常见变压器在线监测技术及铁芯损耗分析研究

1、常见变压器在线监测技术及铁芯损耗分 析研究李鑫涛张亮李雷国网湖北省电力公司武穴市供电公司摘要：在电力系统屮，变压器是整个电力系统的心脏，在进行变压器选择时既考虑了 负荷及正常过负荷能力，又考虑了事故过负荷的承受能力，还考虑到变压器的 铁芯、绕组等损耗的经济运行。另一方面变压器常期运行条件下，在各种复杂的 外界环境下难免会造成各种不同的故障，如短路、过负荷、绝缘油故障等，严重 时可能导致变压器烧毁，严重影响到整个电网的安全可靠运行，如何准确的监 测变压器在线运行状况以及出现故障后如何进行准确的分析判断，这一系列举 措对电力系统的安全万分重要。关键词：变压器;监测;损耗;油色谱;引言随着电力系统的

2、大容量化、高电压化和结构复杂化，配合电力系统的变压器也是 趋于大容量化、高电压化和结构复杂化。面对这种情况，传统的监测技术及以预 防性能越来越显得与变压器安全可靠的供电要求和系统的经济运行不相适应， 随着系统电压的提高，试验电压与变压器设备运行电压之间的差距越来越大， 由于试验电压低，一些缺陷不易被发现，而且试验屮现场的各类骚扰较大，影 响到试验结果的准确性。迫切需要新诊断技术与试验方法。1传统气相色谱分析在正常情况下，变压器油击穿电压是非常高的，完全可以充当变压器的内部绝 缘，但是由于变压器的密封部位过多，不可避免在某处密封处发生泄露，或者 是进入潮气，这样油的绝缘性能就降低了，进一步影响变

3、压器内部绕组及铁芯 的绝缘效果，另一方面，变压器内的绝缘材料，在热和电的作用下会逐渐老化、 分解，可能会产牛一些炷类气体;或者是变压器在外在或内在的故障作用下发牛 放电之类故障，会将绝缘油分解，这样可能会产生乙烘等。所以很有必要对油中 气体进行化验分解。因不同类型的故障及不同严重程度的故障产生气体的类型和 浓度是不同的，其中一些气体能反映变压器故障的情况，通常称这些气体为特 征气体，根据油中气相色谱分析获得油中特征气体的浓度能够判断变压器的故 障状况。因此，在变压器运行过程中，定期做油的色谱分析，能尽早发现设备内 部的潜伏性故障，以避免设备发生故障或事故损失。在我们实践工程过程中，一直使用的是

4、三比值法。气相色谱法诊断变压器故障的 常用方法有特征气体法和三比值法。三比值法即用c2h2/c2hb ch.m, gh/ghe, 利用每一种气体内的含量多少设置为三项比值法，并做成相应的编码来判断变 压器的故障情况。2变压器寿命概述由丁变压器服役时间较长、运行环境复杂，影响变压器剩余寿命评估的因素，具 有多种不确定性信息共存或交叉存在的特征。针对这一特点，引入盲数理论，利 用盲数表达评估参数的不确定性，建立了基于综合健康指数的变压器剩余寿命 评估新模型。该模型不但能给出变压器的健康状况、所属的状态等级，而口能给 出剩余寿命期望值、剩余寿命区间及其对应的可信度以及运行年数超过某一年的 可能性。由

5、于外力破坏，变压器负荷过重等情况，导致导线断线或是铜铝设备线夹断裂， 导致配变缺相，影响低压用户供电。特别是在农村，三相异步电动机较多，缺相 将导致其无法正常运行。而且非全相情况下，影响三相参数的对称性，出现负序 分量，当变压器屮性点接地时，还会产生零序分量，如果长时间非全相运行， 产生的零序电流会使变压器局部金属部件温度升高，影响其使用寿命。如配变缺 相会由于配变的接线方式和缺相区域不同而有所不同。配变主要的接线方式有 a/y0-11接线和y/y0-12接线。配变缺相区域可能在高压测也可能在低压侧，长 久的运行必然造成变压器的寿命大大减小，其至报废。3绝缘油常见的故障类型3.1热性故障此类故

6、障一般是因为分接开关或者是铁芯接或者局部短路引起的，一般存在内 部相接触的部件、引线较松，接触不良都可以造成局部放电发热，简单的发热会 造成温度升高，出力减小，严重的发热则造成缘加速劣化，缩小变压器的寿命。(1) 简单的发热主要是甲烷和乙烯，而且当故障点的温度较低时，甲烷所占比 例大，当温度急剧上升的话，主要是由乙烯和氢气所占的比重加大。这种情况下 一般不会产生乙烘。(2) 因变压器内有大量的绝缘纸及固体绝缘材料吋，所以不可避免还产生大量 的一氧化碳和二氧化碳。3.2电性故障所谓电性故障，通常说的是高能量放电，如线圈匝、层间绝缘击穿、接地、短路 等，一般都有乙烘气体产生，乙烯和甲烷也占有一定的

7、份量，总桂很高。并且在 绝缘纸内部或者其他固体绝缘里面的气体空穴内或悬浮带电体的空间内，会产 生氢气。3. 3水汽故障由于变压器体积过大，各个密封地方太多，不可避免存在局部密封性不严造成 水分进入，比如非电量保护处的温度计探头处经常岀现进水的现象，一旦变压 器内部进水受潮时，油屮水分和含湿杂质易形成“小桥”，进而发生小桥原理 放电进一步而产生氢气，另一方面，由于高温度或者是电弧的作用下，述会把 水分子电解，使牛产气体，如产牛大量的氢气。4 uhf局放监测设备局部放电是在高电场强度下，由于电场线的密度不均匀化，在相对狭窄在绝缘 体内，当外界条件作用下，即可能发生放电，主要有绝缘体内掺入物的击穿，

8、 液体介质的局部击穿、固体介质局部的沿面放电等。局部放电是电力变压器绝缘 劣化的重要原因，因此，变压器局部放电的监测是变压器绝缘故障在线监测的 主要方式。近年来，超高频（uhf-ultra high frequency）检测技术迅速发展， 逐步应用于变压器局放监测。超高频检测技术是通过接收变压器内部局部放电所 激发的超高频电磁波来实现局部放电的检测和定位。与传统方法相比，超高频检 测方法可以获得反映局部放电的各种模式、相位、幅度等特征，更易于发现设备 绝缘系统与局部放电相关的早期绝缘缺陷，抗干扰性强、分析速度快、灵敏度高。 因此超高频方法较其他方法更适用于变压器局部放电的在线监测。随着超高频检

9、测技术在局放监测的广泛应用，大量超高频局放在线监测设备引 入电网。国内冃前对局放在线监测装置的入网检测、现场测试等没有统一的标准, 本文通过搭建试验平台，选取典型局放模型，对变压器uhf局放在线监测设备 的uhf传感器做了检测试验，并分析测量数据得出合格判据，为uhf局放在线监 测装置调试标准的制定提供参考。5变压器放电类型变压器绝缘结构复杂，可能发生的内部放电的位置和放电类型主要有:绕组中部 油-隔板绝缘中的油隙放电、绕组端部的油隙放电、接触绝缘导线和绝缘纸（引 线绝缘、搭接绝缘）的油隙放电、引线、搭接线等油纸绝缘中的局部放电、线圈 间（纵绝缘）的油隙放电、匝间绝缘局部击穿、绝缘纸沿面滑闪放

10、电等。在人多 数情况下，常用各种试验模型來模拟变压器局部放电情况，大致可以划分为三 种局部放电模型:油中气泡放电、油中针-板放电和油中悬浮放电模型。为保证试 验结果的准确性，在制作模型时处理了电极的表面和边缘，尽可能消除上面的 尖角和毛刺。6变压器损耗变压器的损耗主要包括铁芯屮的铁耗和绕组的铜耗。铁耗包括磁滞损耗和涡流损 耗，只要变压器带电，铁耗即存在。变压器负载运行时，绕组内通过电流，将产 生电阻损耗，即绕组铜耗，它随负荷变化而增减。除此之外，变压器运行产生漏 磁通，将在金属结构中，如夹件、油箱及拉板等产牛损耗，即杂散损耗。这些损 耗转换成热能引起变压器不断发热和温度升高，易导致局部过热和绝缘材料老 化等问题，甚至引起变压器故障，进而影响变压器的效率和正常运行。7结束语木文对变压器传统的油色谱分析进行简单的概述，并详细介绍了变压器的损耗 产生的原因及原理，对实践运行过程中的变压器损耗，尤其是铁芯损耗，有助 于合理控制变压器的油流和温升分布，对于提高变压器的运行效率和可靠性具 有非常重要的参考意义。参考文献1 王国利，郝艳捧，李彦明.电力变压器局部放电检测技术的现状与发展j 电工电能新技术，2001, 2:52-57.2 唐志国，李成榕，常文治，等变压器局部放电定位技术及新兴uhf方法的 关键问题j南方电网技术，200& 2 (1) :36-40.3 张言苍，张毅刚