《变压器运行维护》word版.doc

变压器运行维护 2变压器运行维护(2)2010-11-27 17：04现场利用涡轮机房的起吊装置将变压器吊出油箱后，通过直观检查立即发现，问题出在铁心框架和铁心框架与油箱绝缘部位。由于变压器绝缘在运输期间遭受到破坏，因此在铁心框架之间发生电弧，框架与油箱之间还出现了循环电流通过框架和油箱。有一段时期，这个问题在大型变压器上经常出现，因此对铁心的绝缘需要做非常谨慎的试验。如果已经达到规定的较高试验要求，则可以不做这种试验。在发生电弧放电的部位增加绝缘后将铁心和线圈放进油箱，使变压器重新投人运行。图126示出了返修后的变压器油中溶气分析数据，从这些数据可以看出，油中溶气含量的变化为零，从而证实了变压器维修是成功的。图126实例研究1号发电机变压器修复后的油中溶气含量研究的第二个实例不太成功，它没有指出故障和需要维护的正确位置，一部分原因是由于有许多相关的小故障连续发生，此外，是由于操作和维护人员对油进行了大量的脱气。当变压器油中溶气含量增加时，维护人员有时会陷入到一种进退两难的境地，摘自：工变电器因为脱气会使释放出来的自由气体含量达到能使Buchholz继电器动作的程度。为了避免出现这种情况，其策略是对油进行处理，以便降低油中溶气含量。然而，令人遗憾的是，油中溶气分析方法在诊断故障时，会使人产生极大的迷惑。因为虽然油中气体含量得到降低，但绝缘材料中的气体含量却仍然处于很高的水平。当很高的气体含量扩散到油中，一直达到平衡时，会增加油中的气体含量，而这种气体的生成速率却与故障无关。因此，对故障气体进行诊断时，最好采用没有脱气处理的油摘自：工变电器。实际诊断此实例变压器是一台l9.5kV/300kV发电机变压器，油中溶气含量首先表明了变压器运行前6年的状况以及延续运行l4年后，直到最后因碎屑造成Buchholz继电器动作，不得不将变压器从系统撤离的油中溶气数据。表17是此台变压器14年运行期间的油中溶气含量以及每次油样的采样时间。摘自：工变电器表中还包括罗杰斯比值。在最后3年运行期间，由于机械原因，将发电机电压限制到18.7kv。在此需要说明的是，在这段时间，油中溶气含量较为稳定。在整个运行周期里，发电机自动电压调整(AVR)存在一个控制问题，导致电压常常超过l9.5kv。研究认为，变压器的一些问题是由于过电压阶段产生的过励磁所致，这或许可以通过降低运行电压而达到降低气体含量的目的。可以看出，罗杰斯比值并没有明确的模式。由于变压器的气体生成历史背景较复杂，并且已经积累了大量的监测数据，所以，在决定完全报废变压器之前，拆除变压器并进行详细检查是必要的。通过实际检查表明，变压器存在严重的故障，某些故障很可能形成较早，并且属于过励磁所致。已经判定的故障如下：绕组夹紧调节螺栓的电弧放电。与绕组应力屏蔽相连接处电弧放电。在铁心钢板边缘，被持续通过的严重循环电流灼烧。铁心框架和临近铁心框架的绝缘过热。认为后两项故障属于过励磁所致摘自：工变电器。表17研究实例2.发电机变压器在l969年1983年之间的油中溶气含量和罗杰斯比值。阴影部分表示数据来自油脱气后立即取样进行分析得到的结果后一种情况证明，有时要完全的依赖油中溶气分析结果得出有价值的结论非常困难。油中溶气分析方法只不过是能够为运行维护人员提供可能存在故障的一种提示。有许多额外问题，例如，变压器能否从电网中撤除，能否进入油箱进行检查，以便确定故障位置等。摘自：工变电器即使已经做出这种决定，如果绕组内部存在故障，仍难以发现，因此利用外观检查查不出来。其次的问题是是否需要进一步采取措施，并使变压器从系统中撤离，大多数的维护人员都将回避这个问题。7.4气体监测器在偶然的情况下，利用油中溶气分析也会检测出有一定严重程度的故障。除了故障的严重性以外，变压器在运行时会存在压力，这种压力会一直持续到变压器接近停止运行或也许直到从另外地点安装一台备用变压器为止。在这些情况下，则需要经常进行取样分析，安装气体在线监测器是一种可行且比较经济的做法。可以将在线监测装置连接到油路中，并且可以现场采样分析，即每隔1h便可进行取样分析。应当建立故障气体或总气体含量的报警值，以便监测超过规定限值的油中溶气含量摘自：工变电器。这种气体在线监测装置由英国中央供电局与英国萨里郡的西格尔(Singnl In一struments of Camberley)仪器公司共同研制。若干年前，西格尔仪器公司的仪器便连续投放市场，但是造价相当昂贵。因此，除了特殊情况以外，一般情况下不宜采用。由于存在很大的市场局限性，所以从20世纪90年代早期便已停止生产这种装置。然而，最近研制的可编程逻辑控制器，可使仪器成本得到极大降低，相信在不久的将来，这种装置会以同样的形式重新出现在市场上。较经济的在线监测装置是氢气在线监测仪，它也是上述公司与英国中央供电局联合研制的。这种氢气在线监测的工作原理是，无论任何时候，摘自：工变电器变压器故障都会产生氢气(见图6-123)，因此，只要连续监测并建立氢气报警值便可发现异常。但是这种装置有一个缺点，即只要存在故障气体便报警。从以上论述可以看出，并不是只要有大量的某种气体或某些气体存在就能做为故障的标志，故障仅仅是以气体含量在现有基础上发生突然变化为标志。实际上，应当掌握最现代的判断氢气的方式，即仅仅考虑氢气含量出现突然变化的情况。当然某些情况下，采用在线监测装置是非常有用的，这是阻为在线监测装置能够对那些发展非常快速的故障发出报警。任何时候，人工采样都存在着采样频率方面的限制。按照每两三个月进行一次常规取样往往是不切合实际的，因为在这一时间段里，变压器可能会发生许多故障。应当明白，为什么英国国家电力公司规定，现在所有投入到400kv和275kv电力系统的新变压器都要安装油中溶气在线监测装置。提出的另一项有价值的建议是，所有新投入运行的超高压变压器，在运行前3个月都应进行在线监测，要求变压器容易与在线监测装置连接在一起。7.4.1纤维劣化虽然在20世纪70年代后期，英国中央供电局采用油中溶气分析方法在预测故障方面取得了显著的进步和许多成功，但在此期间，曾出现过一或两次没有预测出的灾难性失败。这暴露了油中溶气分析方法的不足。其中一个问题是，在很低的过热温度下，碳氢气体生成缓慢，因此很难精确的测出它们在油中的含量，虽然是低温过热，但仍然会导致缩短变压器预期寿命。在这种情况下，需要一种较精确并且敏感的测定绝缘纸劣化的方法。在这种背景下，开始了以下研究工作。资料来源于1984年(8月9月)召开的国际大电网会议论文，摘自：工变电器作者是英国中央供电局的PJ波顿(P.JBurton)，J格雷厄姆(J.graham)，A.C.郝尔(A.C.Hal1)，J.A.拉沃尔(J.A.Laver)和A.J.欧来沃尔(A.J.0liver)。以上几位作者所研究的方法均基于对11O低温下绝缘纸受热劣化后油中化合物的分析结果。此种分析方法的意义在于配合油中溶气分析，但并非可做为一种单独的方法，要依靠油中溶气分析提出可能存在的故障报警。这一新技术将被用来获得关于故障性质和故障程度方面的更多信息摘自：工变电器。采取油样之后，要与甲醇相混合。混合的目的是使油中一定量的化合物溶解在甲醇中，化合物的浓度由油的平衡来确定(与前面论述的油/水/纸平衡相类似)。将甲醇和它的溶解物放进高性能液体光谱分析仪中，以便进行单独化合物的分离和测量。图6-127示出了典型的色谱分析图。纤维劣化采用甲醇提取的主要原因是避免油的成分聚集，造成光谱难于探测和区分化合物摘自：工变电器。图6-l27还列出了纸劣化的产物。在这些化合物中，2糠醛是从运行变压器中检测出来的常见化合物。利用这种研究方法，对运行变压器采集了许多样品进行糠醛含量分析。已注意到一台22kV/400kV发电机变压器在16个星期内，乙烷和甲烷含量出现十分快速的增加，从而表明变压器存在150200的过热。在同样的时间段，糠醛含量则从0.7mg/L增加到1.7mg/L，推测纸和油都存在过热。变压器最终出现失效。调查表明，变压器A相和B相绕组疏松，可能由于输电系统的故障和变压器低压绕组B相的匝间故障使变压器跳闸所致。绝缘纸出现的过热证实了糠醛含量高的原因摘自：工变电器。利用这种方法探测纸劣化的可信度已得到证实。但这种方法也存在着与油中溶气分析相类似的司题，并没有规定正常变压器存在的糠醛含量标准，因此，不可能像有人希望的那样对全部变压器进行糠醛含量测量，以确定出绝缘过早老化的变压器。尚没有一种可以有效区分轻微劣化和局部严重劣化的方法。还有一种情况，即如果短期过载引起过热和严重老化，会产生一定量的糠醛，但随后进入正常的负载周期，摘自：工变电器并没有过热现象，糠醛被吸进大量的绝缘纸中，在这种情况下，油中的糠醛将与正常情况的稍有区别。正像油中溶气分析那样，经过一段时期后，又会测出糠醛含量，可将测到的阶跃变化看成是故障状态的一种标志。7.4.2在工厂试验期间进行油中溶气分析当然应当指出，油中溶气分析不仅可作为变压器运行期间的一种判定故障的依据，同时还可做为工厂试验期间的一种非常有用的诊断方法。电力部门正在逐步认识到，要检验大型变压器能否适应30年或30年以上的安全运行，仅凭几个小时的工厂试验是非常有限的。此外，技术规定将允许较高的运行温度，显然理论上仍允许高于热点试验所测到的平均值，但用户却不敢保证不出现超过允许限值的热点。还有一种趋势是，变压器厂家缩短温升试验时间，这样可以减少初始相位试验期间需要的强风冷却，但却减少了发现故障的概率。与此相反，许多用户规定温升试验或确切地说，热运行试验应当持续24h。在这一时间范围，从热运行试验前、后采取的油样中，可得到重要的油中溶气数值摘自：工变电器。一般来说，虽然不能建立油中溶气含量的验收标准，但通过分析油样不仅可清楚地表明存在的严重故障，而且还能够揭示影响变压器预期寿命的绝缘过热故障。当然，短路温升试验的一条标准是铁心磁通密度必须很低，能导致变压器出现过热的漏磁通也必须有很大的降低。英国中央供电局为此规定，延长过电压运行试验的时间，即相当于对变压器进行8h、83%过励磁。认为在这样长的过励磁状态下，足以使油中产生能探测到的气体含量，并且可以反映出由漏磁通导致的明显过热。当然许多厂家已经认识到在工厂试验期间(并非等到问题严重时)才发现变压器初始故障的好处。因此，提倡采用油中溶气分析作为工厂试验的一种性能分析方法。IEEE电机工程学会1981年7月在西屋电器协会召开的会议论文中，曾论述了两个研究实例。这两个实例均是壳式变压器。第一台壳式变压器是三相带有载分接开关的壳式变压器。表6-18示出了工厂温升试验后的油中溶气分析结果。推测温升试验前已经做过油样分析，但没有列出数据。假定一台刚注油并且已经过油处理的新变压器初始气体含量很低。即使在没有采用比值做判定的情况下，根据乙烯的含量便可清楚的看出变压器已经存在严重的过热。此外，新变压器中存在的乙炔应做为变压器存在故障的标志。论文指出，调查发现的过热是漏磁通所致。采取措施后，重复温升试验表明过热问题已经得到解决摘自：工变电器表6-18在工厂试验期间采用的油中溶气分析：例l.根据IEEE电机工程学会1981年的论文诊断结果：杂散磁通使变压器钢结构件受热。报导的第二个实例是电炉变压器。此变压器具有很大的低压额定电流，低压引线和连线均采用带螺栓连接的铜排。表6-19示出了温升试验后的油中溶气分析结果，实际上油中碳氢气体含量相当正常。变压器溶气分析结果的非正常现象是所有样品均无氢气含量。分析经过最新处理的变压器油样并没有发现任何气体含量超标。当然，必须认真关注甲烷和乙烷含量。乙烯含量很低，表明变压器没有非常的过热现象。论文指出，摘自：工变电器尽管检查了所有螺栓，并没有发现松动现象，但证实螺栓拧得不到位，仅达1/4或1/2。进一步检查后没有发现其他故障。通过重复进行温升试验也没有发现任何碳氢气体。表6-19在工厂试验期间的油中溶气分析：例2.根据IEEE1981年秋季会议论文诊断结果：低压引线嫘栓接点过热。7.4.3确定油中溶气的限值由于上述原因，很难确定变压器的故障气体限值。因此，大多人在采用油中溶气分析碳氢气体和绝缘纸的纤维劣化物时，均侧重于分析它与原来的气体含量值的变化趋势。因为根据气体的变化趋势可以判断出是否存在故障。但许多变压器用户则感到应当有个限值标准，也有一些人已经致力于这方面的工作。国际电气电子工程师学会(IEEE)的油中溶气分析解释编码带有参考限值。在英国，工程师协会(EA)的技术博士M.K顿恩(Domun)已经研究并搜集了大约500台变压器的油样分析数据。数据主要来自132kv变压器。多年来的分析工作结果已经发表在国际电气公司(IEC)委员会1992年9月的介电材料、测量和应用会议的论文中，对于经历了漫长负载周期的变压器来说，这些溶气含量值是属于正常状态的最佳值。表6-20列出了这些数值摘自：工变电器。表6-20 M.K.顿恩(Domuns)规定的系统变压器油中溶气限值顿恩强调各单台变压器间的油中溶气值存在很大的变化,例如，根据以上规律选择50%，那么至少有50%的样品符合这些参数值。英国中央供电局对大型发电机变压器的经验是，可以在很高负载下运行很长时间。这一点与顿恩研究的系统变压器不同，这些发电机变压器的碳氢含量明显高于表6-20中的限值，但仍然可以正常运行。7.5其他监测系统可将变压器故障分成三种基本的故障模式：变压器绝缘受到破坏，导致内部出现电气击穿。由于变压器存在严重的内部过热，导致出现故障。由于不能耐受强烈的外部故障的影响，导致变压器遭受机械方面的失效。在以上三条中，头两条是实际的故障，在故障达到灾难性程度之前，可以借助溶气分析方法提供初始击穿标志。但对于第三条故障来说，它代表寿命终结式失效。当变压器绝缘在经受长期劣化失去机械强度时，纸或油却仍然保留一定的绝缘强度。因此，对于那些绝缘已经老化，并且处于使用寿命边缘的变压器来说，虽然变压器不会立即失效，并且变压器尚能维持正常运行，直到由于某些外部原因，摘自：工变电器例如，变压器端子附近的系统故障造成变压器承受一种冲击性的机械负载。用户最好在出现这种故障之前，将变压器从电网中撤掉。如果提前几年撤掉这种变压器，由于变压器没有实现全部的利用价值，也许会造成一种经济上的损失，但如果直到变压器出现失效才进行撤换，那么，用户则可能由于变压器的不定期断电而付出经济上的损失，当需要迫切撤换变压器时，可能要承担某些后来涉及到的一系列损失摘自：工变电器。其他监测系统对这一问题研究人员已经研究了若干年，目的是寻求一种能够判断绝缘是否已经达到真正的寿命极限，即不再具有足够的可满足机械要求的强度。希望在形成糠醛的早期阶段，能结合绝缘纸劣化的程度确定出糠醛含量。这样便可提供有效的判定绝缘劣化的依据。摘自：工变电器但问题是，测定糠醛的绝对指标与测定碳氢气体的指标十分一致。因此，变压器绝缘材料的体积、含油量、绝缘材料含水量和酸度等性能指标以及变压器负载形式的显著变化，都是影响绝缘中糠醛含量发生变化的因素。此外，在变压器热点的周围区域，所出现的绝缘材料局部劣化正像端子劣化那样，其劣化程度远远大于经过大面积维修但没有出现明显热点的区域。然而，由于在变压器的热点区域糠醛含量很低，所以很难探测出来。绝缘纸的性质取决于组成纤维分子的长链。绝缘纸机械性能的劣化是由于这些长链分子的分解所致，早期研究者采用张力强度作为判定剩余寿命的一种标志。目前测量绝缘纸聚合度(DP)的做法是测量长链纤维分子的链数。对于新绝缘材料来说，分子链数大约在11001200。摘自：工变电器变压器绝缘纸在干燥和处理阶段，其分子链数会迅速下降到850900，可将此数值做为新变压器分子链的典型起点数。当绝缘纸聚合度下降到250时，绝缘纸的寿命便已达到极限，此时，绝缘纸会突然失去它的剩余强度，大约达到起始绝缘强度的一半。建议在进入变压器并取绝缘纸样测量聚合度时，应估计绝缘的剩余寿命。当然，问题是采取的绝缘样品能否完全代表热点附近较关键的绝缘状况。解决这一问题的办法是当变压器投入运行时，在最高油温处，放一个绝缘纸样，利用放在绕组出线端的电流互感器加热线圈进一步加热样品，其加热方式与热显像绕组温度计完全相同。这种做法的困难是不能够非常准确的确定出变压器热点温度。由于没有更准确的测定方法，只能根据推测来确定变压器寿命的终结时间摘自：工变电器。另一项研究是根据许多研究者的设想来估计绕组范围内施加低压脉冲后产生的位移。由于绝缘老化会导致收缩，因此，尽管变压器制造过程的夹紧力能使绕组处于最初的轴向挤压状态，但是随着寿命终结期的来临，这种收缩作用将会产生一种疏松度。疏松度本身便是对绝缘机械强度已呈下降趋势的变压器的一种破坏。疏松度能够使绕组位移。如果绕组已经出现位移，在很高的贯通电流下，绕组的轴向力便会进一步增加。通常的做法是要求变压器完全与系统断开，以免受外部电路影响，增加检测绕组变化的难度。现在有人已经尝试利用声音传感器来探测绕组对冲击电压振动的响应。另一项技术则根据绕组电感和电容值的轻微变化会导致自然谐振频率变化的原理。所有研究方法的障碍均与反映变压器状态的测量参数和有效性有关。选择参数的准确测量本身相当困难，它往往会使最终结果相差许多倍，因此不能用这类方法在可预见的未来时间段里取得较有意义的结果，所以必须继续采用推测的方法摘自：工变电器。7.6变压器故障和起因因为变压器设计和制造技术发展迅速，在发展和变革进程中，人们获得了大量的经验，即，哪些方面符合要求，哪些方面不符合要求。令人欣慰的是，在本书第一版发表70多年后，变压器制造经验已趋于成熟，从而使变压器故障率得到明显降低。仅仅从过去20年变压器出现的故障一览表中，很可能看不到什么变化。对目前制造的变压器来说，尽管变压器外观相同，但其结构特点却与20年前制造的变压器有许多不同。例如，在本书的早期版本中，将铁心螺栓绝缘故障看成是一种常见故障。根据这一经验，目前用户规定了铁心螺栓绝缘的质量，甚至不采用铁心螺栓，即使大型变压器铁心现在也不采用螺栓摘自：工变电器。并摘自：工变电器非说变压器故障不再发生。在20世纪70年代早期，英国中央供电局已经注意到大型发电机变压器存在着很高的干扰性故障率。大型发电机变压器故障率高的原因很多，但其中最明显的原因是随着英国发电机额定容量从120MW迅速增大到500MW和600MW，从而使变压器尺寸出现突变性增大所致。在20世纪80年代，通过对变压器制造过程中的质量保证和各种性能试验，将变压器制成单相，然后组装成三相变压器，以便利于运输，并且减少了叠加在基本材料上的负载，在变压器设计时，采用经过运行检验的设计结构等，凡此种种都使变压器的故障率得到大大降低。有人对于不采用经常变革的设计结构持有争议，因为限制创新则意味着不让制造厂家利用自己的技术来提高产品的竞争力。但实际上，指责和抱怨是针对变压器经常出现故障而来的，因为根据推断，如果新结构的变压器在运行中常出现故障，那么这种创新则难于被用户所接受，不管其改进材料的可靠性和设计计算方法是否比以前的要好，用户仍拒绝使用这种变压器，因此限制了创新的积极性，还将导致用户的技术规定不被接纳。这是来自英国电力供电部门工业用电技术规定BEBS T2(1966)的批评。的确，在这个文件中指出了许多令人难以接受的变压器设计结构方面的改变，因为这些改变使变压器在运行中引起了许多故障。现在的技术规定允许制造厂采用自己的设计方案。在这种自由度的前提下，必须对变压器技术规定有一个适当的检验。必须告知厂家制造的变压器所面临的垂行条件。同时希望能使期望中的用户指出如何设计制造变压器才能影响变压器运行特性。显然，并非所有变压器故障均属于设计和制造方面的故障。运行和维护也对变压器故障有一定影响，这一点可通过本章前面的论述得到理解。尽管运行维护方面的要求很少，但用户必须定期监测变压器状态，若想得到较高的可靠性，必须注意以下三方面：必须适当的维护呼吸系统，以便使含水量保持在最低的允许限值摘自：工变电器。必须在任何时间都使变压器得到较好的冷却，使过载保持在允许的范围内。对任何可能的过热均应采取措施。变压器不能经受过分的过电压。变压器故障的一项最详细国际性研究是由国际大电网会议工作组1978年进行的。它在大电网刊物上的报告是88份，日期为1983年5月。报告来自l3个国家，涉及各种类型的变压器，高压从72765kV。这些报告分析了1968年1978年间出现的1000多次变压器故障，涉及的变压器总台数达47000台年以上，运行时间则从刚刚投入运行到已有20年运行期不等，近半数的变压器运行期在l0年和20年间。变压器类型可分为电厂用变压器、电站用变压器和自耦变压器，进一步划分又可分成带有载分接开关和不带有载分接开关摘自：工变电器的变压器。检测的目的是要建立可靠性数据，对有问题的数据还要求