配電變壓器狀態(tài)檢修與監(jiān)測

1、配電變壓器狀態(tài)檢修與監(jiān)測摘要電網(wǎng)運行的經(jīng)驗表明，變壓器的故障率較高，且容量越大、電壓等級越高，故障率越高。配電變壓器是輸配電網(wǎng)中極為重要的樞紐設(shè)備，其運行的狀態(tài)和性能如何，直接關(guān)系到電網(wǎng)的可靠性與安全性。本文以配電變壓器狀態(tài)檢修與監(jiān)測為研究對象，詳細闡述了配電變壓器在線檢修和監(jiān)測的重要意義，并根據(jù)實際情況分析了配電變壓器發(fā)生故障類型，根據(jù)故障的類型，探討了配電變壓器狀態(tài)檢修技術(shù)，對我國電網(wǎng)安全與穩(wěn)定的維護具有重要的實際意義。關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；變壓器；狀態(tài)檢修AbstractExperience shows that grid operation, the transformer failure r

2、ate is higher, and the greater the capacity, the higher the voltage level, the higher failure rate. Distribution transformers in the transmission and distribution network is extremely important hub device status and performance of its operation have a direct relationship to the reliability and secur

3、ity of the grid. In this paper, the state of maintenance and monitoring of distribution transformers for the study, elaborated on the importance of online distribution transformer maintenance and monitoring, and analysis of the actual situation of the type distribution transformer failure, depending

4、 on the type of failure, discusses the distribution transformer condition-based maintenance technology has important practical significance for China's power grid security and stability maintenance.Keywords: Grid; transformer; condition-based maintenance目錄摘要1Abstract2第一章 狀態(tài)檢修的基本原理41.1 狀態(tài)檢修的基本概念4

5、1.2 設(shè)備失效機理41.3 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷61.4 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測61.4.1 離線狀態(tài)監(jiān)測61.4.2在線狀態(tài)監(jiān)測6第二章 變壓器故障檢測82.1 變壓器常見故障類型82.1.1短路故障82.1.2 放電故障82.1.3 絕緣故障92.1.4 鐵芯故障92.2變壓器故障診斷方法92.2.1 特征氣體判斷法92.2.2三比值法102.3 變壓器的在線監(jiān)測11第三章 變壓器狀態(tài)檢修實例12第四章 總結(jié)13參考文獻14致謝15第一章 狀態(tài)檢修的基本原理1.1 狀態(tài)檢修的基本概念檢修的概念是為了保持或者恢復(fù)設(shè)備的原始功能所進行的作業(yè)行為，其目的是為了延長設(shè)備的使用壽命。對設(shè)備進行及時的檢

6、修有助于發(fā)揮充分發(fā)揮設(shè)備的性能，延長設(shè)備的使用壽命，從而取得更多的經(jīng)濟效益。根據(jù)歐盟 EN13306 標準，狀態(tài)檢修是根據(jù)設(shè)備性能和/參數(shù)的監(jiān)測結(jié)構(gòu)及其處理措施進行的預(yù)防檢修。從中可以看出，所謂狀態(tài)檢修就是企業(yè)以安全、環(huán)境、經(jīng)濟與效益為基礎(chǔ)，利用智能傳感網(wǎng)絡(luò)和通信平臺實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測和信息共享，通過風(fēng)險評估、檢修決策和高級應(yīng)用開發(fā)等技術(shù)手段，達到設(shè)備運行安全可靠、作業(yè)管理智能化、企業(yè)效益最優(yōu)化的一種檢修策略。1.2 設(shè)備失效機理工程系統(tǒng)發(fā)生的設(shè)備失效一般是由一種或幾種特定原因相互作用引起的。設(shè)備的失效除了來自于制造商對用戶需求和期望的忽視和/或輕視、設(shè)計不當(dāng)、物料選擇與管理不當(dāng)或物料組合

7、不當(dāng)、制造或組裝工藝不當(dāng)、缺乏適當(dāng)?shù)募夹g(shù)、用戶使用不當(dāng)和產(chǎn)品質(zhì)量失控等原因外，另一個重要的原因就是隨著設(shè)備使用時間的增長，其內(nèi)部逐漸的老化。一般認為設(shè)備的失效是一種二元狀態(tài)，即正常或損壞；然而大多數(shù)實際失效要比這復(fù)雜得多。通常設(shè)備的失效是作用在系統(tǒng)上或系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)力和系統(tǒng)的材料/組件交互作用綜合體的結(jié)果。交互作用涉及到的每個變量通常認為是隨機的，因此，要正確地理解系統(tǒng)可靠性，就需要充分理解材料/組件對應(yīng)力的響應(yīng)，以及每個變量的可變性。通常，失效機理被概括分為過應(yīng)力機理和磨損機理。而當(dāng)設(shè)備失效時伴隨而來的就是設(shè)備發(fā)生重大或輕微的故障，逐步影響設(shè)備的使用情況，從而降低系統(tǒng)運行的可靠性。由設(shè)備失效引起

8、的故障形態(tài)由內(nèi)因和外因構(gòu)成，內(nèi)因一般是由于設(shè)備自身的原因造成，如設(shè)計缺陷、制造工藝等原因所組成，外因一般由動作應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力、人為失誤以及時間因素等所組成。電力設(shè)備一般不會在瞬間發(fā)生故障，只有在功能退化到潛在故障 P 點以后才逐步發(fā)展成能夠探測到的故障，若潛在故障沒有檢測到和采用相應(yīng)的措施，通常會加快設(shè)備的老化，直到達到功能故障的 F 點而發(fā)生事故，如圖 1-1 所示。圖 1-1 電力設(shè)備失效規(guī)律（P-F 曲線）設(shè)備故障由設(shè)備的失效所引發(fā)，因而可以根據(jù)設(shè)備的各個失效階段來對設(shè)備故障進行研究。對設(shè)備進行良好的狀態(tài)檢修即是以此為基礎(chǔ)而實現(xiàn)的。通常，設(shè)備失效分為三個階段，如圖 1-2 所示：圖1-2

9、常規(guī)隨運行時間變化的故障率曲線早期失效期：在這個時期，設(shè)備的壽命損耗程度相對穩(wěn)定，此時所發(fā)生的設(shè)備失效一般是由于外部環(huán)境、人為操作失誤、設(shè)備處于磨合期等原因所造成。這時，如果能改善設(shè)備運行環(huán)境、運行人員按章操作將在一定程度上降低設(shè)備發(fā)生失效的概率。偶發(fā)失效期：這個時間設(shè)備處于穩(wěn)定運行階段，設(shè)備的壽命損耗程度低，失效率低且穩(wěn)定，幾乎近似為常數(shù)，所以不太可能采取技術(shù)措施來降低失效率，這個時期是設(shè)備運行最良好的一段過程，因此發(fā)生失效的概率較小。損耗失效期：隨著設(shè)備運行時間的增長，設(shè)備經(jīng)過長時間的運行，內(nèi)部損耗較為嚴重，設(shè)備的壽命損耗程度上升，特點是失效率隨著時間的推移而呈上升趨勢，是設(shè)備故障的多發(fā)時

10、期，也是設(shè)備進行檢修的重要時期。1.3 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷設(shè)備故障診斷由狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、狀態(tài)預(yù)測、安全保障和維修決策等環(huán)節(jié)組成（圖 1-3）。作為設(shè)備故障診斷的主要環(huán)節(jié)，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是一個有機整體。同時，狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷的基礎(chǔ)、先決條件及必要手段，故障診斷是綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息進行決策的部分。對設(shè)備進行狀態(tài)檢修依賴于先進傳感測量技術(shù)、智能化通信網(wǎng)絡(luò)和狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，而設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)是狀態(tài)維修的基礎(chǔ)和根據(jù)。鑒于本文的研究內(nèi)容，重點介紹一下狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)。圖 1-3 設(shè)備故障診斷的主要環(huán)節(jié)1.4 設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測的要求，狀態(tài)監(jiān)測可分為離線狀態(tài)監(jiān)測和在線狀態(tài)

11、監(jiān)測。下面就對這兩種狀態(tài)監(jiān)測的定義及優(yōu)缺點進行簡單介紹。1.4.1 離線狀態(tài)監(jiān)測傳統(tǒng)的設(shè)備管理方法之一是對設(shè)備進行離線狀態(tài)監(jiān)測，也是以前使用最多最重要的方式。所謂離線狀態(tài)監(jiān)測就是通過對運行中的設(shè)備或停止運行的設(shè)備定期進行規(guī)定項目的檢查，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題和隱患對其進行維護或維修。離線狀態(tài)監(jiān)測具有投資小、監(jiān)測面寬、設(shè)備相對簡單、使用方面、地設(shè)備影響小、適合小型系統(tǒng)和設(shè)備等優(yōu)點，但反映相對遲鈍、數(shù)據(jù)整理麻煩并且數(shù)據(jù)不全、必須另外配備分析系統(tǒng)等不足之處。長期以來，離線狀態(tài)監(jiān)測對于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題起到良好的效果，而且其價格較低，便于攜帶，為企業(yè)節(jié)省了大量的投資。1.4.2在線狀態(tài)監(jiān)測在線狀態(tài)監(jiān)測主要

12、是通過裝在生產(chǎn)線和設(shè)備上的各類監(jiān)測儀表，對生產(chǎn)及設(shè)備狀況進行連續(xù)自動檢測。設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)對設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測，不受設(shè)備運行情況和時間的限制，可以隨時檢測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，一旦設(shè)備出現(xiàn)缺陷，能及時發(fā)現(xiàn)并跟蹤檢測、處理，對保證設(shè)備安全運行具有重要的意義。在設(shè)備運行狀態(tài)下對設(shè)備參數(shù)進行檢測，檢測結(jié)果符合實際情況，更加真實和全面。可根據(jù)設(shè)備缺陷的發(fā)展和變化來確定檢修項目、內(nèi)容和時間，檢修目的明確，針對性更強，有目的地進行維修，可提高維修水平，使設(shè)備運行更安全、可靠。以上可以看出在線狀態(tài)監(jiān)測具有實時性強、真實性高、針對性強等優(yōu)點，但其建設(shè)成本較高，現(xiàn)在仍處于推廣期。第二章 變壓器故障檢測2.1 變壓器常見

13、故障類型2.1.1短路故障變壓器短路故障主要指變壓器出口短路以及內(nèi)部引線或繞組間對地短路、及相與相之間發(fā)生的短路而導(dǎo)致的故障。變壓器正常運行中由于受出口短路故障的影響,遭受損壞的情況較為嚴重,變壓器低壓出口短路時形成的故障一般要更換繞組,嚴重時可能要更換全部繞組,造成十分嚴重的后果和損失。通過檢查發(fā)生故障或事故的變壓器和進行事后分析,發(fā)現(xiàn)電力變壓器繞組變形是誘發(fā)多種故障和事故的直接原因。一旦變壓器繞組已嚴重變形而未被診斷出來仍繼續(xù)運行,則極有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生,輕者造成停電,重者將可能燒毀變壓器。致使繞組變形的原因,主要是繞組機械結(jié)構(gòu)強度不足、繞制工藝粗糙、承受正常容許的短路電流沖擊能力和外部

14、機械沖擊能力差。因此變壓器繞組變形主要是受到內(nèi)部電動力和外部機械力的影響,而電動力的影響最為突出,如變壓器出口短路形成的短路沖擊電流及產(chǎn)生的電動力將使繞組扭曲、變形甚至崩潰。2.1.2 放電故障放電對絕緣有兩種破壞作用。一種是由于放電質(zhì)點直接轟擊絕緣,使局部絕緣受到破壞并逐步擴大,使絕緣擊穿。另一種是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)作用,使局部絕緣受到腐蝕,介質(zhì)損耗增大,最后導(dǎo)致熱擊穿。根據(jù)放電的能量密度的大小,變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電。放電故障可以分為局部放電故障、火花放電故障、電弧放電故障三種類型。(1)變壓器局部放電故障在電壓的作用下,絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的

15、氣隙、油膜或?qū)w的邊緣發(fā)生非貫穿性的放電現(xiàn)稱為局部放電。(2)變壓器火花放電故障發(fā)生火花放電時放電能量密度大于10-6C的數(shù)量級。（3）變壓器電弧放電故障電弧放電是高能量放電,常以繞組匝層間絕緣擊穿為多見,其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障。綜上所述,三種放電的形式既有區(qū)別又有一定的聯(lián)系,區(qū)別是指放電能級和產(chǎn)氣組分,聯(lián)系是指局部放電是其他兩種放電的前兆,而后者又是前者發(fā)展后的一種必然結(jié)果。由于變壓器內(nèi)出現(xiàn)的故障,常處于逐步發(fā)展的狀態(tài),同時大多不是單一類型的故障,往往是種類型伴隨著另一種類型,或幾種類型同時出現(xiàn),因此,更需要認真分析,具體對待。2.1.3 絕緣故障電力變壓器的絕緣即是變

16、壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng),它是變壓器正常運行的基本條件,變壓器的使用壽命是由絕緣材料(即油紙或樹脂等)的壽命決定的。實踐證明,大多變壓器的損壞和故障都是因絕緣系統(tǒng)的損壞而造成。油浸變壓器中,主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木板等。變壓器絕緣的老化,就是這些材料受環(huán)境因素的影響發(fā)生分解,減低或喪失了絕緣強度。2.1.4 鐵芯故障電力變壓器正常運行時,鐵芯必須有一點可靠接地。若沒有接地,則鐵芯對地的懸浮電壓,會造成鐵芯對地斷續(xù)性擊穿放電,鐵屑一點接地后消除了形成鐵芯懸浮電位的可能,但當(dāng)鐵芯出現(xiàn)兩點以上接地時,鐵芯間的不均勻電位就會在接地點之間形成環(huán)流,并造成鐵芯多點接地發(fā)熱故障

17、。鐵芯接地故障會造成鐵芯局部過熱,嚴重時,鐵芯局部溫升增加,輕瓦斯動作,甚至將會造成重瓦斯動作而跳閘的事故。2.2變壓器故障診斷方法變壓器存在異常情況時，應(yīng)及時對其故障類型作出判斷，經(jīng)過多年的研究，相關(guān)學(xué)者開發(fā)了多種變壓器故障診斷方法。如 IEEE 57.104-1991 判斷法、LCIE 判斷法、氣體圖形法、坐標法、特征氣體法、IEC 三比值法等。限于實際應(yīng)用及篇幅問題，本節(jié)主要闡述特征氣體法、IEC 三比值法兩種方法。2.2.1 特征氣體判斷法特征氣體法主要是根據(jù)變壓器內(nèi)部氣體含量來判斷變壓器故障類型。由于通過對變壓器的分析可以找出反映內(nèi)部故障引起的油、紙絕緣等的熱分解本體，同時，氣體的類

18、型及氣體含量與變壓器故障類型、故障能量、絕緣材料等有關(guān)，不同的氣體類型及含量可以反映不同的故障性質(zhì)。由故障點產(chǎn)生的特征氣體與故障源之間的大致關(guān)系如表2-1所示。表 2-1 判斷故障性質(zhì)的特征氣體法故障性質(zhì)特征氣體的特點一般過熱性故障總烴較高，C2H2<5×10-6嚴重過熱性故障總烴較高，C2H2>5×10-6但未構(gòu)成總烴主要成分;總烴較高，H2較高局部放電總烴不高，H2>10×10-6, CH4 占烴中的主要成分火花放電 總烴不高，C2H2>10×10-6,H2較高電弧放電總烴高，C2H2高，H2含量高根據(jù)725287-GB變壓器

19、油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則中關(guān)于運行中變壓器油中溶解氣體含量的有關(guān)規(guī)定，當(dāng)油中總烴超過150 ppm, H2超過150 ppm, C2H2超過(調(diào)整符號的格式)150 ppm時要對運行中的變壓器特別注意。由于特征氣體判斷法對故障性質(zhì)有較強的針對性，并且使用起來比較方便，直觀有效，因而被大量應(yīng)用。2.2.2三比值法在實際運行中發(fā)現(xiàn)，對于不同溫度下的平衡壓力，某些特定碳氫氣體的析出速率會隨溫度的不同而發(fā)生變化，同時每種氣體在不同的溫度下達到其最大析出速率，在特定溫度下各類氣體的相對析出速率也是固定的。經(jīng)過多年的研究和測量發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，析出速率達到最大值的次序依次為： H2、CH4、C2 H6

20、、C2 H4和C2 H2。根據(jù)這一理論，隨溫度的變化，故障點產(chǎn)生的各氣體組分間的相對比例是不同的。在725287-GB變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則和IEC在1978年頒布的IEC599-1978有關(guān)變壓器DGA故障診斷的標準采用選擇5種特征氣體的三個相對比例C2 H2 / C2 H4 . CH4 / H2 .幾札/幾凡進行故障診斷。修改后的比值法將己知故障按從早期故障到重大故障的順序做了合理的安排，此后，IEC三比值法一直是利用DGA結(jié)果對充油電力設(shè)備進行故障診斷的最基本的方法，其編碼規(guī)則和對應(yīng)的故障類別如表2-2 .表2-3所示。表 2-2 IEC 三比值法編碼規(guī)則氣體比值范圍比值范圍的

21、編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6.10100.1000121222表 2-3 IEC 三比值法故障類型判斷表編碼組合故障類型判斷編號C2H2/C2H4CH4/H2C2H2/C2H6000低溫過熱（低于 100）120低溫過熱（150300）221中溫過熱（300700）30,1,22高溫過熱（高于 700）4110局部放電50,10,1,2低能放電6220,1,2低能放電兼過熱70,10,1,2電弧放電82.3 變壓器的在線監(jiān)測電力變壓器是輸電和配電網(wǎng)絡(luò)中最重要的設(shè)備。傳統(tǒng)收集狀態(tài)信息的方法是檢查外觀、高壓電氣試驗、繼電保護等方式，但這些方法只能在事故過后才能獲得狀態(tài)信息。

22、隨著變壓器現(xiàn)代維修技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了狀態(tài)監(jiān)測，打破了傳統(tǒng)方式收集變壓器信息的局限性。目前通過變壓器在線監(jiān)測來獲得變壓器的信息數(shù)據(jù)。變壓器在線監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)越性在于以微處理技術(shù)為核心，具有標準程序軟件，可將傳感器、數(shù)據(jù)收集硬件、通信系統(tǒng)和分析功能綜合為一體，有效彌補了傳統(tǒng)方法的不足。對變壓器進行在線監(jiān)測可以更全面的反映變壓器的運行狀況，及早捕捉變壓器早期故障的征兆，從而使運行和管理人員更容易掌握變壓器的運行現(xiàn)狀。目前國內(nèi)有關(guān)變壓器的在線監(jiān)測主要有油中溶氣在線監(jiān)測、變壓器油色譜在線監(jiān)測、變壓器繞組熱點和變形在線監(jiān)測、變壓器油中微水在線監(jiān)測、變壓器漏油在線監(jiān)測、局部放電在線監(jiān)測、紅外監(jiān)測等。第三章 變

23、壓器狀態(tài)檢修實例以一臺110kV變壓器（型號SF-SZ8- 31500/110，2003年2月投運）為例，經(jīng)檢測，油色譜試驗發(fā)現(xiàn)總烴超標，經(jīng)三比值法分析結(jié)果判斷為700以上高溫，根據(jù)上一章所述表2-1、2-3進行分析，判斷變壓器為可疑狀態(tài)。有關(guān)跟蹤分析數(shù)據(jù)見表3-1：表3-1 某變壓器色譜分析數(shù)據(jù)L/L取樣時間氫氣甲烷乙烷乙炔乙烯總烴2013.05.2539.7148.9610239.2449.22013.05.2950134.269.40244.9448.52013.08.2151.5204.881.90289.7576.52013.09.2064.1196.490.60296.6583.6

24、2013.10.221.4915.336.96100.8152.8立即進行跟蹤分析兩次，總烴增長緩慢，無繼續(xù)發(fā)展。對鐵心、夾件絕緣進行試驗檢查，發(fā)現(xiàn)鐵心和夾件之間絕緣電阻為0，用萬用表測只有6（正常情況下為絕緣狀態(tài)）。變壓器過熱為鐵心和夾件之間的循環(huán)電流發(fā)熱所致，由于變壓器鐵心和夾件分別引出，采用鉗型電流表測量環(huán)流為800mA，經(jīng)分析認為此變壓器狀態(tài)發(fā)生了變化，轉(zhuǎn)為可靠性下降狀態(tài)。鐵心和夾件之間發(fā)生短接的原因可能為雜質(zhì)短路。2013年8月20日，利用電容放電法對該變壓器鐵心和夾件進行了沖擊放電處理，以斷開鐵心與夾件之間的短接物質(zhì)。經(jīng)放電沖擊處理后，變壓器鐵心和夾件之間絕緣恢復(fù)到2000M。變壓

25、器試運行后，鐵心與夾件之間的環(huán)流僅為0.4mA。經(jīng)繼續(xù)跟蹤，變壓器油色譜分析總烴穩(wěn)定，不再增長。說明變壓器內(nèi)部缺陷消除，狀態(tài)恢復(fù)為可疑狀態(tài)。2013年10月20日對變壓器油進行了濾油再生處理，油中總烴基本滿足標準要求，變壓器轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)。第四章 總結(jié)隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，電力需求必將繼續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭，而當(dāng)前電力建設(shè)滯后、設(shè)備老化、新技術(shù)更新較慢等問題必將進一步阻礙電力事業(yè)的發(fā)展，電力行業(yè)面臨著設(shè)備利用率低、運行成本高、系統(tǒng)安全運行風(fēng)險系數(shù)高等問題。作為解決這些問題的方法之一就是加強電力設(shè)備的安全運行。而這就需要電力工作者能夠及時準備的掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，從而對設(shè)備進行安全生產(chǎn)管理。變壓器作為電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，對其進行在線監(jiān)測及故障診斷從而實現(xiàn)對其的狀態(tài)檢修就顯得至關(guān)重要。因此利用在線監(jiān)測技術(shù)對變壓器在線運行狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)視，準確診斷其早期的潛伏性故障，可以有效對變壓器進行管理，實現(xiàn)變壓器的狀態(tài)檢修。目前遂溪供電局對變壓器的檢修策略是故障檢修和定期檢修，因而缺乏合理性，浪費了大量的人力、財力、物力，嚴重影響著企業(yè)效益。論文對變壓器的狀態(tài)檢修體制進行了研究，具體的研究和工作內(nèi)容安排如下：分析狀態(tài)檢修的基本原理，并探討了變壓器常見的故障并分析