變壓器壽命評估及故障診斷技術(shù)

1、變壓器壽命評估及故障診斷技術(shù)第1頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二主要內(nèi)容概述影響變壓器壽命的因素故障診斷方法討論第2頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二概述國內(nèi)最高電壓等級1000kV，容量1000MVA*3 根據(jù)2000年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國500kV共有713臺變壓器，其中進口變壓器386臺，壞了28臺，國產(chǎn)327臺，壞了17臺 國產(chǎn)用料足，運行前容易出問題，后期比較穩(wěn)定。進口技術(shù)先進，但用料少，長期滿載運行容易出問題。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二概述表征變壓器故障率的盆式曲線故障率時間第4頁，共35頁，2022年，5月20

2、日，5點2分，星期二影響變壓器壽命的因素過熱故障絕緣故障結(jié)構(gòu)件故障組件故障第5頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二過熱故障 變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障。變壓器運行時有空載損耗和負載損耗。損耗轉(zhuǎn)化為熱量后，一部分提高了繞組、鐵芯及結(jié)構(gòu)件本身的溫度，另一部分向周圍介質(zhì)（如絕緣物、變壓器油等）散出。當(dāng)各部分的溫差達到能使產(chǎn)生的熱和散出的熱平衡時，即達到了穩(wěn)定狀態(tài)。如果發(fā)熱量過大，則會發(fā)展過熱現(xiàn)象，最后導(dǎo)致過熱故障。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二過熱故障變壓器溫升限值 變壓器絕緣的熱老化與繞組的熱點溫度有關(guān)，在GB/T15164油浸式電力變壓器負載導(dǎo)

3、則中規(guī)定了油浸式變壓器繞組的熱點溫度基準(zhǔn)值是98（對應(yīng)環(huán)境溫度20），在此溫度下絕緣的相對老化率為1。在80140范圍內(nèi)，溫度每增加6K，其老化率增加一倍，即6度法則，其公式為： 根據(jù)該計算公式可以得出，變壓器在140下運行1h，其熱老化率相當(dāng)于98下運行128h。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二過熱故障過熱故障及起因 環(huán)流或渦流在導(dǎo)體和金屬結(jié)構(gòu)件中引起的過熱金屬部件之間接觸不良引起的過熱散熱或冷卻效果差引起的過熱異常運行或誘發(fā)因素引起的過熱第8頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二絕緣故障 變壓器絕緣系統(tǒng)式變壓器重要組成部分，為了確保變壓器的長期穩(wěn)定

4、工作，變壓器絕緣性能必須滿足GB1094標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電、機、熱三方面性能的要求，此外還要考慮化學(xué)、老化和環(huán)境的問題。絕緣故障一旦出現(xiàn)，修復(fù)困難且修復(fù)周期長，造成的損失巨大。第9頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二絕緣故障造成絕緣故障的原因 突發(fā)短路 油流帶電 溫度、濕度的影響雜質(zhì)影響 第10頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二絕緣故障突發(fā)短路 短路事故是導(dǎo)致變壓器絕緣事故發(fā)生的主要原因之一。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB1094.5的規(guī)定，變壓器進行短路試驗的次數(shù)是三次，三次通過的變壓器合格。短路事故直接的后果是造成繞組變形，進而引發(fā)絕緣事故。如果短路電流造成繞組溫度超過變

5、壓器的溫度限值，絕緣材料可能老化。 第11頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二絕緣故障油流帶電 大容量變壓器一般都采用強迫油循環(huán)的冷卻方式，油流速度比較高，油和紙發(fā)生相對運動時會產(chǎn)生電荷分離，油流帶走正電荷，紙板表面留下負電荷。如果電荷發(fā)生積累現(xiàn)象，使得該部位的局部場強增加，局部放電的起始電壓降低，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。 對油流帶電的考核時將油流動時的變壓器的局放電量值與油靜止時的量值比較，結(jié)果應(yīng)該沒有明顯的差別?，F(xiàn)在執(zhí)行的考核標(biāo)準(zhǔn)是GB/T16274，在其附錄A中規(guī)定了油流靜電試驗方法及轉(zhuǎn)動油泵時的局放測量試驗方法。由于油流帶電試驗測得的電流值與結(jié)構(gòu)、材料密切相關(guān)，只能在同類變

6、壓器的相互比較中作為判斷依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)中并沒有給出限值。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二絕緣故障溫度、濕度的影響 變壓器為油紙絕緣結(jié)構(gòu)，紙是變壓器主要的絕緣材料。在不同溫度下，紙中的含水量有不同的平衡曲線，溫度升高，紙中水份析出，反之相反。水份對變壓器絕緣危害很大，紙又是親水性的材料，其絕緣性能隨水份增加成指數(shù)的下降。油也是如此。 在DL/T596電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程中規(guī)定了油和紙含水量的臨界值。雖然有關(guān)資料說明，即時含水量達到4.5%，紙絕緣的擊穿電壓只下降10%，一般不會發(fā)生擊穿，但水是極性較強的液體，在變壓器中更容易被強電場所吸引，從而在高電場區(qū)域聚集較多的水分

7、，影響絕緣系統(tǒng)安全。同時，在溫度較低的情況下，水分會析出，形成水滴或水膜，對變壓器安全運行造成影響。第13頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二絕緣故障雜質(zhì)影響 雜質(zhì)的影響主要是使絕緣的局部場強發(fā)生畸變，導(dǎo)致局部放電，加速絕緣老化，最終導(dǎo)致絕緣事故發(fā)生。雜質(zhì)的影響主要有 ：懸浮導(dǎo)體金屬異物雜質(zhì)第14頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二結(jié)構(gòu)件故障 結(jié)構(gòu)件故障主要是繞組變形以及其他的連接線的松動。連接線的松動會導(dǎo)致懸浮放電或接觸不良。繞組變形一般發(fā)生在短路故障的時候，在電磁力的作用下，引起繞組損壞或引線移位。繞組變形會引起：線圈匝間短路主絕緣強度降低繞組輻向或軸向

8、失穩(wěn)嚴(yán)重時會導(dǎo)致線圈燒毀。第15頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二組件故障變壓器組件中，分接開關(guān)和套管的故障率最高。分接開關(guān)故障主要有：動作不到位或拒動作，動靜觸頭接觸不良，漏油，局部放電套管故障主要有：套管質(zhì)量出現(xiàn)缺陷，例如密封、污穢、裂紋等，套管介損和局放超標(biāo)還有冷卻器故障，箱體漏油，油泵等組件的故障第16頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法直流電阻 變比絕緣電阻介損 油分析油色譜低壓阻抗試驗 局放試驗第17頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法直流電阻 用于判斷導(dǎo)電回路，接頭等部分的問題，例如焊接脫落、斷股、匝

9、間短路、分接開關(guān)錯檔跳檔掉檔等。但是無法發(fā)現(xiàn)股間短路問題，可以用負載損耗變化來發(fā)現(xiàn)。第18頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法直流電阻 分接檔位阻值第19頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法變比 用于發(fā)現(xiàn)匝間短路，短線，斷股，錯檔，跳檔，繞組變形等問題。第20頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法絕緣電阻 通過檢測極化指數(shù)，阻值大小。用于發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣受潮，老化等問題第21頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法介損 介損測量的量主要有電阻R和電容C，還有他們的比值tg。tg可以發(fā)

10、現(xiàn)絕緣的老化問題。C和繞組的位置有關(guān)，可以發(fā)現(xiàn)繞組變形等問題R可以發(fā)現(xiàn)受潮等問題。測試方法，介損的測量主要受到現(xiàn)場50Hz的工頻干擾，現(xiàn)在比價流行的是異頻法，躲開50Hz的頻率，采用45或55Hz第22頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法油分析試驗 試驗項目有耐壓、介損、微水、顆粒度等第23頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法油色譜試驗 油色譜試驗是一種通用的比較成熟的方法，通過氣體不同成分，可以比較靈敏而準(zhǔn)確的判斷故障。用于故障檢測的氣體組分主要有：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6） 、乙烯（C2H4） 、乙炔（C2H2） 、氫氣（H

11、2） 、一氧化碳（CO） 、二氧化碳（CO2）等。 第24頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法油色譜試驗 氣體含量判斷法特征氣體判斷法IEC三比值判斷法故障氣體速率判斷法回歸法 第25頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法特征氣體判斷法第26頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法IEC三比值判斷法通過計算C2H2/C2H4、CH4/H2,C2H4/C2H6,在相同的情況下將這些比值以不同的編碼表示，可以得到不同的故障類型和故障性質(zhì)。在判斷過熱性故障時，還可以通過經(jīng)驗公式估算故障點的熱點溫度。第27頁，共35頁

12、，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法低壓阻抗試驗主要是變壓器380V的空載損耗和負載損耗試驗。發(fā)生繞組變形時阻抗的電容分量會發(fā)生變化，從而使阻抗發(fā)生變化，可以用于判斷繞組變形。目前比較流行的繞組測試方法是頻響法。第28頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法局放試驗導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，稱為局部放電。（GB/T7354-2003）局部放電可能發(fā)生在絕緣體內(nèi)部，也可能發(fā)生在表面；發(fā)生在氣體包圍的導(dǎo)體附近的放電，稱為電暈。絕緣體在局放的作用下（高溫或電弧等一系列物理和化學(xué)現(xiàn)象），使絕緣體迅速老化直至擊穿。第29頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法局放試驗的特點與交流耐壓試驗相比，局部放電試驗是非破壞性試驗；局部放電試驗具有較高的靈敏度；局部放電監(jiān)測可以彌補耐壓試驗的不足。第30頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法局放的特點脈沖性對稱性相位性第31頁，共35頁，2022年，5月20日，5點2分，星期二故障檢測方法局放試驗方法局部放電現(xiàn)在主要分為電測法和非電測法。電測法主要是脈沖電流法（ERA），電橋法和無線電干擾法（RIV），其中脈沖電流法是最普遍應(yīng)用的