电力变压器监测与诊断

第四章电力变压器的监测与诊断电力变压器为重要的供电设备电力变压器的运转条件：电压限额、温度限额等变压器的组成部分：铁芯、带有绝缘的绕组、变压器油、油箱、绝缘套管变压器绝缘资料：变压器油和固体绝缘〔绝缘纸带、纸板等〕内部缺点为变压器油箱内发生的各种缺点，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线经过外壳发生的接地缺点等外部缺点为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种缺点4.1变压器的缺点一、变压器缺点缘由1、制造工艺质量的控制不严资料、设计、装配的缺陷2、绝缘资料年久老化是影响变压器寿命的最大的问题，可经过温度、油中气体分析，部分放电和湿度分析来监测二、变压器常见缺点1、部分放电导致的缺点绝缘体中有汽泡产生部分放电、加速绝缘体老化，导致该汽泡处绝缘电击穿导体尖端放电，导致绝缘油的碳化、汽化、降低油绝缘过压时在绝缘薄弱处引起部分放电，呵斥部分绝缘恶化导致击穿2、绝缘油受潮，导致变压器放电击穿水分导致油耐电强度大为降低3、长期过载，变压器高温运转加速绝缘物老化高温下绝缘油汽化4、外部短路或大感性负载的开闸引起感应过压、击穿变压器内部5、变压器内部螺栓衔接松动，引起部分过热、损坏绝缘并使绝缘油汽化、碳化、降低油绝缘才干、导致内部电击穿6、冷却系统缺点变压器的风水冷却系统发生缺点时，变压器内热量不能及时分发，呵斥热的积累而升温，产生和3一样的结果大多数变压器缺点是由于各种类型的绝缘缺点呵斥的绝缘劣化的主要缘由：1、部分放电2、水分:变压器受潮，放电起始电压降低，放电易于开展3、热：导致油、纸等绝缘物绝缘强度下降4、机械应力：导致绕组变形或导体绝缘松散或零落变压器的主要监测和诊断内容1、变压器油包括油中气体分析和油样的电气监测2、变压器的部分放电、温度监测4.2部分放电的监测一、丈量部分放电方法电测法非电测法部分放电过程中产生了各种非电信息，如声波、发热、发光及出现新的生成物可经过丈量以上非电量来监测部分放电，有不受电气的干扰的优点声测法、光测法、红外法和气体分析法1、脉冲电流法和电机部分放电监测类似，不过电流互感器监测的是变压器外壳对绕组的电容上流过的脉冲电流条件：外壳要一点接地，干扰信号要少电流传感器可装在外壳、套管和铁心接地线上1、高频电流互感器美国西屋公司的F.TEmery等人在20世纪70年代提出的任何部位的电弧放电都会在中性点接地线内产生相应的射频电流，因此部分放电的监测点通常都选择中性点接地线上高频电流互感器装设在中性点和接地阻抗之间当部分放电发生时，其放电电流信号经过中性点接地线流向接地点，经过高频电流互感器耦合到监测回路，射频监测器就可以监测到放电电流的强弱，以此来探测部分放电的强弱2、声测法〔1〕声波的频谱不同的放电形状、传播媒质监测到的声波频谱不一样。如在油纸绝缘中，不同电极和绝缘部位的放电，产生的声波频谱是不同的铁心内的磁噪声、变压器的机械振动、风扇和油泵的振动频率大量的统计研讨阐明声波的频带大约为70KHz～180KHz之间〔2〕声波的类型不同媒质中，声波的方式不同。纵波和横波高压引线放电绝缘筒外表放电线圈放电〔3〕声波的传播波的分散、波的反射和热传导会呵斥声波在传播中的衰减声波衰减大小与频率有关，频率越高衰减越快；与资料也有关，软的资料中衰减更快导致灵敏度低〔4〕采取提高灵敏度的措施选择适宜频带，还可以避开噪声、一些电磁干扰频带气体中选取20kHz～40kHz，液体和固体选取60～300kHz用光纤传输信号选择高灵敏度的声-电传感器和光电元件，高增益、低噪声的电子器件二、放电源的定位电气定位法：确定电气位置声波定位法：声波定位法的原理是经过丈量声波传播的时延来确定部分放电源的位置，可分为电-声定位和声-声定位利用测得电、声信号的时差和声传播速度求解放电源位置声-声定位法基于声-声触发的定位原理，即选用一路声信号触发其他声信号，定位时选择某传感器为参考传感器，以此为基准，丈量同一部分放电超声信号传播到其他传感器时对应于它的相对时差。通常采用双曲面法进展定位。放电方式识别：阈值判别，指纹判别法，人工神经网络识别放电指纹法三、干扰类型及措施如英国Black提出的脉冲极性鉴别系统基于脉冲放电的极性效应原理假设是部分放电，输出极性相反的脉冲电流，与非门有输出外部干扰，输出极性一样的电流，与非门无输出RC检测阻抗RLC检测阻抗四、表征部分放电参数之一视在电荷量的标定视在电荷作为评定部分放电性能目的之一，以诊断其缺点程度目前许多产品的部分放电的实验规范中，几乎都是以放电量的大小作为评定部分放电性能的规范，各类产品根据运转阅历和制造的技术程度，都相应地规定了允许的放电量程度放电量的不同对绝缘呵斥的损伤程度不同低压脉冲校准器五、部分放电在线监测系统普通包括以下部分：监测放电脉冲电流信号和变压器的超声信号采用一定的抗干扰技术监测电信号波形，采用FFT分析放电特征和干扰特征进展统计分析，利用人工神经网络进展缺点识别放电信号的阈值报警变压器放电点的定位五、特高频监测〔天线〕部分放电超高频检测方法经过丈量变压器内部部分放电所产生的超高频〔300～3000MHz〕电信号，可以用电容传感器或超高频天线加以接纳，实现部分放电的检测、定位，其抗干扰性能好。三种典型安装：1、BGF-1便携式部分放电监测器2、BJ-1型变压器部分放电监测仪3、变压器内置天线式特高频部分放电监测安装2、放电方式识别〔1〕根据时域上放电的相位和波形可以判别放电的类型或方式，如判别是内部放电还是槽放电或者端部外表放电〔3〕根据幅频特性判别放电类型〔2〕根据放电的和谱图识别放电类型内部放电正放电脉冲与负放电脉冲，它们的幅值、次数大致一样．相位对称内部放电外表放电内部放电正、负脉冲的q-n曲线几乎重合，正、负脉冲具有大致一样的放电幅值和放电反复率外表放电正、负脉冲的q-n曲线相交垂直坐标为放电反复率，放电峰值高表示放电反复率高3.3振动的监测对于各种类型和规格的电机来说，它们稳定运转时，振动都有一种典型特性和一个允许限值当电机内部出现缺点、零部件产生缺陷、装配和安装情况发生变化时，其振动的振幅值、振动方式及频谱成分均会发生变化，而且不同的缺陷和缺点，其引起的振动方式也不同。4.3变压器油的气相色谱分析变压器的主要绝缘资料是油和绝缘纸类。变压器油主要是由碳氢化合物组成。受热、放电等时会分解出气体溶解于油中，不同的缺点释放出的气体种类不同、气体浓度不同。绝缘纸的主要成分是纤维素，有很大的弹性和强度。经过分析纸的聚合度可对设备进展寿命预测。如部分放电中，当放电量低于1500pC时，产生气体成分主要是甲烷和氢气，当放电量为5000pC时，开场出现乙炔。如300℃～800℃时，热分解产生的气体主要是低分子烷烃和低分子的烯烃绝缘纸在120℃～150℃，会产生CO和CO2，在200℃～800℃时除了CO和CO2，还会产生氢烃类气体等特征对气体的监测和分析是充油电气设备绝缘诊断的重要手段。油中气体分析不受各种电磁干扰的影响，数据较为可靠，有关技术相对比较成熟，从定性到定量分析都积累了相当的阅历。一、气体在油中的溶解气体不仅能溶解在油中，也能以气体方式释放到油面上奥斯特瓦尔德系数表示油中气体溶解度，与温度有关。二、气体在油中的损失固体资料会吸附气体，导致油中某些气体浓度降低。分析气体浓度时应思索该部分变压器一天内含气量会变化。三、不同形状下油中气体的含量1、正常运转形状下变压器油中溶解的气体主要是氧气和氮气变压器气体浓度统计分析、气体含量留意值2、变压器内部缺点类型与油中气体含量对应关系内部各种缺点时对应的油中气体含量四、气相色谱分析检测变压器油中溶解气体的方法普通为:变压器油经冷却安装取样后进入气体萃取与分别单元，按不同的方法分别为要求的气体成分后再进入气体检测单元，由不同的检测器变换为与气体含量成比例的电信号，经A/D转换后将信息存储在终端计算机的存储单元内，以备调用或上传可见油中溶解气体在线监测系统的重点在于处理气体的提取、气体组分的分别和检测1、气体的萃取历来传统的方法：取样油，用真空抽取法，将人任务业自动化，安装复杂；对此改良的方法有直接注入法和鼓泡脱气法半透膜法：将半透膜与本体油接触，仅使气体分子透过而不让油分子透过的方法，构造简单半透膜的选择很重要2、气体浓度丈量单元气体色谱分析法〔将人做的分析任务自动化〕，构造复杂，可分析多种气体利用半导体传感器的方法，构造简单，但不能分析多种气体半导体传感器有耗费抽出气体而丈量浓度的传感器和不耗费抽出气体就能丈量浓度的传感器3、缺点形状判别方法〔1〕特征气体组分法变压器不同缺点的特征气体组分不同，可由表判缺点类型〔2〕成分超标分析法单项H2超标，多为油纸绝缘受潮单项C2H2超标，且增长速率较快，能够是变压器内存在高能量放电缺点CO、CO2明显增长时，不一定是油老化缺点，应结合其他组分判别〔3〕比值判别法根据特征气体体积分数的比的不同比值按下规那么编码，再由表中规定判别变压器缺点类型和大体部位。4.4变压器油中含水量的监测一、水分对绝缘劣化的影响油或绝缘纸吸水之后绝缘强度下降，使放电的起始电压降低，更易于出现放电景象水三种形状：溶解水，悬浮水和堆积水二、监测方法离线下：取油试样在线下：运用湿敏传感器4.5变压器寿命的预测电力设备的寿命通常主要是指绝缘寿命，而变压器寿命主要取决于绝缘纸板的寿命目前的技术：经过测定纸板的平均聚合度来推测其剩余寿命。建立平均聚合度与一些参数的关系模型电力科学研讨院：建立了油中糠醛含量与绝缘纸聚合度的关系公式诊断实例一某发电厂一台SFP7-370000/500型变压器，2001年4月19日出厂，2001年6月22日投入运转。1.缺点发生前后的情况2001年6月28日油样色谱分析，发现乙炔含量为0.9*10-6,决议每8h取一次油样进展分析，跟踪监视运转；2001年6月29日，变压器油中乙炔含量超标，且开展趋势迅速，决议立刻停机处置；2001年6月29日17时30分，变压器停运，进展高电压下的绝缘特性实验，未发现异常停运后检查与处置情况：发现A相高压套管均压球至高压线圈引出线的屏蔽引线对高压套管的铜管放电〔据了解此屏蔽引线未衔接〕，此屏蔽小引线外包的绝缘纸有放电击穿痕迹。B相高压套管存在类似的问题，经厂家处置后进展了全项实验，实验结果正常。2、缺点的发生和损坏情况1.缺点的发生情况2001年7月13日9时投入运转，7月15日2时8分电气维护动作跳闸，变压器喷油，高压套管A相、B相损坏严重。发电机－变压器差动、主变差动、重瓦斯、复合电压过流等维护动作，发-变组缺点录波器启动，变压器运转了29h。设备的损坏情况1〕高压套管A相下部外瓷套碎裂约为1200mm和1/3长，显露绝缘纸。B相下部套约1.5m范围内沿周围碎裂，从上部掉小的碎瓷残留约4-5裙，显露铜管芯棒和绝缘，C相套管未明显碎裂。套管的三相法兰全部变形漏油。2〕变压器钟罩从侧面看中部出线法兰处向外鼓出约100mm，三相法兰全部漏油。B相上部升高座小油管拉断，升高座固定拉筋从焊口处拉断约100mm。A、B相上部箱壳主筋处扯开约500mm；低压侧方油箱上部7道主筋全部撕裂10-15mm；中部散热器支架处从侧面看，向外鼓出50-70mm,致使散热器下部伸缩节向外位移约150mm倾斜；中性点出线套管向低压侧方向位移约20mm，但为断裂。器身内部的情况A、C相完好，三相引出线根本完好，无放电痕迹；B相高压侧的钢夹件、肢板、拉板及散开的线圈导线均有被电弧烧伤的痕迹。地屏〔静电隔屏〕的引线断开；围屏纸板未见放电痕迹，b相低压线圈中部有两个线段变形，垫块凸出；B相压板下部两侧沿圆周方向近1/3圆周的断面烧毁，相对应的高压线圈及绝缘烧成黑碳色，其上部两个线段变形扭曲断开且成散开状并有放电痕迹。相对应的低压线圈上部绝缘烧毁。B相高低压绕组之间的绝缘纸筒外部4层及瓦楞纸全部在中间部分断开，且在高压出头处及B、C相间中部有贯穿烧焦及碳化痕迹，地屏〔静电屏蔽〕无明显放电痕迹。低压绕组a、b相左侧约有1/3圆周方向向外凸出近30mm，右侧b、c相间约有1/3圆周方向向内凹进约30mm，且有扭曲变形景象，有一根导线已烧断，高、低压间相对应部位有两处放电痕迹，部分导线烧断。变压器缺点缘由分析根据缺点录波器的数据：发电机侧的B相电压为零，主变压器中性点产生零序电流，现场判别为变压器B相金属性接地！综合分析：变压器缺点缘由是B相高压绕组首端对低压绕组中部换位处主绝缘击穿，强大的电弧导致了变压器各元部件的损坏和油箱的开裂、损坏。直接缘由：变压器在制造过程中，绝缘损伤或绝缘资料本身存在质量隐患，在运转中放电致使绝缘资料进一步损坏，最终导致变压器损坏。实例二：某变电所装设的日本东芝消费的3*250MVA/500单相变压器，1997年12月出厂，2000年3月投入运转。1、缺点发生的情况2001年1月17日在对该组变压器进展油的色谱分析时发现，其B相变压器的C2H2含量达10.5ppm，超越了订货合同及我国国标所规定的“留意值〞，在以后两天进展的油色谱跟踪监测中，其油中的C2H2及总烃含量均呈增长趋势。经初步判别以为B相变压器内部存在放电性缺点，1月23日该变压器退出运转，整个投运时间不满1年。油中溶解气体含量试验日期油中溶解气体组分含量(ppm)分析结论H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2C1+C22000.9429.3031.7正常2000.136.016.110.549.9乙炔超过“注意值2000.1.19727057522.59.024.016.772.92000.1.21605357920.69.927.817.675.92000.1.23667183923.111.130.819.284.22、缺点的查找2001年1月31日，日方和运转主管在运转现场召集会议，对以下三个问题获得共识：1〕B相变压器油中色谱分析异常，且C2H2含量呈增长趋势，阐明该变压器内部确实存在放电性缺点，需求进展彻底检查和处置；2〕在进入变压器内部检查之前，需首先进展高电压的部分放电实验，实验电压从零开场升压，当低压侧〔35KV〕电压升至36.3KV(250Hz)时，发电机的过流维护动作跳闸，同时听到变压器内部有一声异常音响。经现场各方人员分析以为在实验中变压器内部产生异常声响及电源回路跳闸是由变压器内部放电呵斥。3〕2月4日日方人员进入变压器中，即发现500KV均压球及其临近的部位有一处纵向击穿痕迹和一处部分放电痕迹。缺点发生的过程和缘由根据检查，厂家以为变压器运转中产生的烃类气体能够是部分放电引起，而引起部分放电的缘由是绝缘屏蔽的边缘接触套管均压球；至于在现场进展部分放电实验中的击穿，那么是发生在从500KV套管尾端均压球起，沿均压球与绝缘屏障间的绝缘撑条向上经绝缘屏障、油隙及升高座内壁的绝缘屏蔽纸筒，至升高座内壁之间放电。变压器油中乙炔气体的产生和局放击穿的缘由1〕变压器安装过程中，厂家人员因不慎导致高压套管尾部均压球与其绝缘围屏相接触〔绝缘围屏的边缘接触了套管的均压球，而本来绝缘围屏与套管均压球之间是夹着撑条构成油道的〕。2〕在变压器安装过程中，厂家人员不慎将金属微粒带入变压器内部，掉落于套管尾部均压球与绝缘围屏接触的部位变压器的修复2001年2月14日，厂家人员对在该变压器上所查到缺点进展了修复，改换了高压套管尾部的均压球和绝缘围屏以及升高座内壁的绝缘筒，修复任务终了后，对变压器进展的电气实验〔包括部分放电实验〕，实验结果合格。2002年2月22日22时，变压器投入运转变压器缺点诊断实例分析三某变电所1号主变压器组B相是日本三菱消费的壳式变压器，型号为SUB-MRT-250000/500，出厂为1986年，投运日期为1987年10月10日。缺点经过缺点前变电所运转方式：1、2号主变压器并联运转，电容器组及电抗器组SVC设备起停控制回路的中央处置单元发生缺点，1号主变压器的15.75KV侧SVC设备停运变压器低压侧断路器和隔分开关在分闸位置。2001年6月25日9时53分，在对改换后的插件送上直流任务电流时，随即SVC设备的断路器和隔分开关自动误合闸，呵斥隔分开关带负载合闸，三相弧光短路。1号主变压器组低压侧过流维护动作，继续时间240ms，缺点呵斥主变压器组低压侧隔分开关锄头电弧，烧伤，1号主变压器B相压力释放阀冒油呵斥约150ml左右。缺点后的实验情况B相缺点相中出现C2H2含量为0.4ppm，绝缘电阻和直流电阻测试结果正常，变形测试结果，三相相关系数为0.8~0.9，阐明低压绕组有轻度变形。综合实验结果以为：缺点缘由是新改换的SVC设备中央处置单元误发指令所致。变压器可以投运。但必需在投运后的24h取油样实验，以跟踪变压器能否存在缺点。6月27日重投1号主变压器，24h后取油样进展实验，实验结果入表1油中溶解气体含量测试试验日期 油中气体含量（ppm）CO2COH2CH4C2H2C2H4C2H6A相2001.6.282747127844.801.9130.3B相2001.4.093854162745.701.7129.82001.6.253082125948.60.42.1135.12001.6.28288013716177.423.025.3123.4C相2001.6.283155118742.742.71.8130从结果看，B相变压器在6月28日的气体含量中H2和C2H2大量出现，显示出该变压器内部已出现能量较高的电弧性放电，变压器应退出运转。6月29日厂家人员到达工地，进展了绝缘电阻、直流电阻、短路阻抗以及低电压空载等测试，实验结果见下表。低电压空载测试低压侧施加电压空载电流低压侧施加电压A相B相C相A相B相C相50V116121112150V236244236100V184194174200V28026270结论：实验结果正常用2500V兆欧表测试绝缘电阻相别GYDY－TYE（兆欧）GYDY－TY（兆欧）TY-GYDYE（兆欧）油温A相23003000230029B相28004400380029C相23002700280029注：GY高压绕组DY低压绕组TY调压绕组结论：实验结果良好。绕组直流电阻测试相别绕组分接测量值制造厂家值（75度值）实测（欧）油温（0C）折到75度A相DY10.1406320.16320.1632DY90.1318320.15300.1530DY150.1384320.16070.1609DY170.1405320.16310.1634TY0.006155320.0071460.007309B相DY10.1404320.16300.1631DY90.1316320.15280.1531DY150.1383320.16060.1609DY170.1404320.16300.1634TY0.006169320.0071390.007301C相DY10.1407320.16330.1631DY90.1324320.16090.1608DY150.138