电力变压器的综合分析及诊断

总结资料总结资料电力变压器的综合分析勺诊斷变压器的故障类塑很多，可能由干设计、脚造、工艺、运输、安装、原林科等方面的缺陷，在运行中产生同甜故电、局部过热等间題，）！而导致费通11击穿、匝间短路、绝缘损坏、烧损慎炸等严亜事放。因此，应加囁对变压器的日常维护，完善常规的预肪It试验试验手段,提高对各种故障的及时检側和預报能力。电力变压器是供配电系统中广泛便用的41113贵的高压电器设备，在运行中变压器一旦发生损坏性故障，«SI接影响电网的供电，除修复贵用大外，还会造成更大的頁接经济损失。因此选用高质量的变圧器，提高远行维护水平，使用有效的笊障诊斷技术，具有十分ism实际价值。一、变压器故障种类员分折1、导电回路过热故障壬要有引线接緬不良（包括将军阳接找装置过热）、裁圈导线接头焊接喷量差以及虛焊、过负荷远行等那会引起导电回路局部过热。2、兑缘水平下降壬要有变压器进水受朗（色拈将军帽密黄不良进水）、变压器油油质不良（如介损倫大、有锁生物、含水量高等），变压器内部局部过热也会造应绝粲损坏以及免缘M科的热解。变圧器所用的电气林科包牯绝辣Mfh导体（金属）M料两大类。变压器的免辣林料壬要是绝缘油和纵，故障下产生的气U也王要来源于油相纵的热裂解。绝缘曲是由烷炷、环烷灶、芳香炷等碳氢化合物组成的混合物。绝缘纵的应分是纤维索，主要是由糖或多糖类构戒的高分子碳水化合物攜缘油热分解时，因分子隨的断裂反应产生低分子性类气体。绝缘油大约在300°C左右就开始热分解,IO果址长加热时间或存在杲些催化剂时，则在150^200C也余产生热分解。绝缘纵热分解时，因分子8$反应將产生二氧化碳、一氧化碳及少量低分子烂类气U。绝缘纟K的热解温度也是3oo°c左右，但如果长时间加热，在i20~i5（rc也会裂解而严生碳覆气。貝他绝塚物的热分解物大体和绝缘油tow,II各有特点。金属林料在绝缘掏的热分解过桿中会起到催化作用，当有水分存在时，込会产生氢气。3、产气故障常见的严气故障有过热和赦电两种类So®电故障可分为局跚笊电和貝他形衣的笊电故障两种类璽。过热故障的王娶原因有：①导体故障；②憊路故障；③接点或连接不良。热点温度的高低、产气组分的M对浓度特征有所不间，热点与局貉故电、电®放电时的产气组分浓度待征也不相冋，详见表5-190表5-19绝绿油热解产气组分比与故障源温度关系故障性质温度X故障性质温度X围LC）CHM4种组分比值C2HJCH(C2H4/C2H6C2H2/C2H6局甜笊大趨态 <0.1局65过热局65过热<150>1150~200>1>1--200~300■■■>1■■■-300~700>11~3->700>1->3-电弟 >1000-->3>0.14、调压开关故障ifl圧开关壬蝕头设有到位，闕压开关抽头引线松动，嗚压开关触头烧毛，调压开关触头接触压力不協；连有有教堀压开关中的切换开关接融不良，幼换开关触头烧毛，过渡电KIDi线、调圧时滑档等；另外还有渗油，即幼换开关中油渗到本u中引起本体油色谄异常等。5、 变圧器绕组变形在运输过棺中不注意或没有采取安全描施便绕组发生務位。由于杭短路能力差，当发生岀口轴路时，变圧器绕组发生变形或股架，严SWjlffi变压器烧毁。6、 变圧器渗油缺陷(色括冷期器渗油)7、 电容套管故障壬要是进水受潮、曲介损不好或整体介损不好，制造质量比较差内部存在着严亜的局部笊电(运行中曲色谱异常)，运行中未屏按地不良等造成套管绝塚不良或绝缘损坏事枚发生等。以上变压器的常见故障有多种測试和监测手H,2些手段有的能够测试出部分故障，有的可以嫁合判断运行状态及故障点、故障原因。二、变压器故障分折号诊斷方法变压器故障的种类多种多样，色括外部附件的缺陷宜到绕组的见缘击穿等等。按故障发生的部位可分为外貉故障和内部故障；按故障发生的过桿可分为突发曲故障和长年累月逐步扩展而形成的故障，迪些故障可能H1互彭响、转化，便故障更赶严車。变圧器故障分折相诊斷的方选很多，壬要有頁观检査方进、电气預肪14试验方法、油中溶解气体分析法(DGOA)、专家系统(TFDES)及人工神经网络法(TFDANN)、智能型系统法(TFDAI)Jltto1、I［现检查方法对干运行中的变压器，通过日常的址楡对发生下列异常现象，可直现地诊断岀一些比较明显的故障性质。富度过高或声音异常其原因可能是过负荷运行、环境温度i8ii4or.冷却糸统故障、漏油引起油量不足等。振动、响声异常及有笊电声其原因可能是电压过高或频率波朋，紧固件松动，铁茜紧固不良，分接开关动作机构异常，倫陋现象等，外跚接地不良或未按地的金属跚分出观确故电，瓷件、套管表面粘附污秽引起局跚火花、电晕等。气味异常或干爍剂变色其原因可能是套管按找端子不良或接触面氧化便験头过热严生异味和变色，漏陋通、涡诡便油箱局部过热，风田、诰曲泵过热烧毀严生的异味，过负荷ii成富升过高，外跚电皐、闪络产生的臭氧味，干煤剂受潮变色等等。油位计指示大大低于正常位置其原因可能是阀门、密对圈跚位焊按不好或密封不良漏油，油位it损坏爲油，以及内翎故障引起険油瓦斯继电器的气室内有气II或瓦斯动作其原因可能是内部局跚笊电，铁芯不正常，导电部分过热。装置的肪爆吸破裂、外仿及有笊电很i!其原因可能如瓦斯、差朋等继电器朋作，一般力内跚放障。瓷件、瓷套管表面岀现龟裂、外折和笊电很连其原因可能是过电压或机械力引起。几乎所有的故障一开始胡是经頁忆检査发现的，它是发观故障的最开始和必经的步骤。但要进一涉分析原因，必须利用有效的检測手段来诊斷。2、电气預肪性试验方法电气預肪性试验是变圧器故障最主要的诊斷方a,M有效性对诊斷结果的准确性有着确定性影响，通过各种有效的试验，获取可靠、准瑪的试峻结果是正确诊斷变压器故障的基本前提。禺据DL/T596-1996的规定，电力变压器试验项目其有32项。试验項目次序基本上是按照坝目的車要性排列的。在总共32个试验項目中，有些是在变压器解体后才能进行的，有些是与其它项目同时进行或附带进行的,有些是变压器投运前或投运后的例行檢查、试验攻目，有些坝目在特殊侑况下进行，而交说耐压试骏是一种破坏11试胖，对试验设备的要求很高，现场条件一般很难满定，所£1是变压器绝缘水平的一种考核顶目。(1)嵬缘试验和油务试验绕组頁逍电朋的測量是一个很車要的试验顶目，次序择在变压器试玲顶目的第二位。在变压器的所有试验項目中，这是一顶方便而有效的考核绕组纵绝缘和电说回路连按状况的试验，它能够反映绕组匝何矯路、绕纽断股、分接开关以及导线接头接験不良等故障；实廉上也是判斷各《|绕组电压比是否平葡、週压开关苗位是否正晞的有效手段。长期以来，绕组胃渝电皿的测量一頁被汰为是考查变压器纵免辣的主要手段之一，有时甚至是判斷电流回路连接状况的唯一办法。该试验的判斷标准"三HI绕纽頁逍电皿不平炳系数不大于1%或不大于2W(适用干不同跌结组别和不间容量)是恰当的o通过绕组分接头电压比试验，能協检验分接开关档位、变压器联结组别是否正孀，对于匝何矯路等故障也能灵蝕地反映，但对干绕组变形故障则无能为力。可以迪样从为，电压比试玲是一种常规的带有检验和验证11质的试验。其实，上述两顶试验不是•喏副貝实'啲免粲试验，绝塚电朋及吸收比或根化指数、介质损純因Stano和泡漏电说试验等才是真正的免绘试豔。吸收比或机化指数能够反映绝缘受潮，至今仍然是诊斷受潮故障的有效手段。相对来讲,单纯依靠绝缘电讯绝对值的大小对绕组绝绿作出判斷，其灵叙度、有效临比较低。逆一方面是因为测量时试验电压tfK,难以暴霧缺陷；另一方面也是因为绝塚电皿值与绕组绝缘的结构尺寸、免缘林科的品种、绕组温度等有关。有资料表明，间一电圧等级、间样容量、间一规18的变压器，貝绝缘电叽值有时会B1差比较大，这并不能说明逆些变压器绝缘水平有差阪,而住往是因力变圧器地缘结构的设计、绝绿选用的不间所致。但是，对干铁芯、夹件、穿心噪栓等部件，測量绝缘电19往往能反映故障、说明I可題。迪主要是因为迪些部件的免塚结构比较简单、绝辣介质单一，正常怖况下基本上不承受电压，3!缘更多的是起'漏爆"作用,而不象绕组免塚要廉受高电压。介质损电说试验的有效性正师着变压器电圧等级的猊高、容量和体枳的惱大而下降。可以说,卑纯靠tar）6和泄漏电潦来JEMMK绕组绝缘状乱的可能14也很小。这主要是因力迪两項试验存在先天不足，即试验电圧太低，绝缘缺陷难£1得到充分暴霭。对于10kV、35kV、110kV电压等级的变压器,10kV和40kV的试验电压下获得的数稠有说IR力;设想一台500RV的变压器，正常悄乱下绕组承受的H!对地电压已经达到了500/JJkV（约90kV）,而10kV或40kV的试验电压Q能便多少触陷或故障glV«光”昵？从原理来iJt,tano不是很有价（I的。实找表明，对干电容性设备，如电容里套管、电容氏电压互感器、構合器电容器等，测量ta而和电容量Cx（实际上是根据Cx的变化量ACxfiIt判断）仿然是故惮殄斷曲有效手段。不仪如此，池而和电容量Cx已经从离线測量发展到了在线监測阶段。绝缘曲试验、油屮含水量、油屮含气量以及油中糠裁含量池量胡属于油务试验或曲化验的XBU而作为一种故障诊断方法，曲务试騎似乎汝有得到应有msfflo造成这种状况的原因之一在现场，在实际工作中，有时会发生这样的事情：对间一台设备取曲样，高圧试騎册的结果与曲化验册的结果有较大岀人；也发生过迪样的事怖:对110kV少油斷路器偷泄漏电说试騎时发现,电遍值超标，初步判斷绝缘拉杆受淋。而这时，曲化验的结果也显示，油中含水量蚯最后的检査结果是，斷路器顶部将军帽有砂眼,卞甬时进水。油化验的结果有一定分»tt,这种分敬性来漏干皿样、送检、化验全过程。其实，油中落解气体分析也有类似的冋題，例如分折C02的含量时，要師止曲中特征气体的逸出、回溶、外界气U的侵Ao因为空气中本来就含有约0.3%的C02o总的说来，曲化验在变压器故障诊斷屮还是有较大价值的。比如：糠醉含量的大小能筋反映绝辣的老化f?度；绝塚曲的耐压武验能说明曲I贯的好坏等等。（2）局部放电測量和绕组变形检測砸着变压器枚障诊斷技术的发最，人们越来越汰识到，局跚笊电（PD）是变压器诸多枚障和事枚的根澹，因而PD测量也越来越受到ifflo近几年，PD测量技术得到了迅速发展，出规了多种測量方法和试验装置，有离线測量的，有在找监测的，有基干超声波原理的，连有利用红外我进行PD测量的。只是在星干PD测量结果进行故障诊斷方面，还缺少较戒熟的经呀和全面的、合适的判定标准，这还有待干在今后的实竣中逐步枳累和建立。可UfiilLPD测量将会成为电力变圧器状态监测相故障诊斷极为有利的方法。通过对发生故障或事故的变压器进『检查和事后什桥，发现绕组变形是许多故障和事故的頁按原因。一旦变压器绕组已严垂变形而未被诊斷出来,0^815人运行，呱根有可能导致事故的发生，轻者造应停电，严車者烧股绕组和我圈。导致绕组变形的原因壬要有：①绕组兑缘和机械结构强度先天不足，绕制工艺《1糙，谯受正常容许的短路电说冲击能力差；②变压器出口類路，岀口短路於应的巨大的短路冲击电潦严生的电朋力便绕组扭曲、变形。变压器绕组变形檢测正戒为一个研究热点，间时也是一項必须突破的故障诊斷技术。禺据资科frffl,可以采用财法等来检测变压器绕组变形，但目前还没有形成相应的判断标准flSXo在现有的条件下，对变压器绕纽严車变形故惮的诊斷可以通过变圧器空我试验、短路试骏及皿抗测量实现。当绕组发生变形时，变压器内部的磁路结枸发生变化，空我电這及损林、短路损ftKPn抗会发生一定的变化，通过横向柑间比较、纵向历史数据比较，有可能判断。3、油中涪解气体分桥法油中溶解气liftffi（DGOA）方法潔于Halstread的试骏发现。通过试验发现：任何一种特定的於类气体的严生連率恥度变化，在特定的温度下，有杲一种气体的产气率会出观晟大值；KSSS升高,产气率最大的气It依次为CH.仏CH、C2H2o汉斯的工作证明了在故障温度与溶解气U含量之冋存在着对应关系。过热、电皐和电恥是导致釉浸憑绝缘中故障特征气体产生的主要原EL议些故障特征气体主要有:氐CO、CO-CH,C2H2、CH、QHgO2和N2ogg是指CH,C2H2、CaHfi.C2H4fi4ft气休的总量。由干分接开关接触不良，铁芯多点接地和局跚短路，导找过电逍发热和接头不良等变压器内部裸金属过热引起油裂解的特征气体，主要是CH仏CH,其次是央。由于线圈匝、层间绝绿击穿，引找斷裂或对地闪IS和分接开关飞取等电扳放电、火花故电等变压器内筋放电U故障产生的特征气体是c2H2,正常变压器油中不含有逆种气体组分。变压器内部发生各tttt®的故障部娶产生H“当血含量倫高时，可能是变压器中进水。变圧器壬要的绝缘林科是免塚油、绝塚尿相板等，在运行中将逐渐老化。免缘油分解产生的主要气11是氢、炷类气11,而地绘躱等固体M料分解产生的壬要气11是C0ftC02O变圧器发生低温过热因温度不高，往住油的分解不剧烈，因此炷类气体的含量并不高。而CO、C02含量变化较大,故而用co和c@的含量判断变压器固体经缘老化狀况。基干曲中濬解气11类里与内部故障性喷的对应关系，提岀了多种以油屮特征气体为依据的判断设备故障的方法。1970年道奈堡提出了区分热性故障和电性故障的C2H2/C2H4与CHo/H2的两比值法;1974年夫卫斯提出了氢氧碳化素三角图判断法;同年杜威提出了以CH4.C2H4.C2H2三组分的相对含量为基础的三角图遽,5«PEM法；1977年罗杰斯提出了三比值法；1979年日本提出了电协研法；我国提岀了改进电柳研法等。油中溶解气体分析方法是充油电气设备内部枚障早期诊撕的有效方法，这不仅为IEEE所认可，而目被实战所证实。对干电气设备中充油量晟大的电力变压器，油中濬解气体分桥自然是非常有效的枚障诊斷方法。(1)特征气体判别法特征气U可反映内部放障点引起的曲、纟K绝缘的热分解本质，气II特征师着故障类塑、枚障能量及其涉及的免缘林料不同而不间，故障点产生烂类气体与枚障澹的能量密度之间有密切的关系，见表5-20o表5・20刑断故障牧质的箝征n«s故障性质将征气体的将点-Kil热性故障总炷较高，C2H2<5x106严車过热性故障总炷较髙,C2H2>5x10'6,但未构成总矩主要成分，氏含量较高局册赦电总灶不高,H2>100x10%CH。占魁中的主要成分火花放电总灶不高，C2H2>10x106,出含量较畐电取笊电 总烂高，C2H2^,H2含量高按《变压器油中溶解气体分桥和列断导则》(GB7252-87)中,运行中变压器油中溶解气体含量超U下列任何一項值时应引起注意:®&g>150x10^；②H2>150x106；③CM>5灯0二表團设备处于非正常状态下运行。轩征气II判斷法对故障性厦有较强的廿对性，比较頁观方便，缺目是没有明确量的榔念。娶对故障性喷作进一涉的探讨，估it故障源的温度X围等，还必须找岀故卑产气体组分的柑对比值与故障自温度或电应力的依赖关系及具变化规律，即组分比值法。目前常用的是IEC三比值法。(2)IEC三比值法三比値法是IEC推荐的一种方法，它实际上是罗杰斯比值沫的一种改进。该方法是通过计算GFWGH,CH/出、GH/Ga三种比值，根振巳知的编码規则和分类方法,查表确定故障ttRo编和分类方法及相关列表分别如表5-21和表5-22®示。

表5-21三比值进的编侶规囲特征气体的比值比值X围编码C2H2/C2H4 CH4/H2C2H4/C2H6<0.10100.1-11001~3121>3222三比值法在变压器故障诊斷屮发挥了亜要作用，但是该方法在应用中存在以下几f间S：只有根齬各组分含量的注意值或产气速率的注意個有理由判斷可能存在故障时，才能进一步用三比值法判斷故障1115。换言之，当油中特征气It含量或产气速率未达到注蔥值时,不宜应用三比值法进斤判断；在实际诊断过程中,有时会岀现编码缺损的情况，即根据编码规则和分类方法得到的编码趙出了已対的编码列表，因而无法确定故障性厦；当多种故障同时发生时,三比値法难以区分。什对特征气体法中的语义表这、三比值法中的编码缺损等冋题，已经有人在迪方面錶了不少工作。其中，有代表性的处理方法是采用模刪数学方法，并目已取得一定效果。此外，KSDGOA方法的深入应用,人门发现,变压器油中的濬解气ttCOWCOa能筋反映一定的故障，一些气体的产气速率也能反映枚障的发BffiiS,并冃甜分比较应熟的内容已经被列入ta关的规程和导则中。表5・22册故障性质的三比值法序号故障U厦比I0X围编码C2H』CH?C2H4/典塑側子c2h.h2C2H61无故障000正常老化含气空股中的笊电，是由于不完全浸渍、2低能量密度的局部赦电0~510气ttiliBff、空吸作用或高湿度等原因it成的3高能量密度的局部放电110已导致固U见缘的故电狼述或穿孔不同电位的不良连接点间或者悬浮电位4低能量笊电'1~201~2体的连续火花笊电,国体林料之间油的击穿5高能量放电102有工颍续浹的股电，绕组、线併、线匝之间或绕组对地之间油的电礼击穿，有

我分接开关的选择开关幼斷电说6低于1509的热故障彳0017150~300°C(ft富X围的过热故障彳0208300-700°C中等温度XS的热故障0219高于7oorsax围的热022通常是包有绝缘层的导线过热曲通集中引起的扶心局跚过热，热点富度依下述情况为序而AM；铁心中的小热点、铁心鞭路、由干涡潼引起的銅过热、接头或接触不良(形成焦炭)、鉄心和外養的环流8：k甌着火花故电强度的增长，特征气体的比值有如下范势:QHz/QHd从0.1~3增加到3以上，C2H4/C2H6U0.1-3JgH到3以上;2、 气体主要来自塚的分解,这说明了C2HJC2H6比個的变化；3、 通常由气体浓度的不来反映，CH妣的值通常为1,实麻值大于或小于1,迪与很多因素有关，如曲保护系统的方氏、实岳的温度水平和曲的质量等；4、 C2H2含量的增加表明热点温度可能高Tiooor；5、 C2H2ftC2H4的含量均未达到应引起注意的数值。尽管油中落解气U分析方法在变压器故障诊斷中暴霭出来一些缺陷和不足，但是这些不足相缺陷正在逐步解决和克服，其中的内容不斷得到修补和扩充。如何进一步发挥DGOA诊斷方法的优势，及时、快速地分析诊斷岀绝缘早期枚障，已成为高压电气设备故障诊斷研究的一f热目。DGOA方法是目前诊斷与温度有关的枚障的晟車要的方法。间时，DGOA方法已经实观了在技监测。4、专家系统、人工神经网络法(1)专家系貌(TFDES)1)TFDES的知识库结构变压器故障诊斷专家系统(TFDES)由变压器故障诊斷的知识库、数据库、解释机制、推理机和人机接口5部分组成。知识库是专家系统的核0,本系鋭的知识库建成模挟化结构,如图5-15两示。TFDES着車围绕气体色谱分析，根据油中溶解气U色谱分析的数据，采用三比值法和将征气体法对变压器运行狀况进行初步分折，判斷变压器是正常、正常老化、局部笊电，jj是过热故障。间时结合外部检查、绝缘曲特性试騎、绝缘曲预肪性检查等检测手段建立知识库。图5-15 TFDESfl识库模块图赊合分斯模挟根摇气体色谱分析、外部检査、绝聚油特性、绝缘预師性试呀模挟分析的结果,对变压器的运行状aaff分析判断,并向运行人员作出"变压器时或哗机、an电气试验和内部材査”等建垃。怵说器是TFDES的壬模挟，它腔制、怵调具它模挟的工作。2)TFDES的特点TFDES的知识表这采用目前专家系筑屮最广泛使用的产生式系貌，知识库为模块貳结构。各模块相互如立,从而有利于知识库的修BL扩充和更新,这给知识库的錐护带来很夫方便。充分利用了TURBO—PROLOG语言的特点，实现目标驱动的反向推BL并引人了模棚逆辑,成功地处理了某些模MNSo本系统的数据库由气14分折与绝缘预肪数据库和动态数齬库两场分组成。前者可將各种气体数据相绝塚預肪数掘作为历史贯料存時，以便用户除时査询、管SoE后得出的结论，不但根据当前的输人数稠，而目还媒合历史变化的趋势进行纵向分ffi,UE对有关试騎数据进行横向分析。朋态数据库存故屮间推理结果相晟终判斷结论，在用户需要解释时，以便由解粹机制调用。(2)变压器故障诊斷的人工神经网络(TFDANN)1)TFDANN的结构TFDANN的实质就是用来模扭人脑的信息处理功能，它具有自组纽、自学习的能力，能映射高度非裁性的输人、输出关系。TFDANNI作过椁由学习期相工作期两个阶段组应。学习期：在学习过权中，气体分桥数据及其它各种測试数据来澹于变压器历史数据的廿算后的结果，接着数稠集被读人网络，通过反向传播学习it算法，it算权值相闽值。工作期：在诊斷过程中，计算来自不同变压器的测试样本，U而得到网络的实廉输岀，最后将逆些值与所期里的输出値进行比较。TFDANN采用神经网络的模挟化结构，其各模块样本讯塚是独立2H亍的。给构如图5-16所示。其中BR是特征气体法模块，输入特征元素XT分别为出、CH八C2H2xCH、C2H6xCO等6种气体在TCG中的含量，其揄岀分别对应变圧器故障诊斷正常、过热、电聖、电滋4种情况，其结构如图5・17所示。图5-16中BP?为三比值法模挟,其中X"Xg分别为(WQH.CH4/H2、C2H/C2H6的比值数据特征元素，輪出丫5小分别对应变压器的故障性质0BPS为绝缘油特性试验模挟，输入特(I元索Xm~X汁分别对应酸值、电臥率、含水量、表而X力、介损、击穿电压，输出Y(3~Yi5分别对应经缘油良好、耍注意和不良3fttt态。BP(为变压器外部检查模丸输人特征元素人6~X20分别为变压器运行的油富、油位、各种嗥声等数据,其U岀Y缺Y"对应变压器外部及内部是否异常。

XiXeX7X8Xg图5-16TFDANN模挟结构图X10X15油或纸过热电晕正常O0C2H4XiXeX7X8Xg图5-16TFDANN模挟结构图X10X15油或纸过热电晕正常O0C2H4。2日6Y输岀节点隐层H2ch40c2H2COX输入节点图5-17BP我挟的神经网络图TFDANN主模挟禺据各分模块输出的给果进行归纳，最后输出TFDANN诊斷给论。2)TFDANN的特点采用