淺評電力變壓器的預防性試驗

1、淺評電力變壓器的預防性試驗張占1陳家強1婁東升2張亮3佘磊3(1.江蘇省駱運水利工程管理處宿遷223800;2.江蘇省沭陽縣水務局宿遷223600;3.江蘇省宿遷市水務勘測設計研究有限公司宿遷223800摘要:通過對電力變壓器預防性試驗,如絕緣、直流電阻測量、介質(zhì)損耗因數(shù)、局部放電試驗、線圈變形、油中溶解氣體分析、油中含水量測量等,探討電力變壓器預防性試驗的檢測方法。關鍵詞:電力變壓器預防性試驗分析0前言電力變壓器是電力系統(tǒng)電網(wǎng)安全性運行的重要設備,是輸變電系統(tǒng)的心臟。它的安全運行具有極其重要意義,預防性試驗是保證其安全運行的重要措施,對變壓器故障診斷具有確定性影響,通過各種試驗項目,獲取準確

2、可靠的試驗結(jié)果是正確診斷變壓器故障的基本前提。根據(jù)DL/T5961996電力設備預防性試驗規(guī)程規(guī)定的試驗項目及試驗順序,主要包括油中溶解氣體分析、繞組直流電阻的測量、繞組絕緣電阻的測量、介質(zhì)損耗因數(shù)tg檢測、交流耐壓試驗、線圈變形檢測、局部放電測量等。1油中溶解氣體分析目前,在變壓器故障診斷中,單靠電氣試驗方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷,而通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學檢測的方法,對發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效,這已為大量故障診斷的實踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變化,在特定溫度下,往往有某一種氣體的

3、產(chǎn)氣率會出現(xiàn)最大值;隨著溫度升高,產(chǎn)氣率最大的氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應的關系。而局部過熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運行狀態(tài)下,由于油和固體絕緣會逐漸老化、變質(zhì),并分解出極少量的氣體(主要包括氫H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等多種氣體。當變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時,這些氣體的含量會迅速增加。這些氣體大部分溶解在絕緣油中,少部分上升至絕緣油的表面,并進入氣體繼電器。經(jīng)驗證明,油中氣體的各種成分含量的多少

4、和故障的性質(zhì)及程度直接有關,不同故障或不同能量密度其產(chǎn)生氣體的特征是不同的,一般故障性質(zhì)與其特征氣體特點見表1。因此在設備運行過程中,定期測量溶解于油中的氣體成分和含量,對于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設備內(nèi)部存在的潛伏性故障有非常重要的意義和現(xiàn)實的成效,在1997年頒布執(zhí)行的電力設備預防性試驗規(guī)程中,已將變壓器油的氣體色譜分析放到了首要的位置,并通過近些年的普遍推廣應用和經(jīng)驗積累取得了顯著的成效。電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關資料介紹,在對故障變壓器的統(tǒng)計表明:過熱性故障占63%;高能量放電故障占18.1%;過熱兼高能量放電故障占10%;火花放電故障占7%;

5、受潮或局部放電故障占1.9%。而在過熱性故障中,分接開關接觸不良占50%;鐵心多點接地和局部短路或漏磁環(huán)流約作者簡介:陳加強(1976,男,從事大型泵站的運行管理、維護檢修工作;變電所各種高、低壓電氣設備的高壓預防性試驗工作;婁東升(1976,男,從事水利規(guī)劃設計以及建設管理工作;張亮(1980,男,從事水利規(guī)劃設計工作;佘磊(1986,男,從事水利規(guī)劃設計工作。14占33%;導線過熱和接頭不良或緊固件松動引起過熱約占14.4%;其余2.1%為其他故障,如硅膠進入本體引起的局部油道堵塞,致使局部散熱不良而造成的過熱性故障。而電弧放電以繞組匝、層間絕緣擊穿為主,其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡和分接開關

6、飛弧等故障?；鸹ǚ烹姵Ｒ娪谔坠芤€對電位末固定的套管導電管、均壓圈等的放電;引線局部接觸不良或鐵心接地片接觸不良而引起的放電;分接開關撥叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。表1故障性質(zhì)與特征氣體的特點變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則(DL/ T7222000中規(guī)定了變壓器油中氫和烴類氣體的注意值,當運行中變壓器內(nèi)部氣體組成成分如氫或乙炔、總烴等超過規(guī)定中任一項數(shù)值時,均應引起注意,查明氣體產(chǎn)生原因,及時跟蹤分析,同時考察產(chǎn)氣速率,根據(jù)設備運行歷史狀況和設備特點及外部環(huán)境等因素進行綜合判斷,如負荷、溫度、油中含水量、油的保護系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)、油中絕緣紙類別等。經(jīng)驗證明:對變壓器故障部位的準確判斷,

7、有賴于對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)的全面掌握,并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其它預防性試驗(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等進行比較。值得注意的是,由于故障產(chǎn)氣與正常運行產(chǎn)生的非故障氣體在技術上不可分離,在某些情況下有些氣體可能不是設備故障造成,如油中含水可與鐵作用生成氫氣,過熱時鐵心層間油膜裂解也可生成氫,新的不銹鋼中也可能在加工過程中或焊接時吸附氫而運行后又緩慢釋放,另外,某些操作也可生成故障氣體,如有載調(diào)壓變壓器中切換開關油向變壓器主油箱滲漏或選擇開關在某個位置動作時懸浮電位放電的影響,設備油箱帶油補焊,原注入油含有某些氣體成份大修后濾油不徹底留有殘氣等。2繞組直流電阻的測量它是一項方便而有效的考察繞組絕

8、緣和電流回路連接狀況的試驗,能反映繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開關及導線接頭接觸不良等故障,實際上它也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關檔是否正確的有效手段。長期以來,繞組直流電阻測量一直被認為是考察變壓器絕緣的主要手段之一,有時甚至是判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。如在對某變壓器低壓側(cè)10KV線間電流直阻作試驗時,發(fā)現(xiàn)不平衡率為2.17%,超過部頒標準值1%的一倍還多,色譜分析不存在過熱故障,且每年預試數(shù)據(jù)反映直流電阻不平衡率超標外,其他項目均正常,經(jīng)分析換算后確定C相電阻值較大,判斷C相繞組內(nèi)有斷股問題,經(jīng)吊罩檢查后,驗證C相確實有一股開斷,避免了故障的進一

9、步擴大。通過上述例子,可見變壓器直流電阻的測量對發(fā)現(xiàn)回路中某些重大缺陷起到了重大的作用。3繞組絕緣電阻的測量繞組連同套管一起的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù),對檢查變壓器整體的絕緣狀況具有較高靈敏度,它能有效檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷,如各種貫穿性短路、瓷件破裂、引線接殼、器身內(nèi)有銅線搭橋等現(xiàn)象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對來講,單純依靠絕緣電阻絕對值大小對繞組絕緣作判斷,其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測量時試驗電壓太低,難以暴露缺陷,另一方面也因為絕緣電阻值與繞組絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度等有關,但對于鐵心夾件、穿心螺栓等部件,測量絕緣電

10、阻往往能較靈敏地反映故障,這是因為這些部件絕緣結(jié)構(gòu)較簡單,絕緣介質(zhì)單一,正常情況下基本不承受電壓,絕緣更多的是起隔離作用,而不像繞組絕緣要承受高電壓,比如我們預試中曾多次通過絕緣搖表發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯一點或多點接地的情況,也曾通過絕緣電阻的測量發(fā)現(xiàn)變壓器套管瓷件破裂、有裂紋現(xiàn)象。4測量介質(zhì)損耗因數(shù)tg序號故障性質(zhì)特征氣體的特點1一般過熱性故障總烴較高,C2H2<5ppm2嚴重過熱性故障總烴高,C2H2>5ppm,CH4占總烴的主要成分,H2含量較高3局部放電總烴不高,H2>100ppm,CH4占總烴中的主要成分4火花放電總烴不高,C2H2>10ppm,H2較高5電弧放電總烴

11、高,C2H2高,并構(gòu)成總烴中主要成分,H2含量高15它主要用來檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著油泥及嚴重的局部缺陷。介損測量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場和大氣條件的影響,因而要采取措施減少和消除影響。現(xiàn)場我們一般測量的是連同套管一起的tg,但為了提高測量的準確性和檢出缺陷的靈敏度,有時也進行分解試驗,以判別缺陷所在位置。如我站修試人員在對某變壓器做預試時,發(fā)現(xiàn)一相套管介損超標,且絕緣不合格,讀數(shù)較低,經(jīng)分析后可能是由受潮引起,后拔出檢查發(fā)現(xiàn)套管末端底部有水份,套管已整體受潮,經(jīng)烘干處理后再做試驗,各項指標均符合要求。測量泄漏電流作用和測量絕緣電阻相似,只是其靈敏度較高,能有效發(fā)現(xiàn)有

12、些其他試驗項目所不能發(fā)現(xiàn)的變壓器局部缺陷。泄漏電流值與變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、溫度等因素有關,在電力設備預防性試驗規(guī)程中不作規(guī)定,只在判斷時強調(diào)比較,與歷年數(shù)據(jù)相比,與同類型變壓器數(shù)據(jù)相比,與經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比等。介質(zhì)損耗因數(shù)tg和泄漏電流試驗的有效性正隨著變壓器電壓等級的提高、容量和體積的增大而下降,因此單純靠tg和泄漏電流來正確判斷繞組絕緣狀況的可能性也較小,這主要也是因為兩項試驗的試驗電壓太低,絕緣缺陷難以充分暴露。對于電容性設備,實踐證明如電容性套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等,測量tg和電容量Cx仍是故障診斷的有效手段。5交流耐壓試驗它是鑒定絕緣強度等有效的方法,特別是對考核主絕緣的局部缺陷

13、,如繞組主絕緣受潮、開裂或在運輸過程中引起的繞組松動、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。交流耐壓試驗雖對發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有效,但受試驗條件限制,要進行35kV及8000kVA以上變壓器耐壓試驗,由于電容電流較大,要求高電壓試驗變壓器的額定電流須在l00mA 以上,目前這樣的高電壓試驗變壓器及調(diào)壓器尚不夠普遍,如果能創(chuàng)造條件對高電壓、大容量電力變壓器進行交流耐壓試驗,對保證變壓器安全運行是有很大意義的。6線圈變形檢測變壓器繞組變形是指在電動力和機械力的作用下,繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化,包括軸向和徑向尺寸的變化、器身轉(zhuǎn)移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統(tǒng)安全運行的一大隱患,一

14、旦繞組變形而未被診斷繼續(xù)投入運行則極可能導致事故,嚴重時燒毀線圈。造成變壓器繞組變形的主要原因有:(1短路故障電流沖擊,電動力使繞組容易破壞或變形。電動力的產(chǎn)生是繞組中的短路沖擊電流與漏磁場相互作用的結(jié)果,在運行中,由于輻向和軸向電動力同時作用,可能使整個繞組發(fā)生扭轉(zhuǎn)。(2在運輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和振動等。如某供電部門在對110kV、31500kVA主變壓器運輸途中,遭受強烈撞擊。事后在對該變壓器交接吊罩檢查時,發(fā)現(xiàn)油箱下部固定器身的4個螺栓全部開焊裂斷,上部對器身定位的4個定位釘全部松動,并在定位板上劃出小槽。器身向油枕方向縱向位移11mm,橫向位移23mm,繞組對端圈錯位,最大達3

15、0mm,可看到器身已經(jīng)完全沒有固定裝置而處于自由狀態(tài),并經(jīng)過長途運輸及多次編組,器身在油箱中搖晃,必然造成變壓器損壞。(3保護系統(tǒng)有死區(qū),動作失靈,導致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用時間長,造成繞組變形。如某SFS一315000/110型主變壓器,因10kV系統(tǒng)故障導致直流消失,由于手動操作跳閘,變壓器因受長時間短路作用而損壞。粗略統(tǒng)計結(jié)果表明,在遭受外部短路時,因不能及時跳閘而發(fā)生損壞的變壓器約占短路損壞事故的30%。(4繞組承受短路能力不夠。某DFPSF一250000/500型電力變壓器,由于互感器事故導致35kV側(cè)發(fā)生三相短路后,使其引線支架多處斷裂,繞組嚴重變形,實際上事故時的短路電流只有

16、105kA,低于變壓器應承受的水平,而且保護動作也正常,但變壓器繞組卻損壞了,只能說明是變壓器繞組承受短路電流沖擊能力不夠。7局部放電測量變壓器故障的原因之一是介質(zhì)擊穿,其原因主要是局部放電,它導致絕緣惡化乃至擊穿。隨著變壓器故障診斷技術的發(fā)展,人們逐步認識到局部放電是變壓器諸多故障和事故的根源,因而局部放電的測試越來越受到重視,近年來我國110kV以上電力變壓器事故中有一半以上屬正常運行電壓下發(fā)生匝間短路等原因,也是局部放電所致,因此把局16部放電測量作為變壓器安裝和大修的必試項目之一,這對于變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷將十分有效。隨著變壓器故障診斷技術的發(fā)展,人們越來越認識到,局部放電是變壓器

17、諸多有機絕緣材料故障和事故的根源,因而該技術得到了迅速發(fā)展,出現(xiàn)了多種測量方法和試驗裝置。測量局部放電的方法主要有以下三種:(1電測法:利用示波器、局部放電儀或無線電干擾儀,查找放電的波形或無線電干擾程度。電測法的靈敏度較高,測到的是視在放電量,分辨率可達幾皮庫(PC。(2超聲測法:利用檢測放電中出現(xiàn)的超聲波,并將聲波變換為電信號,錄在磁帶上進行分析。超聲測法的靈敏度較低,大約幾千皮庫,它的優(yōu)點是抗干擾性能好,且可“定位”。有的利用電信號和聲信號的傳遞時間差異,可以估計探測點到放電點的距離。(3化學測試法:檢測溶解油內(nèi)各種氣體的含量及增減變化規(guī)律。此法在運行監(jiān)測上十分適用,簡稱“色譜分析”?；?/p>

18、學測法對局部過熱或電弧放電很靈敏,但對局部放電靈敏度不高。而且重要的是觀察其趨勢,例如幾天測一次,就可發(fā)現(xiàn)油中氣體的組成、比例以及數(shù)量的變化,從而判定有無局部放電或局部過熱。在變壓器檢修或故障診斷中,預防性試驗結(jié)果依舊是不可缺少的診斷參量,但是每個預防性試驗項目不能孤立的去看待,應將幾個項目試驗結(jié)果有機結(jié)合起來綜合分析,這將有效提高判斷的準確性。相信隨著科學技術的不斷發(fā)展以及試驗方法的不斷完善,電力變壓器預防性試驗對于提高供電可靠性、準確了解設備狀態(tài)以及對變壓器故障分析和判斷將會變得更加有效了。問:用于整定計算的哪些一次設備參數(shù)必須采用實測值?答:下列參數(shù)用于整定計算時必須使用實測值:(1三相三柱式變壓器的零序阻抗。(266kV及以上架空線路和電纜線路的阻抗。(3平行線之間的零序互感阻抗。(4雙回線路的同名相間和零序的差電流系數(shù)。(5其他對繼電保護影響較大的有關參數(shù)。問:如何用試驗法求四端網(wǎng)絡的特性阻抗?答:(1求出二次側(cè)開路時的輸入阻抗Z12。(2求出二次側(cè)短路時的輸入阻抗Z10。(3取上述兩項阻抗的幾何平方根值,即Zc=(Z12·Z10姨。Zc即所求的特性阻抗。問:LFP-900系列保護的調(diào)試注意事項是什么?答:(1盡量少拔插裝置插件,不觸摸插件電路。(2使用的電烙鐵、示波器必須與屏柜可靠接地。(3試驗前應檢查屏柜及裝置在運輸過程中是否有明顯的損傷或螺絲松