中溶氣在線監(jiān)測裝置要配置溶氣故障判斷和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。在獲得動態(tài)濃度趨勢分布曲線后，如果被監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足判斷條件，油中溶氣在線監(jiān)測裝置則會自動做出故障性質(zhì)判定并發(fā)出聲光報(bào)警。在連續(xù)監(jiān)測過程中，電站監(jiān)測人員可調(diào)節(jié)報(bào)警氣體濃度水平。油中溶氣在線監(jiān)測裝置最好靠近油流處安裝。因此這樣利于溶氣及時被測到。延誤監(jiān)測本身就失去了在線監(jiān)測的即時性。2.2 變壓器油色譜在線監(jiān)測油色譜在線監(jiān)測技術(shù)是氣相色譜分析技術(shù)的演變和發(fā)展。常規(guī)的氣相色譜分析技術(shù)是在試驗(yàn)室中進(jìn)行的一項(xiàng)復(fù)雜、耗時的檢測，而且會產(chǎn)生由人工取樣分析所造成的種種誤差。油色譜在線監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用彌補(bǔ)了室內(nèi)色譜檢測技術(shù)的缺點(diǎn)。油色譜在線監(jiān)測裝置

17、可將一個恒溫箱體安在變壓器的恒溫防火墻內(nèi)，與變壓器形成一體，有利于運(yùn)輸和安裝，并可根據(jù)現(xiàn)場需要安裝到其他變壓器上。油色譜在線監(jiān)測裝置的另一特點(diǎn)是具有備用進(jìn)油接口，可以對其他充油設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。油色譜在線監(jiān)測在變電所主控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對變壓器監(jiān)測，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定監(jiān)測周期。油色譜在線監(jiān)測在氣體繼電器未動作前能將變壓器內(nèi)部的故障缺陷及其發(fā)展趨勢通過計(jì)算機(jī)直接傳輸給生產(chǎn)部門。由現(xiàn)場監(jiān)測控制器、遙控器、油樣引入裝置、脫氣裝置、色譜儀、繪圖儀協(xié)作完成整個監(jiān)測程序。油色譜在線監(jiān)測程序如下：2.2.1 油氣分離:當(dāng)循環(huán)泵將油送到油氣分離裝置后，利用波紋管和薄膜構(gòu)成的油氣分離裝置進(jìn)行油氣分離，由六通閥定量的將氣體

18、送到組合分離器。2.2.2 通過吸附劑的篩孔吸附作用或固定液及載氣兩相分配作用完成組分分離。2.2.3 利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存貯收集系統(tǒng)，對各種特征氣體做定量分析。油色譜在線分析流程圖見圖 (1-4)變壓器油氣分離色譜柱進(jìn)樣器熱導(dǎo)池?zé)嶙枘峁苻D(zhuǎn)化爐氫火焰組分分析油氣分離數(shù)據(jù)分析組分分離圖1-4 油色譜在線監(jiān)測流程圖油色譜在線監(jiān)測對故障的定位依據(jù)是根據(jù)三比值法和故障氣體生成速率。在進(jìn)行判定時，還應(yīng)注意，油色譜在線分析結(jié)果往往略高于試驗(yàn)室中的分析結(jié)果。這是因?yàn)橛蜕V在線監(jiān)測是封閉取氣而試驗(yàn)室中的取氣常存在少量氣體的散失。3. 總結(jié) 本文從變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)和變壓器油的在線檢測兩個方面探討。發(fā)現(xiàn)了預(yù)防性試驗(yàn)中存在的不足，并提出了改進(jìn)措施。說明了變壓器油在線監(jiān)測的發(fā)展和應(yīng)用，解析了其大概的原理。變壓器油在線監(jiān)測技術(shù)雖然得到了運(yùn)用，但在如何有效地保證微弱信號的真實(shí)性、