電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷

1、本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目：電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷內(nèi)容摘要變壓器是電網(wǎng)中比較昂貴且重要的電氣設(shè)備，其安全運(yùn)行對(duì)于保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行意義重大。變壓器故障主要由內(nèi)部絕緣老化造成，本文根據(jù)變壓器的各種機(jī)械和電氣特性，從電抗器套管絕緣在線分析、局部放電在線分析和油中氣體在線分析等方面對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)作一介紹。關(guān)鍵詞：變壓器；在線監(jiān)測(cè)；電抗器套管絕緣；局部放電；油中溶解氣體 目 錄內(nèi)容摘要I1 緒論11.1 課題的背景及意義11.2 本文的主要內(nèi)容12 電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)22.1 概述22.2 變壓器、電抗器套管的絕緣在線監(jiān)測(cè)32.2.1 電容型套管32.2.2 電容型套

2、管預(yù)防性試驗(yàn)與絕緣在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較62.2.3 利用三相套管抽頭的不平衡電流作套管絕緣在線監(jiān)測(cè)82.3 電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)102.3.1 電力變壓器局部放電綜述102.3.2 多端測(cè)量定位102.3.3 脈沖極性鑒定法132.3.4 超聲波檢測(cè)法142.3.5 基于超高頻電磁波測(cè)量152.3.6 變壓器局部放電的智能化診斷202.4 油中氣體在線監(jiān)測(cè)222.4.1 油中氣體在線監(jiān)測(cè)概述222.4.2 變壓器故障與油中特征氣體的關(guān)系232.4.3 色譜氣體檢測(cè)原理242.4.4 氣體色譜分析242.4.5 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成252.4.6 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能252.4.7 色譜在

3、線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)262.4.8 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程263 變壓器在線監(jiān)測(cè)故障診斷283.1 變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性283.2 變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化283.3 變壓器局部放電故障診斷293.3.1 變壓器局部放電故障診斷實(shí)例293.3.2 變壓器局部放電在線檢測(cè)過程中的干擾及抑制303.4 油中氣體故障診斷324 結(jié) 論38參考文獻(xiàn)391 緒論1.1 課題的背景及意義 近年來，國內(nèi)外電網(wǎng)大面積停電事故時(shí)有發(fā)生，原因大多與電網(wǎng)設(shè)備存在問題和電網(wǎng)運(yùn)行問題有關(guān)。為防止電氣設(shè)備自身故障導(dǎo)致電網(wǎng)事故采用在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)來對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，已成為發(fā)展方向，并引

4、起各方面的重視。加強(qiáng)電氣設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)的研究及開發(fā)，在應(yīng)用中不斷完整，使之真正成為防止電網(wǎng)事故大面積停電的第一道防線。電氣設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷對(duì)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著十分重要的意義。通過對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可對(duì)設(shè)備的可靠性隨時(shí)作出判斷，從而能早期發(fā)現(xiàn)潛伏的故障。因此對(duì)電氣設(shè)備絕緣早期和突發(fā)性故障進(jìn)行在線檢測(cè)和診斷，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估具有現(xiàn)實(shí)意義。在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵模菄窠?jīng)濟(jì)各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路，是電網(wǎng)中最重要和最關(guān)鍵的設(shè)備。電力設(shè)備的安全運(yùn)行是避免電網(wǎng)重大事故的第一道防御系統(tǒng)，而電力變壓器是

5、這道防御系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。變壓器的嚴(yán)重事故不但會(huì)導(dǎo)致自身的損壞，還會(huì)中斷電力供應(yīng)，給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一,是保證供電可靠性的基礎(chǔ),在線監(jiān)測(cè)與診斷電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)電力系統(tǒng)的安全具有重要的意義。近年來,電力變壓器在線監(jiān)測(cè)測(cè)技術(shù)得到了迅速發(fā)展,以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)對(duì)電力變壓器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與傳輸,得出實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài),并成功地應(yīng)用于實(shí)際的工程中,取得了較好的在線監(jiān)測(cè)效果。1.2 本文的主要內(nèi)容本文研究的是電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷。全文共分為 四 章，各章內(nèi)容簡介如下：第一章 緒論，簡述課題的背景和意義、論題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹論文的主

6、要內(nèi)容；第二章 電力變壓器的在線監(jiān)測(cè),從電抗器套管絕緣、局部放電和油中氣體在線監(jiān)測(cè),從而更好確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行；第三章 變壓器在線監(jiān)測(cè)故障診斷； 第四章 本文最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并指出了研究課題的未來發(fā)展方向。2 電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)2.1 概述針對(duì)不同的電力設(shè)備和任務(wù)要求其狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法也不同。國外對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究，始于20世紀(jì)60年代。各發(fā)達(dá)國家都很重視，但直到7080年代，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。我國對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的重要性也早已認(rèn)識(shí)。60年代就提出過不少帶電試驗(yàn)的方法，但由于操作復(fù)雜，測(cè)

7、量結(jié)果分散性大，沒有得到推廣。80年代以來，隨著高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，我國的電氣設(shè)備在線診斷技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。由于我國工業(yè)發(fā)展迅速，用電一直緊張，加之部分設(shè)備故障率較高，因此，對(duì)于推行在線診斷技術(shù)以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性更為迫切。電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng),能較好地滿足電力系統(tǒng)中變壓器的在線監(jiān)測(cè)與診斷的需求,從而更好確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵?，是國民?jīng)濟(jì)各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路，是電網(wǎng)中最重要和最關(guān)鍵的設(shè)備。電力設(shè)備的安全運(yùn)行是避免電網(wǎng)重大事故的第一道防御系統(tǒng)，而電力變壓器是這道防御系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。變壓器的嚴(yán)重

8、事故不但會(huì)導(dǎo)致自身的損壞，還會(huì)中斷電力供應(yīng)，給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。長期以來，電力系統(tǒng)內(nèi)對(duì)變壓器正常運(yùn)行維護(hù)主要是采用事后維修和預(yù)防維修兩種方式。但是，預(yù)防性維修需要停電檢修，影響了供電的可靠性；定期檢修中更換的設(shè)備一部分是沒有必要更換的，降低了經(jīng)濟(jì)性。因此，常規(guī)的檢測(cè)方法與現(xiàn)代化狀態(tài)維護(hù)發(fā)展趨勢(shì)不相適應(yīng)，為了保證電力系統(tǒng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性，電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷就應(yīng)運(yùn)而生。電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)方法主要分為兩種形式：集中式監(jiān)測(cè)和分布式監(jiān)測(cè)。集中式監(jiān)測(cè)可對(duì)所有被測(cè)設(shè)備定時(shí)或者巡回自動(dòng)監(jiān)測(cè)；分布式監(jiān)測(cè)是利用專門的測(cè)試儀器測(cè)取信號(hào)就地測(cè)量。變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是根據(jù)變壓器的各種機(jī)械和電氣特

9、性，采用電抗器套管絕緣在線分析、局部放電在線分析和油中氣體在線分析等方法監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)。本文擬以上在線監(jiān)測(cè)方法逐一闡述。2.2 變壓器、電抗器套管的絕緣在線監(jiān)測(cè) 電容型套管變壓器、電抗器在運(yùn)行時(shí)，繞組的末端與首端承受不同電壓，因此無法在運(yùn)行中監(jiān)測(cè)繞組的介質(zhì)損耗因數(shù)，僅能監(jiān)測(cè)到它的套管絕緣參數(shù)。 1電容型套管結(jié)構(gòu)1 在電力設(shè)備中所采用的套管分為兩類，一類為有電壓抽取裝置套管，另一類為無電壓抽取裝置套管，見圖21。(a) (b)圖2.1 電容型套管電氣原理示意圖 (a)有電壓抽取裝置套管；(b)無電壓抽取裝置套管U2一抽取電壓；UX一運(yùn)行電壓；M一末屏(測(cè)量套管引出，運(yùn)行時(shí)接地)C一次末屏(抽壓套

10、管引出，運(yùn)行時(shí)懸空) 電容型套管具有內(nèi)絕緣和外絕緣。內(nèi)絕緣又稱主絕緣，為一圓柱形電容芯子，外絕緣為瓷套，瓷套中有供安裝用的金屬連接套管(法蘭)，套管頭部有供油量變化的金屬容器(油枕)。套管內(nèi)部抽真空后應(yīng)注滿絕緣油，對(duì)于有電壓抽取裝置套管，除將運(yùn)行中接地的末電屏通過小套管引至法蘭之外，還將它的次末屏也用小套管引至套管法蘭上。運(yùn)行中測(cè)量小套管直接與接地的金屬法蘭相連接。有的通過金屬罩，使其與接地的金屬法蘭相連接。與次末屏相連的抽壓套管懸空。 電容型套管的內(nèi)絕緣電容芯子，對(duì)于套管性能的影響最重要，所以主要研究主絕緣(導(dǎo)電桿與抽壓套管或測(cè)量套管間的絕緣)的(現(xiàn)在運(yùn)行的變壓器、電抗器多采用無電壓抽取裝置

11、套管)。2套管介質(zhì)損耗因數(shù)()及電容量的監(jiān)測(cè)(1)西林電橋法測(cè)量無電壓抽取裝置套管的介質(zhì)損耗因數(shù)。無電壓抽取裝置的套管僅有一只測(cè)量小套管，正常運(yùn)行時(shí)測(cè)量小套管應(yīng)妥善接地。用西林電橋法測(cè)量電容型套管的接線如圖22所示。為滿足運(yùn)行電壓下套管的測(cè)量，可將測(cè)量小套管用同軸電纜引至接地刀閘QSE或用專用工具外附接地。接上電橋CX線后，再斷開外附接地進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)得的R3、R4、Rp、CN，按照下列公式可求得X及CX Cx=CNR4R3 (21) x=c+ N=C4R4+ N (22) R4=R4/Rp=R4Rp(R4+Rp) (23)圖2.2測(cè)量電容型套管、C的接線(點(diǎn)即為測(cè)量小套管端)以一臺(tái)三相三繞

12、組變壓器為例，變壓器套管傳感器安裝見圖24。 圖2.3絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量套管C接線(點(diǎn)即為測(cè)量小套管端) 圖2.4在線監(jiān)測(cè)套管絕緣傳感器安裝位置圖各傳感器功能如下，以220kV110kV10kV變壓器為例：(1)用于220kV套管、C測(cè)量的傳感器為：#11、#l2、#13傳感器。(2)用于llokV套管、C測(cè)量的傳感器為：#15、#l6、#17傳感器。(3)用于鐵芯電流測(cè)量的傳感器為”20傳感器。(4)用于變壓器局部放電測(cè)量的傳感器為：#1、#2、#3、#4、# 5、#6、#7、#8、#9、#10、#l9 傳感器。(5)10kV套管通常沒有末屏，如有也應(yīng)安裝傳感器。 圖2.5 變壓器傳感器布

13、置圖1變壓器套管；2一套管末屏；3一蛇皮管；4一PVC塑料管；5一絕緣導(dǎo)線；6一螺絲；7一測(cè)介損傳感器；8一傳感器柜；9一接地扁鋼；l0一局放傳感器；11一焊接點(diǎn)； l2一變壓器地網(wǎng)；13一電纜溝 變壓器的套管末屏，通常是通過它的罩子將其短路接地的。為了對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，應(yīng)將末屏用導(dǎo)線引出穿過傳感器后接地。傳感器實(shí)際安裝布置見圖25，所有傳感器放置于傳感器柜中，套管末屏接地線進(jìn)入傳感器柜并接至柜內(nèi)的接地扁鋼上，此接地扁鋼與變壓器接地網(wǎng)相焊接。圖26為在變電站實(shí)際安裝的變壓器傳感器柜。柜中，圓形的為電流傳感器，用于變壓器套管、C測(cè)量；長方形的為局部放電傳感器，用于變壓器局部放電測(cè)量及定位。 圖2

14、.6變壓器傳感器柜 電容型套管預(yù)防性試驗(yàn)與絕緣在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較 1電容型套管預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 電容型套管預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表21。 2預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果與絕緣在線監(jiān)測(cè)結(jié)果比較 多個(gè)變電站的套管預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果與絕緣在線監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，見表22，從表中可以看出兩者較好符合。 3測(cè)量套管絕緣參數(shù)可檢查的設(shè)備故障 (1)套管絕緣損壞時(shí)其、C會(huì)發(fā)生變化。(2)套管末屏進(jìn)水、受潮時(shí)，傳感器電流將被分流，、C均會(huì)產(chǎn)生變化。表2.1 套管預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 1)20C時(shí)的()值應(yīng)不大于下表中數(shù)值 電壓等級(jí)(kV) 2035 66110 220500 1)13年 2)大修(包括主設(shè)備大修)后 3)必要時(shí) 大修后 充油型

15、油紙電容型 充膠型 膠紙電容型 膠紙型 3.O1.O3.O2.O 2.5 1.51.02.O1.5 2.0 0.8 1.O 運(yùn)行中 充油型 油紙電容型 充膠型 膠紙電容型 膠紙型 3.51.O3.53.O 3.5 1.51.O2.01.5 2.O 0.8 1.0 2)當(dāng)電容型套管末屏對(duì)地絕緣電阻小于l000時(shí)，應(yīng)測(cè)量末屏對(duì)地，其值不大于2 3)電容型套管的電容值與出廠值或上一次試驗(yàn)值的差別超出±5，應(yīng)查明原因表2.2 預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果與絕緣在線監(jiān)測(cè)結(jié)果比變電站名稱設(shè)備名稱預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果在線監(jiān)測(cè)結(jié)果相別U（kV）tg(%)CX(pF)相別U（kV）tg(%)CX(pF)貴陽500kV變電

16、所高壓電抗器500kV套管A100.222411.81A313.300.16409.33B100.274426.15B313.350.33403.34C100.273425.85C312.850.48406.59東豐500kV變電所#1主變壓器500kV套管A100.40490.0A310.30.35524.7B100.30493.0B310.40.18485.7C100.40491.0C309.80.58476.6臨川220kV變電站#2主變壓器220kV套管A100.40397.0A137.40.166388.8B100.40392.0B137.40.146374.5C100.40388.

17、0C137.90.121372.3#2主變壓器110kV套管A100.50302.0A63.70.164302.0B100.40293.0B63.70.424295.5C100.40295.0C63.90.285285.0普定220kV變電站#2主變壓器220kV套管A100.39462.4A135.70.95456.5B100.31427.3B135.70.35420.1C100.35451.2C135.80.25426.9#2主變壓器110kV套管A100.44293.6A66.90.42293.3B100.59288.8B66.61.14285.4C100.63282.9C67.40.5

18、9267.8 利用三相套管抽頭的不平衡電流作套管絕緣在線監(jiān)測(cè)美國Doble公司采用“綜合電流法2 (Sum current Method)”來監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的套管絕緣狀況。它的原理是這樣的：“如果三相系統(tǒng)電壓是平衡的，套管的結(jié)構(gòu)、參數(shù)又完全一樣那么三相套管電流的矢量和為零。實(shí)際上三相電壓不會(huì)完全平衡，三相套管也會(huì)有一點(diǎn)差別，因此三相套管電流的矢量和不為0。但是這個(gè)電流(稱起始電流)是一個(gè)有限值?！倍覍?duì)于確定的一組套管(三相)是惟一的。當(dāng)其中的一相套管有損壞時(shí)，它的電容值、介質(zhì)損耗因數(shù)()就會(huì)改變。由此其綜合電流與起始的綜合電流就不相同，可根據(jù)綜合電流的大小及相位監(jiān)測(cè)出哪一相的套管有損壞。圖27是

19、綜合電流法原理圖，圖28是當(dāng)A相套管故障時(shí)三相套管的一組電流相量圖。圖2.7綜合電流法原理圖(a)實(shí)際三相系統(tǒng)起始綜合電流，不為0；(b)當(dāng)A相套管故障時(shí)綜合電流；(c) 綜合電流的變化量分解為和當(dāng)A相套管發(fā)生故障時(shí)，A相套管電流改變，通過A相的C1，電流由。此時(shí)綜合電流由變到。以作為參考點(diǎn)，從與綜合電流的變化量之間的角度可以判斷是A相故障。將對(duì)A相電壓分解為與同相的(有功分量)及與 垂直的(無功分量)。由此根據(jù)罷、的變化可以計(jì)算出A相套管電容的變化。同樣根據(jù)的變化可以計(jì)算出A相套管介質(zhì)損耗因數(shù)的變化。(a) (b) (c) 圖2.8 A相套管故障時(shí)三相套管電流相量圖2.3 電力變壓器局部放電

20、在線監(jiān)測(cè) 電力變壓器局部放電綜述局部放電是引起電力設(shè)備絕緣劣化的主要原因之一，每次放電，高能量電子或加速電子的沖擊，特別是長期局部放電作用都會(huì)引起多種形式的物理效應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，如帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊氣泡外壁時(shí)，就可能打斷介質(zhì)的化學(xué)鍵，破壞介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，造成絕緣劣化，加速絕緣損壞過程。嚴(yán)重時(shí)有可能導(dǎo)致設(shè)備故障，甚至影響到電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在一個(gè)復(fù)雜的電工設(shè)備中，發(fā)生在不同部位的放電，對(duì)絕緣的破壞作用是不同的。對(duì)局部放電準(zhǔn)確定位從而準(zhǔn)確測(cè)定放電量、判斷其對(duì)絕緣的危害對(duì)于電力設(shè)備維護(hù)、改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝等都具有重要的意義。在各種電力設(shè)備中，變壓器的結(jié)構(gòu)和電磁環(huán)境尤為復(fù)雜，其局放監(jiān)測(cè)問題顯得更為突出，經(jīng)過多年

21、的發(fā)展，工程科研人員已提出了一些實(shí)用的方法。 多端測(cè)量定位由于變壓器任何部位的放電都會(huì)通過不同的耦合途徑向各個(gè)部位傳遞，油箱上各個(gè)端子都能接收到它的信號(hào)，因而可以依次在各個(gè)端子對(duì)地注入脈沖電荷以模擬不同端子或部位的放電，此時(shí)其它端子也會(huì)有各自的響應(yīng)。通過若干組模擬可以得到一校正矩陣。將每個(gè)端子實(shí)測(cè)的放電信號(hào)與之比較，它與哪一組校正結(jié)果相近即表明放電源與這一對(duì)校正端子相關(guān)。 1、變電位多端測(cè)量3采用不同的試驗(yàn)接地和加壓方式改變諸如變壓器個(gè)別端子的電位、變壓器相間和高低壓間的電位差、線圈匝間的電位差，結(jié)合在各種接線方法下所得到的各線端實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從而推斷放電發(fā)生的部位。變電位多端測(cè)量原理簡單

22、，試驗(yàn)方便，在故障檢測(cè)中起到了很大作用。改變電位、電位差的方法非常之多，要根據(jù)具體情況而定。下面給出三例變電位的方法：1)對(duì)稱加壓法圖2.9 對(duì)稱加壓電路圖2.10 實(shí)測(cè)結(jié)果U1（高壓）端放電量為600 pC, U2（低壓）端放電量為1800 pC。測(cè)得U1端放電量為200 pC，U2端放電量為300 pC。這時(shí)發(fā)現(xiàn)U2端放電量大大減小，此時(shí)可判定局放位置發(fā)生在U2端。2）兩相支撐一相法此方法主要用于判斷局部放電部位是線圈對(duì)地還是在線圈內(nèi)部。圖2.11兩相支撐一相法某變壓器U1相試驗(yàn)，當(dāng)施加電壓為1.4Um時(shí)，U1端放電量為1000 pC。將V1，W1相接地支撐U1相，U1端電壓保持不變，此時(shí)

23、結(jié)果局部放電量仍為1000pC。由此可判斷局部放電存在于U1相出線端的可能性較大。3)一相支撐兩相法圖2.12 一相支撐兩相法測(cè)得V1相局部放電量為2000pC，同時(shí)測(cè)得W1相局部放電量為3000pC。此時(shí)V1= 0.5Um，UW1 =0.25Um，V1-W1 = 0.75Um。經(jīng)分析懷疑局部放電源存在于V1，W1相之間，故采取如圖2-12的接線方式，此時(shí)發(fā)現(xiàn)V1-W1 = 0, V1=W1=0.8Um，V1，W1相放電量均小于100 pC。試驗(yàn)證實(shí)了局部放電源與V1，W1端頭電位無關(guān), 而與V1，W1之間電位差有關(guān)。檢查V1，W1相間, 發(fā)現(xiàn)W1相圍屏上黏附有金屬微粒，清除后，故障消失。變電

24、位多端測(cè)量原理簡單，試驗(yàn)方便, 在故障檢測(cè)中起到了很大作用。在試驗(yàn)過程中，用好該方法的關(guān)鍵在于：1) 改變某端子電位往往有多種方法，應(yīng)視試品的內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)，選擇一種“副作用”較小的方式；2) 應(yīng)評(píng)價(jià)由于加壓或接線方式改變而造成的其它相關(guān)電位的改變, 不可輕易下定論?？赡艿那闆r下, 應(yīng)采取不同的方式進(jìn)行驗(yàn)證或排除；3) 變電位的方法很多, 不可拘泥, 其運(yùn)用的靈活程度取決于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2、多端測(cè)量多端校正變壓器內(nèi)部任何一個(gè)部位放電，都會(huì)向變壓器的所有外部接線的測(cè)量端子傳送信號(hào)，而這些信號(hào)在各個(gè)測(cè)量端子上所顯示出的波形都有其獨(dú)特的波形特征和不同的幅值。如果將校正脈沖依次添加到某兩個(gè)端子之間，則校正脈

25、沖同時(shí)向各個(gè)測(cè)量端子傳送，在各個(gè)測(cè)量端子上測(cè)出其校正電荷量和觀察其波形，并將各端子上的校正電荷值依次作出比值。若放電的比值序列與校正時(shí)某個(gè)比值序列相似而波形也相似，則可認(rèn)為放電點(diǎn)在相應(yīng)的校正端子的鄰近部位上。圖2.13 多端測(cè)量多端校正2.3.3 脈沖極性鑒定法變壓器內(nèi)部發(fā)生局放時(shí)在各個(gè)檢測(cè)阻抗上發(fā)現(xiàn)的脈沖波都有一定的極性，根據(jù)這些脈沖的特征來確定局放發(fā)生的位置的方法就是脈沖極性鑒定法。該方法應(yīng)用較多，而且直觀方便。圖214為脈沖極性法的原理和應(yīng)用。圖中：E為假設(shè)的放電源。ZD為測(cè)量阻抗；圖214(a)為高壓和低壓繞組之間發(fā)生局部放電時(shí)測(cè)得的脈沖極性即低壓阻抗高壓繞組阻抗測(cè)得的極性相同而高低壓

26、繞組測(cè)得的極性相反：圖214(b)為高壓繞組中發(fā)生局部放電時(shí)測(cè)得的脈沖極性；圖214(c)為高壓繞組和地之間發(fā)生局部放電時(shí)測(cè)得的脈沖極性。將實(shí)測(cè)脈沖與校對(duì)脈沖對(duì)比，可以大體上確定放電發(fā)生的部位。圖2.14 脈沖極性法測(cè)試原理圖 超聲波檢測(cè)法 超聲波檢測(cè)定位法是大型電力變壓器局部放電定位的主要方法。變壓器中局部放電故障的產(chǎn)生和發(fā)展將伴隨著聲發(fā)射現(xiàn)象，放電源也就是聲發(fā)射源。根據(jù)聲測(cè)原理對(duì)變壓器的內(nèi)部放電予以定位時(shí)，可將若干個(gè)超聲探頭放置在變壓器箱殼上相分離的幾點(diǎn)上，組成聲測(cè)陣列，測(cè)定出由聲源到各探頭的直接波傳播時(shí)間或各探頭之間的相對(duì)時(shí)差，然后將這些時(shí)間或相對(duì)時(shí)差代人滿足該聲測(cè)陣列幾何關(guān)系的一組方程

27、中求解，即可得到放電源的位置坐標(biāo)。1、超聲波局部放電測(cè)試原理 絕緣介質(zhì)局部放電有兩種類型：氣泡內(nèi)放電以及介質(zhì)在高場強(qiáng)下游離擊穿。一些澆注、擠壓的絕緣介質(zhì)容易夾雜著氣隙或氣泡, 空氣的介電常數(shù)較固體介質(zhì)小, 而場強(qiáng)與介電常數(shù)成反比。介質(zhì)中的氣隙或氣泡是第一種局部放電的發(fā)源地；當(dāng)局部電場更高時(shí), 在絕緣薄弱環(huán)節(jié)處將引起介質(zhì)的游離擊穿。以上兩種局部放電, 在多數(shù)情況下往往同時(shí)發(fā)生或互相誘發(fā)。變壓器在運(yùn)行中出現(xiàn)局部放電時(shí), 伴隨產(chǎn)生電脈沖、超聲波、光、熱和化學(xué)變化等現(xiàn)象。高頻的電氣擾動(dòng)向所有與其有連接電氣回路傳播。超聲波信號(hào)以球面波的形式以某一速度通過絕緣紙板、絕緣油等介質(zhì)向變壓器油箱外傳播。超聲波穿

28、過絕緣介質(zhì)到達(dá)變壓器箱壁上的傳感器有兩條途徑：一條是直接傳播，即超聲波的縱向波穿過絕緣介質(zhì)、變壓器油等到油箱內(nèi)壁, 并透過鋼板到達(dá)傳感器；另一條是以縱向波傳到油箱內(nèi)壁, 后沿鋼板以橫向波傳播到傳感器, 此波為復(fù)合波。超聲波傳播途徑如圖215及圖216所示。放電源S產(chǎn)生超聲波, SA為縱向波, SBA、SCA為復(fù)合波。圖2.15 超聲波的傳播途徑圖2.16 超聲波的傳播波形2、超聲波局部放電檢測(cè)法優(yōu)缺點(diǎn)超聲波法是用安裝在變壓器油箱壁上的超聲波探測(cè)接收信號(hào), 通過信號(hào)大小的比較分析, 對(duì)變壓器內(nèi)部局部放電進(jìn)行定性測(cè)試, 還能對(duì)放電點(diǎn)所處的空間位置進(jìn)行確定, 并具有在線條件下對(duì)變壓器內(nèi)的局部放電進(jìn)行

29、檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。它的檢測(cè)結(jié)果給變壓器的故障分析及處理提供信息，這一方法可避免現(xiàn)場各種電氣信號(hào)的干擾。通過在線超聲波局部放電檢測(cè)，可實(shí)時(shí)地監(jiān)視變壓器局部放電狀態(tài)。超聲波局部放電檢測(cè)是變壓器放電性故障測(cè)量及帶電監(jiān)測(cè)的一種較好的方法。 但該方法有一定的局限性：當(dāng)放電源位于變壓器繞組表層時(shí)測(cè)試是有效的，當(dāng)放電源位于變壓器絕緣深處時(shí)，信號(hào)將難以收到；對(duì)于同時(shí)出現(xiàn)的多點(diǎn)放電, 如何判斷超聲信號(hào)的大小, 如何區(qū)分其超聲信號(hào), 仍需要做進(jìn)一步的工作；此外，此法在具有強(qiáng)電磁干擾的現(xiàn)場定位中準(zhǔn)確度不高。其原因主要有：變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 各種聲介質(zhì)對(duì)聲波的衰減及對(duì)聲速的影響都不一樣；目前使用的局部放電監(jiān)測(cè)超聲波傳

30、感器抗電磁干擾能力較差, 靈敏度也不很高；各種計(jì)算定位法中的算法也不盡完善。 基于超高頻電磁波測(cè)量1、超高頻電磁波簡述目前，國內(nèi)外對(duì)運(yùn)行中的變壓器的局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，大多沿用或借鑒變壓器出廠或交接試驗(yàn)中所采用的脈沖電流法。該方法應(yīng)用于現(xiàn)場變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)所面臨的最大困難是現(xiàn)場環(huán)境的干擾問題。變電站屬于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，現(xiàn)場存在著廣泛的電暈放電、開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的沖擊以及相鄰高壓電氣設(shè)備內(nèi)部可能出現(xiàn)的局部放電等，這是變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)所面臨的主要干擾源。由于干擾信號(hào)的能量和幅值往往很大，傳播路徑又十分復(fù)雜，這些干擾信號(hào)不可避免地竄入測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)局部放電測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。更為嚴(yán)重的是

31、，被測(cè)局部放電信號(hào)極易被干擾信號(hào)所淹沒，導(dǎo)致有效信號(hào)的識(shí)別困難，甚至幾乎無法進(jìn)行測(cè)量。多年來，國內(nèi)外在局部放電機(jī)理及其檢測(cè)技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究，取得了一些成效。但由于干擾信號(hào)與被測(cè)局部放電信號(hào)往往具有相同或類似的特征，干擾信號(hào)的提取十分困難，致使在線局部放電測(cè)量中的抗干擾問題仍未得到圓滿的解決。近年來，超高頻局部放電測(cè)量技術(shù)（UHF法）在GIS局部放電檢測(cè)中獲得了成功應(yīng)用。UHF法的顯著特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，非常適宜局部放電的在線監(jiān)測(cè)。研究認(rèn)為，變壓器油及油/紙絕緣中發(fā)生的局部放電，其信號(hào)的頻譜很寬，放電過程可以激發(fā)出數(shù)百甚至數(shù)千兆赫茲的超高頻電磁波信號(hào)，而變電站現(xiàn)場的干擾信號(hào)頻譜范圍一般在

32、150MHz以下，且在傳播過程中衰減很大。采用基于超高頻電磁波測(cè)量的局部放電測(cè)量技術(shù)，檢測(cè)局部放電產(chǎn)生的數(shù)百兆赫茲以上的超高頻電磁波信號(hào)，可有效地避開各種電暈等干擾信號(hào)，有望解決局部放電在線監(jiān)測(cè)中局部放電產(chǎn)生的超高頻信號(hào)特征，并將UHF法應(yīng)用于現(xiàn)場變壓器的局部放電在線監(jiān)測(cè)。2、油/紙絕緣中超高頻局部放電信號(hào)的頻譜特征圖217為超高頻局部放電模擬試驗(yàn)示意圖。其中，試品（放電模型）和超高頻傳感器均放入盛滿變壓器油的油箱內(nèi)（一臺(tái)10kV電壓等級(jí)的變壓器油箱），試驗(yàn)電壓通過套管施加到試品上，由超高頻傳感器接收試品局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，由此將局部放電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超高頻脈沖電壓信號(hào)，并經(jīng)放大等送入計(jì)算

33、機(jī)處理。圖2.17 超高頻局部放電模擬試驗(yàn)示意圖為了模擬變壓器局部放電，設(shè)計(jì)了五種放電模型，分別模擬油/紙絕緣中尖端放電（油屏障放電）、沿面放電、氣隙（空穴）放電、懸浮放電以及各種油隙放電，如圖218所示。圖219(a)(e)為五種放電模型的超高頻局部放電信號(hào)頻譜圖。圖2.18 放電模型圖2.19 (a) 尖端放電圖2.19 (b) 沿面放電圖2.19 (c) 氣隙放電圖2.19 (d) 油楔放電圖2.19 (e) 懸浮電極放電試驗(yàn)及頻譜分析發(fā)現(xiàn)，放電信號(hào)的頻譜特性比較穩(wěn)定、重復(fù)性較好。隨放電信號(hào)的增加，頻譜幅值亦有所增加，但不明顯。尖端放電的能量主要分布在500MHz-1100MHz頻段內(nèi)，

34、500MHz-600MHz頻段的特征峰較高；沿面放電的能量集中在500MHz 附近的狹窄頻段內(nèi)，特征峰基本上只有一個(gè)； 氣隙放電的能量主要集中在300MHz-600MHz頻段內(nèi)，且有多個(gè)幅值相近的特征峰；油楔放電的能量主要分布在500MHz-900MHz的頻段內(nèi)，特征峰幅值較為接近，密度比氣隙放電疏；懸浮電極放電廣泛地分布在300MHz-1500MHz的頻段內(nèi)，300MHz的特征峰非常穩(wěn)定，其余部分的特征峰沒有規(guī)律，但幅值均比300MHz的特征峰低。上述五種放電模型基本可以反映變壓器局部放電的常見類型，其頻譜特征對(duì)識(shí)別變壓器中油/紙絕緣故障類型是有利的。3、現(xiàn)場變壓器局部放電的在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)場局部

35、放電在線測(cè)量系統(tǒng)示意圖如圖220所示。由超高頻傳感器接收變壓器內(nèi)局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，并經(jīng)放大器等電路衰減、放大。利用數(shù)字示波器（或高速A/D采集卡）采集、顯示超高頻電磁波信號(hào)，最終通過計(jì)算機(jī)對(duì)放電信號(hào)進(jìn)行處理和顯示。為了避免空間電磁信號(hào)對(duì)局部放電測(cè)量的影響，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)采取了一系列抗干擾措施，如信號(hào)接線端、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等?，F(xiàn)場實(shí)測(cè)表明，測(cè)量系統(tǒng)基本上未受到現(xiàn)場電磁信號(hào)的干擾，測(cè)量系統(tǒng)自身的噪聲水平<30mA。圖2.20 變壓器超高頻局部放電在線檢測(cè)系統(tǒng)4、討論通過試驗(yàn)室及現(xiàn)場超高頻局部放電監(jiān)測(cè)可以看出，將超高頻傳感器置入變壓器油箱內(nèi)并采用UHF法進(jìn)行局部放電測(cè)量，具有足夠

36、的測(cè)量靈敏度，并可有效地解決在線監(jiān)測(cè)中所遇到的強(qiáng)電磁干擾問題，使測(cè)量的有效性大大增加。目前，變壓器超高頻局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)中放電量標(biāo)定以及故障診斷的判據(jù)等問題需進(jìn)一步研究。在超高頻檢測(cè)方法中，被測(cè)信號(hào)為超高頻電磁信號(hào)，其幅值與放電脈沖的陡度、放電類型有關(guān)。目前的研究尚未得到超高頻信號(hào)與實(shí)際放電量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能采用超高頻信號(hào)幅值（mV值）表征局部放電水平。變壓器油/紙絕緣中的局部放電，其超高頻信號(hào)頻譜具有一定的特征，這些特征有利于對(duì)變壓器中油/紙絕緣故障類型進(jìn)行識(shí)別。超高頻法的特點(diǎn)以及變壓器箱體的屏蔽效果，使變壓器超高頻局部放電測(cè)量方法的抗干擾能力優(yōu)于目前傳統(tǒng)局部放電監(jiān)測(cè)方法，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)變壓器局

37、部放電的在線監(jiān)測(cè)是非常有利的。 變壓器局部放電的智能化診斷1、局部放電智能化簡述近年來，采用微機(jī)輔助的多功能測(cè)試系統(tǒng)，可以利用多種測(cè)量方法，對(duì)局部放電進(jìn)行快速的測(cè)量、分析、診斷和提出解決方法。不僅提高了測(cè)量的準(zhǔn)確率還大大減輕了工作人員的工作量。上海電力學(xué)院成功開發(fā)了變壓器局部放電診斷專家系統(tǒng)(TFDES)。該系統(tǒng)由知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、解釋機(jī)制、推理機(jī)和人機(jī)接口五部分組成, 其中知識(shí)庫是專家系統(tǒng)的核心。TFDES 診斷著重圍繞超聲波技術(shù)、傳感技術(shù)和氣體色譜分析等檢測(cè)手段獲得的數(shù)據(jù),建立了系統(tǒng)的知識(shí)庫, 知識(shí)庫建成模塊化機(jī)構(gòu)，如圖221所示。TFDES對(duì)運(yùn)行中變壓器內(nèi)部局放故障可作出早期診斷和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

38、, TFDES對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行人員可提供“咨詢”意見。目前, TFDES系統(tǒng)安裝在有關(guān)供電部門, 運(yùn)行情況良好, 它有助于電力部門提高智能化診斷水平。圖2.21 TFDES 知識(shí)庫模塊圖2、TFDES4 的特點(diǎn)1)TFDES的知識(shí)表達(dá)采用目前專家系統(tǒng)中最廣泛使用的產(chǎn)生式系統(tǒng)，知識(shí)庫為模塊式結(jié)構(gòu)。各模塊相互獨(dú)立，從而有利于知識(shí)庫的修改、擴(kuò)充和更新，這給知識(shí)庫的維護(hù)帶來很大方便。2)充分利用了TURBO-PROLOG語言的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的反向推理，并引入了模糊邏輯，成功地處理了某些模糊問題。3)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫由氣體分析與絕緣預(yù)防數(shù)據(jù)庫和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫兩部分組成。前者可將各種氣體數(shù)據(jù)和絕緣預(yù)防數(shù)據(jù)作為歷史

39、資料存檔，以便用戶隨時(shí)查詢、管理。最后得出的結(jié)論，不但根據(jù)當(dāng)前的輸入數(shù)據(jù)，而且還綜合歷史變化的趨勢(shì)進(jìn)行縱向分析，以及對(duì)有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向分析。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)上下文樹，它存放中間推理結(jié)果和最終判斷結(jié)論，在用戶需要解釋時(shí)，以便由解釋機(jī)制調(diào)用。3、變壓器故障診斷的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（TFDANN）1)TFDANN 的結(jié)構(gòu)TFDANN 的實(shí)質(zhì)就是用來模擬人腦的信息處理功能，它具有自組織、自學(xué)習(xí)的能力，能映射高度非線性的輸入、輸出關(guān)系。TFDANN 工作過程由學(xué)習(xí)期和工作期兩個(gè)階段組成(1)學(xué)習(xí)期：在學(xué)習(xí)過程中，氣體分析數(shù)據(jù)及其它各種測(cè)試數(shù)據(jù)來源于變壓器歷史數(shù)據(jù)的計(jì)算后的結(jié)果，接著數(shù)據(jù)集被讀入網(wǎng)絡(luò)，通過反

40、向傳播學(xué)習(xí)計(jì)算法，計(jì)算權(quán)值和閾值。(2)工作期：在診斷過程中，計(jì)算來自不同變壓器的測(cè)試樣本，從而得到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出，最后將這些值與所期望的輸出值進(jìn)行比較。TFDANN 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模塊化結(jié)構(gòu)，其各模塊樣本訓(xùn)練是獨(dú)立進(jìn)行的。結(jié)構(gòu)如圖222所示。圖2.22 TFDANN 模塊化結(jié)構(gòu)圖其中BP1是特征氣體法模塊， 輸入特征元素X1X6分別為H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO等6種氣體在TCG中的含量，其輸出Y1Y4分別對(duì)應(yīng)變壓器故障診斷正常，過熱、電暈、電弧4 種情況，其結(jié)構(gòu)如圖223所示。圖16中BP2為三比值法模塊，其中X7X9分別為C2H2 / C2H4，CH4/H2，C2H4

41、/ C2H6的比值數(shù)據(jù)特征元素，輸出Y5Y12分別對(duì)應(yīng)變壓器的故障性質(zhì)。BP3為絕緣油特性試驗(yàn)?zāi)K，輸入特征元素X10X15分別對(duì)應(yīng)酸值、電阻率、含水量、表面張力、介損、擊穿電壓，輸出Y13Y15分別對(duì)應(yīng)絕緣油良好、要注意和不良3 種狀態(tài)。BP4為變壓器外部檢查模塊，輸入特征元素X16X20分別為變壓器運(yùn)行的油溫、油位、各種噪聲等數(shù)據(jù)，其輸出Y16、Y17對(duì)應(yīng)變壓器外部及內(nèi)部是否異常。TFDANN 主模塊根據(jù)各分模塊輸出的結(jié)果進(jìn)行歸納，最后輸出TFDANN 診斷結(jié)論。圖2.23 BP1 模塊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖2)TFDANN的特點(diǎn)(1)采用反向傳播（BP）網(wǎng)絡(luò)，具有良好的模式分類能力，引入模糊邏輯理

42、論，較好地處理了一些數(shù)據(jù)不確定性問題。(2)將網(wǎng)絡(luò)的輸入/ 輸出分別與故障征狀和故障性質(zhì)相對(duì)應(yīng)，建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模塊化結(jié)構(gòu)。它不但極大地簡化了樣本訓(xùn)練的過程，使用戶輸入信息量大為減少，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)、隱層節(jié)點(diǎn)和激活函數(shù)趨向簡單，加快了診斷速度，有利于軟件的更新和維護(hù)。2.4 油中氣體在線監(jiān)測(cè)2.4.1 油中氣體在線監(jiān)測(cè)概述變壓器油中溶解氣體色譜分析的在線監(jiān)測(cè)方法是基于油中溶解氣體分析理論，它直接在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)油色譜的定時(shí)在線智能化監(jiān)測(cè)與故障診斷，不僅可以及時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)和跟蹤存在的潛伏性故障，并且可以及時(shí)根據(jù)專家系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行工況自動(dòng)進(jìn)行診斷。 變壓器故障與油中特征氣體的關(guān)系1.變壓器

43、的絕緣結(jié)構(gòu)變壓器采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)，它由變壓器油、紙和紙板等A級(jí)絕緣材料組成。變壓器油與絕緣紙相結(jié)合構(gòu)成的油紙絕緣結(jié)構(gòu)，具有很高的耐電強(qiáng)度，但油和紙兩者均易被污染。變壓器油在運(yùn)行中因受溫度、電場、氧氣、水分和銅鐵等材料的催化作用，發(fā)生氧化、裂變與碳化等反應(yīng)，生成某些氧化產(chǎn)物，同時(shí)產(chǎn)生氧氣及低分子烴類氣體和固體X 臘等。 當(dāng)變壓器油受到高電場能量作用時(shí)，即使溫度較低，也會(huì)分解產(chǎn)氣。變壓器中溶解的氣體在電場作用下將發(fā)生電離，釋放出的高能電子與油分子發(fā)生碰撞，將其中的H原子或CH。原子團(tuán)游離出來而形成游離基，促使產(chǎn)生二次氣泡。 變壓器油是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物，分子中含有CH；、

44、CH；和CH。化學(xué)基團(tuán)，由于電或熱故障的原因，可以使某些CH鍵和CC鍵斷裂，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。也可能生成碳的固體顆粒及碳?xì)渚酆衔?。絕緣紙、紙板它們的主要成分是纖維素。紙、層壓板或木塊等固體絕緣材料分子內(nèi)含有大量的無水右旋環(huán)和弱的CO鍵及葡萄糖甙鍵。并能在較低的溫度下重新化合，聚合物裂解的有效溫度高于105。C，完成裂解和碳化高于300。C。在生成水的同時(shí)，生成大量的C0、C0：及少量烴類氣體和呋喃化合物，同時(shí)油被氧化。C0和C0：的生成不僅隨溫度升高而加快，而且隨油中氧的含量和紙的濕度增大而增加。2氣體在油中的溶解充油變壓器內(nèi)部的油，紙等絕緣材料所產(chǎn)生的各種

45、氣體，在一定的溫度和壓力下達(dá)到溶解和釋放的動(dòng)平衡，最終達(dá)到飽和或接近飽和狀態(tài)。氣體在變壓器油中的溶解度大小與氣體的特性、油的化學(xué)組成以及溶解時(shí)的溫度等因素都有密切的關(guān)系。當(dāng)產(chǎn)氣速率很高時(shí)，分解氣體除一部分溶于油中之外，還會(huì)有一部分成為氣泡上浮，并在上浮過程中把油中溶解的氧和氮置換出一部分。這種氣體置換過程與氣泡大小和油的黏度有關(guān)，氣泡越小或油的黏度越大，氣泡上升越慢，與油接觸的時(shí)間就越長，置換就越充分，直至所有的氣體組分達(dá)到溶解平衡為止。對(duì)于尚未被氣體溶解飽和的油，氣泡可能完全溶于油中，最終進(jìn)入氣體繼電器內(nèi)的就幾乎只有空氣成分和溶解度小的氣體，如氫氣、甲烷。由此可見：在變壓器故障的早期階段，只

46、有溶解度低的氣體才會(huì)聚積于氣體繼電器中，而溶解度高的氣體仍在油中。當(dāng)變壓器發(fā)生突發(fā)性故障時(shí)，因氣泡大，上升快，與油接觸時(shí)間短，溶解和置換過程來不及充分進(jìn)行，分解氣體就以氣泡的形態(tài)進(jìn)入氣體繼電器中，并且氣體繼電器中積存的故障特征氣體，往往比油中含量高得多。3變壓器內(nèi)部故障與油中特征氣體的關(guān)系(見表23)表2.3 充油電力變壓器不同故障類型產(chǎn)生的氣體。 故 障類 型 主要?dú)怏w組分 次要?dú)怏w組分 油過熱 CH4，C2H2 H2，C2H6 油和紙過熱 CH4，C2H4，C0，C02 H2，C2H6 油紙絕緣中局部放電 H2，CH4，C0 C2H2，C2H6，C02 油中火花放電 H2，C2H2 油中電

47、弧 H2，C2H2 CH4，C2H4，C2H6 油和紙中電弧 H2，C2H2，C0，C02 CH4，C2H4，C2H6注進(jìn)水受潮或油中氣泡可能使氫氣含量升高。2.4.3 色譜氣體檢測(cè)原理通過色譜柱中的固定相對(duì)不同氣體組分的親和力不同，在載氣推動(dòng)下，經(jīng)過充分的交換，不同組分得到了分離，經(jīng)分離后的氣體通過檢測(cè)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)A/D采集后獲得氣體組分的色譜出峰圖。根據(jù)組分峰高或面積進(jìn)行濃度定量分析。2.4.4 氣體色譜分析為了解釋油中溶解氣體的分析結(jié)果，并以此對(duì)產(chǎn)生這些氣體的故障原因作出診斷，應(yīng)用特征氣體法可知，局部放電反映的特點(diǎn)是H2含量高、CH4占總烴中的主要部分；過熱故障反映的特點(diǎn)是總烴含量高

48、；放電故障(包括電弧放電和火花放電)反映的特點(diǎn)是H2和C2H2含量高。DGA 結(jié)果的解釋是建立在三比值法(IEC) 基礎(chǔ)上, IEC法(即基于H2、CH4、C2H6、C2H4 和C2H2五種特征氣體的最大產(chǎn)氣速率的溫度的依次增加的假定而提出的) 用H2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2氣體組成三對(duì)比值法來判斷變壓器故障性質(zhì)。對(duì)相同的比值范圍，三對(duì)比值以不同的編碼表示，并將這些編碼組合分析，即可對(duì)故障情況按程度進(jìn)行分類，作出判斷。2.4.5 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成氣相色譜法5是目前應(yīng)用較廣的分析方法之一，它在石油、輕工、食物及環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，長期的運(yùn)行實(shí)踐證明了利用氣相色譜法分析變

49、壓器內(nèi)部故障的有效性。隨著自動(dòng)化技術(shù)、選擇性檢測(cè)器的應(yīng)用、新型色譜柱的研制，氣相色譜分析方法正在朝更高靈敏度、更高選擇性、更方便快捷的方向發(fā)展。然而，大多應(yīng)用場合仍需要人工干預(yù)，已實(shí)現(xiàn)在線色譜檢測(cè)的領(lǐng)域非常有限，這與氣體自動(dòng)萃取、儀器所使用的惡劣環(huán)境影響檢測(cè)精度等問題有很大的關(guān)系。以變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，為了完全替代常規(guī)的人工檢測(cè)方法，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按圖224所示的方式構(gòu)成。圖2.24色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成由圖224可以看出以往需由人工從變壓器取油樣，并在試驗(yàn)室進(jìn)行脫氣處理的過程可以利用色譜數(shù)據(jù)采集器中的油氣分離裝置完成。色譜數(shù)據(jù)的處理過程原來是由人工確定基線，現(xiàn)也由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器自動(dòng)完成。

50、2.4.6 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要具備以下功能：1)可同時(shí)自動(dòng)定量分析變壓器油中溶解的H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2和H2O以及各自的增長率；2)可以選擇數(shù)據(jù)報(bào)表、趨勢(shì)圖及直方圖等多種顯示方式；3)具有設(shè)備故障診斷及報(bào)警功能；4)具有故障發(fā)展趨勢(shì)分析功能；5)具有網(wǎng)絡(luò)功能。 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。在線監(jiān)測(cè)的基本原則是：能夠?qū)崟r(shí)、自動(dòng)、穩(wěn)定地對(duì)變壓器油中溶解氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成安全隱患，同時(shí)要適應(yīng)環(huán)境的變化。業(yè)界對(duì)色譜在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)基本上達(dá)成以下幾點(diǎn)共識(shí)：1

51、)高效、準(zhǔn)確的油氣分離，以真實(shí)的反映油中溶解氣體的含量和變化速度；2)自動(dòng)、智能的色譜數(shù)據(jù)處理方法，以獲取準(zhǔn)確的氣體濃度信息；3)穩(wěn)定的環(huán)境適應(yīng)能力，以適應(yīng)室外不同氣象條件下的在線監(jiān)測(cè)。2.4.8 色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作流程圖如圖2-25所示，系統(tǒng)在微處理器控制下進(jìn)行熱油冷卻、油中溶解氣體萃取、流路切換與清洗、柱箱與檢測(cè)器溫度控制、樣氣的定量與進(jìn)樣、基線的自動(dòng)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集與處理、定量分析與故障診斷等分析流程。變壓器油在內(nèi)置一體式油泵作用下進(jìn)入油氣分離裝置，分離出變壓器油中的溶解氣體，經(jīng)過油氣分離后的變壓器油流回變壓器油箱，萃取出來的氣體在內(nèi)置微型氣泵的作用下進(jìn)入

52、電磁六通閥的定量管中。定量管中的氣體在載氣作用下進(jìn)入色譜柱，然后檢測(cè)器按氣體流出色譜柱的順序分別將六組分氣體變換成電壓信號(hào)。色譜數(shù)據(jù)采集器將采集到的氣體濃度電壓量通過通訊總線上傳給安裝在主控室的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)儀器的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，計(jì)算出各組分和總烴的含量以及各自的增長率。油中溶解水分由單獨(dú)的傳感器檢測(cè)，將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。最后由故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)變壓器進(jìn)行故障分析，從而實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)。圖2.25 變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程圖3 變壓器在線監(jiān)測(cè)故障診斷3.1 變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性是推廣及應(yīng)用的關(guān)鍵，其中既有技術(shù)問題，也有制造工藝

53、的問題。1）元器件的老化：在線監(jiān)測(cè)裝置所用的元器件種類多，特別是電子元器件在現(xiàn)場惡劣環(huán)境下運(yùn)行，在電力系統(tǒng)過電壓、 短路故障等沖擊作用下易于損壞。 如前臺(tái)機(jī)(含傳感器及輔助電路元器件)直接安裝在設(shè)備上或附近，不僅環(huán)境因素復(fù)雜，而且連續(xù)高溫或大范圍的溫度變化對(duì)元器件的壽命和穩(wěn)定性影響很大。后臺(tái)工控機(jī)質(zhì)量不高，沖擊負(fù)荷對(duì)主板電路和控制器件的危害很強(qiáng)，死機(jī)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。2）電磁兼容性：雖然研究者和制造商們花了很大的力氣研究防電磁干擾的問題， 但從目前的技術(shù)水平看， 就在線監(jiān)測(cè)本體而言， 采用硬件與軟件結(jié)合、 以軟為主的主導(dǎo)思想對(duì)解決從強(qiáng)電磁場干擾信號(hào)完全淹沒中提取微弱在線監(jiān)測(cè)信號(hào)已有諸多的措施，在實(shí)

54、驗(yàn)室已經(jīng)可以做到非常高的精度。但問題在于對(duì)不同變電站的干擾源及其傳播路徑需要作出對(duì)應(yīng)的分析，并采取相應(yīng)的措施。 因此，需要在總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 制定相應(yīng)的出廠和安裝完后交接時(shí)的電磁兼容性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。3）現(xiàn)場維護(hù)：由于在線監(jiān)測(cè)的傳感器及前置放大器等輔助器件， 在長時(shí)間復(fù)雜而惡劣環(huán)境中運(yùn)行后， 電子器件因老化而使相應(yīng)特性及靈敏度發(fā)生變化，光敏、氣敏等傳感器件敏感性降低，機(jī)構(gòu)部件不靈等，都會(huì)使檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，需要定期重新設(shè)置標(biāo)定、檢修或更新。 因此，在線監(jiān)測(cè)裝置廠商需要給出可靠的免維護(hù)時(shí)間或更換周期， 需要建立自己產(chǎn)品分布的信息管理網(wǎng)站和高水平的快速反映維護(hù)隊(duì)伍， 用戶也要有從事在線監(jiān)測(cè)裝置維修與檢測(cè)的專職工程師。3.2 變壓器在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化由于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及裝置還處于研發(fā)階段，監(jiān)測(cè)的技術(shù)、方法和診斷軟件都在不斷完善和改進(jìn)，加之市場競爭導(dǎo)致相互溝通少，