電力變壓器的故障診斷分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上學(xué)號(hào)_ 密級(jí)_ 大學(xué)本科畢業(yè)論文電力變壓器的故障診斷分析院（系）名 稱：專 業(yè) 名 稱 ： 學(xué) 生 姓 名 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 二一一年十月專心-專注-專業(yè)鄭 重 申 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN UNIVERSIT

2、YPower transformer fault diagnosisand analysisCollege ：Subject ：Name ：Director ： Oct 2011目錄摘 要5第一章電力變壓器故障檢測(cè)緒論71.1造成變壓器故障的原因71.2變壓器故障的種類8第二章電力變壓器故障檢測(cè)的現(xiàn)狀9第三章目前電力變壓器故障檢測(cè)存在的問(wèn)題. 11第四章電力變壓器故障診斷的方法124.1油中溶解氣體分析法124.1.1單項(xiàng)成分超標(biāo)分析法134.1.2特征氣體色譜的分析和判斷134.2 在線檢測(cè)技術(shù)144.2.1 局部放電在線監(jiān)測(cè)154.2.1油中氣體含量的在線監(jiān)測(cè)164.4.3繞組故障的在線監(jiān)

3、測(cè)174.3 建立完備的變壓器歷史資料庫(kù).18結(jié)束語(yǔ)20參考文獻(xiàn).21致謝.22摘 要 電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，它一旦發(fā)生事故，則所需的修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，造成的影響也比較嚴(yán)重。隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力變壓器的單機(jī)容量和安裝容量隨之不斷增加，電壓等級(jí)也在不斷地提高。一般而言，容量越大，電壓等級(jí)越高，變壓器故障造成的損失也就越大。本文主要研究了電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題，并對(duì)電力變壓器的相關(guān)故障診斷方法進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：電力變壓器；故障；診斷AbstractPower transformer is an important equip

4、ment in power system, it once an accident occurs, the required repair time is longer, the effect is more serious. With the rapid development of power industry, expanding the scale of power grids, power transformer capacity and installed capacity increases ceaselessly subsequently, voltage levels are

5、 also continuously improve. Generally speaking, the larger capacity, higher voltage levels, the transformer fault caused by loss is bigger. This paper mainly studies the power transformer condition monitoring and fault diagnosis of the status quo and the existing problems, and for power transformer

6、fault diagnosis related methods are analyzed.Keyword: Power transformer; fault diagnosis第一章 電力變壓器故障檢測(cè)緒論電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，它一旦發(fā)生事故，則所需的修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，造成的影響也比較嚴(yán)重1。隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力變壓器的單機(jī)容量和安裝容量隨之不斷增加，電壓等級(jí)也在不斷地提高。一般而言，容量越大，電壓等級(jí)越高，變壓器故障造成的損失也就越大。近年來(lái)，電力變壓器雖然由于材料的改進(jìn)、設(shè)計(jì)方法和制造技術(shù)的提高，運(yùn)行可靠率有所提高，但仍會(huì)發(fā)生料想不到的事故。1

7、.1造成變壓器故障的原因主要可以分為如下幾種:l)選用材料或安裝不當(dāng)包括絕緣等級(jí)選擇錯(cuò)誤，電壓分接頭選擇不當(dāng)以及保護(hù)繼電器、斷路器不完善等。2)制造質(zhì)量不好由于選取的制造材料(導(dǎo)電材料、磁性材料、絕緣材料等)不好，或是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不合理，工藝水平不高，造成變壓器發(fā)生故障。3)運(yùn)行、維護(hù)不當(dāng)由于操作不當(dāng)或其他故障造成變壓器過(guò)負(fù)荷，或者檢修維護(hù)時(shí)造成連接松動(dòng)，甚至使異物進(jìn)入變壓器，都會(huì)使變壓器發(fā)生故障。4)異常電壓主要是雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。過(guò)電壓的作用時(shí)間雖然很短，但是過(guò)電壓的數(shù)值卻大大超過(guò)了變壓器的正常工作電壓，因而容易造成變壓器絕緣損壞，導(dǎo)致變壓器不能正常工作。5)絕緣老化這一方面是由于絕緣

8、材料的自然老化而造成的;另一方面，當(dāng)變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行或內(nèi)部出現(xiàn)某些異常(如局部放電、局部過(guò)熱等)時(shí)，將會(huì)加速變壓器絕緣材料的老化，從而引發(fā)故障。1.2 變壓器故障的種類按照故障發(fā)生的部位，可以大致將變壓器故障分為以下幾類:l)變壓器的內(nèi)部故障(l)繞組故障:包括絕緣擊穿、斷線、變形等;(2)鐵芯故障:包括鐵芯疊片之間絕緣損壞、接地、鐵芯的穿芯螺栓絕緣擊穿等:(3)內(nèi)部的裝配金具故障:包括焊接不良、部件脫落等;(4)電壓分接開關(guān)故障:包括分接開關(guān)接觸不良或電弧等;(5)引線接地故障:包括引接線對(duì)地閃烙、斷裂等;(6)絕緣油老化。2)變壓器的外部故障(l)油箱故障:包括焊接質(zhì)量不好、密封線圈不好等

9、;(2)附件故障:包括絕緣套管、各種繼電器的故障等;(3)其他外部裝置故障:包括冷卻裝置及控制設(shè)備的故障等。運(yùn)行的變壓器發(fā)生不同程度的故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生異常現(xiàn)象或信息。故障診斷就是搜集變壓器的異常現(xiàn)象或信息，根據(jù)這些現(xiàn)象或信息進(jìn)行分析，從而判斷故障的性質(zhì)、嚴(yán)重程度和部位。診斷故障的作用是:l)及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部故障和輕微故障，以便采取措施消除故障，防止變壓器損壞而停運(yùn)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，減少損失;2)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的問(wèn)題，為改進(jìn)運(yùn)行維護(hù)措施和修訂運(yùn)行規(guī)程提供依據(jù);3)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝提供依據(jù)。因此，加強(qiáng)對(duì)電力變壓器絕緣狀態(tài)的監(jiān)視以防事故于未然以及在事故發(fā)生時(shí)盡快確定故障的性質(zhì)及部

10、位是很有必要的。第二章 電力變壓器故障檢測(cè)的現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著大型變壓器制造水平的不斷提高，變壓器的可靠性也越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行單位的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的要求也不斷提高，鑒于傳統(tǒng)的定期維修制度及離線試驗(yàn)所暴露出來(lái)的問(wèn)題，即一方面盲目地對(duì)多數(shù)完好設(shè)備定期維修，造成人力物力浪費(fèi)，而且這種過(guò)度維修還可能引入新的故障隱患;另一方面還存在因一些產(chǎn)品性能缺陷包括絕緣缺陷未能得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢修而發(fā)展成重大故障的可能。因此，人們開始關(guān)注變壓器狀態(tài)維修的研究和應(yīng)用。7狀態(tài)維修可分為三層內(nèi)容:（1）在線監(jiān)測(cè)是狀態(tài)維修的前提和基礎(chǔ)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)，在不影響設(shè)備運(yùn)行的前提下提取各種狀態(tài)參數(shù)信息;(2)故障診斷是狀態(tài)維修

11、的核心，根據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)診斷其絕緣狀況，識(shí)別故障種類和程度;(3)維修策略的制訂是狀態(tài)維修的目標(biāo)。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，越來(lái)越多的變電站引入了變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置。目前在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括絕緣油中氣體在線監(jiān)測(cè)、局部放電在線監(jiān)測(cè)、介質(zhì)損壞因數(shù)在線監(jiān)測(cè)等。這些在線數(shù)據(jù)可以及時(shí)反映變壓器絕緣的變化，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大有很大幫助。將在線數(shù)據(jù)引入到變壓器的故障診斷中，可以極大地提高診斷的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。由于電力變壓器故障的多樣性，再加上引發(fā)這些故障的原因非常復(fù)雜且不明顯，使得要準(zhǔn)確地判斷電力變壓器故障性質(zhì)及故障發(fā)生部位變得相當(dāng)困難。目前，在變壓器故障診斷中應(yīng)用較多的是傳統(tǒng)的油中溶

12、解氣體分析法(DGA)，即通過(guò)對(duì)變壓器油中溶解氣體的分析來(lái)判斷變壓器存在的故障，國(guó)內(nèi)外眾多專家對(duì)DGA方法的研究取得了許多有價(jià)值的成果，形成了一些實(shí)用性算法，如IEC推薦的三比值法、Rogers法、Dornerburg法等，它們的共同特點(diǎn)是對(duì)變壓器油中溶解的H，、CH4、C，HZ、C:H;、C:H6、CO、CO:的比值進(jìn)行編碼，然后由相應(yīng)的編碼查出對(duì)應(yīng)的故障。為了彌補(bǔ)這些方法存在的“編碼盲點(diǎn)”問(wèn)題，一些學(xué)者又在這些方法的基礎(chǔ)上，引入專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、進(jìn)化遺傳算法等方法來(lái)對(duì)變壓器故障進(jìn)行判別，取得了一定的進(jìn)展3。DGA方法己被證明是檢測(cè)變壓器故障的一種簡(jiǎn)單有效的方法，但是，DGA

13、方法也存在一些缺陷，其作業(yè)程序復(fù)雜，人工操作不可靠，且不易及早發(fā)現(xiàn)兩次試驗(yàn)之間的故障或缺陷，它一般只能簡(jiǎn)單區(qū)分過(guò)熱、電暈放電和電弧放電故障，無(wú)法對(duì)故障的具體類型作進(jìn)一步判斷，也無(wú)法對(duì)故障的具體部位進(jìn)行準(zhǔn)確地定位，而且，由于油中氣體的累積效應(yīng)，它的準(zhǔn)確程度也不令人滿意。所以單憑DGA方法來(lái)診斷變壓器故障，很難取得滿意的結(jié)果。除了色譜試驗(yàn)以外的其他變壓器預(yù)防性試驗(yàn)也是檢測(cè)變壓器故障的重要手段。在變壓器的離線故障診斷中，預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果仍然是不可缺少的診斷依據(jù)，要準(zhǔn)確地判斷故障的具體類型以及故障發(fā)生的具體部位，必須通過(guò)預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)進(jìn)行。因此，充分利用預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)對(duì)變壓器故障進(jìn)行診斷，可以

14、得到更為詳盡的故障信息，也可以使得診斷系統(tǒng)提供的維修建議更具有針對(duì)性，彌補(bǔ)D以方法的不足，減少維護(hù)工作量，縮短變壓器重新投入運(yùn)行所需的時(shí)間。總之，電力變壓器故障診斷是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，需要綜合在線的、離線的多種檢測(cè)手段，而且變壓器故障現(xiàn)象與故障原因之間存在著密切的聯(lián)系，且是復(fù)雜模糊的，存在許多模糊性的概念難以直接由測(cè)量值判斷變壓器狀態(tài)，故可以引用模糊邏輯和多參數(shù)、多層逐步推理方法評(píng)估。結(jié)合模糊數(shù)學(xué)工具構(gòu)成模糊專家系統(tǒng)對(duì)變壓器運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合分析，判斷變壓器的運(yùn)行狀況、故障類型、故障可能部位并向運(yùn)行人員作出合適的建議。而且，隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，電力系統(tǒng)正日益成為一個(gè)密切聯(lián)系的整體，在這種趨

15、勢(shì)下，變壓器的故障診斷不應(yīng)成為一個(gè)孤立的部分，而應(yīng)當(dāng)與電力系統(tǒng)的其他部分結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和服務(wù)。第三章 目前電力變壓器故障檢測(cè)存在的問(wèn)題（一）6測(cè)試精度及其穩(wěn)定性校驗(yàn)是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)清況的復(fù)雜性，使監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法進(jìn)行校準(zhǔn)，更難跟停電試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，而且由于其監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)連續(xù)性，所以干擾信號(hào)的準(zhǔn)確判斷成為影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的重要因素。（二）傳感器的特性是在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。現(xiàn)在用量最大的傳感器是羅可斯基線圈，為了追求小信號(hào)大靈敏度多采用軟磁心，其磁性易受外界條件(如溫度、壓力、沖擊)的影響，甚至被測(cè)信號(hào)的大小不同也會(huì)影響傳感器自身的角差。所以研制高精度、高穩(wěn)定、零角差的

16、傳感器仍是一個(gè)重要的研究課題。（三）基準(zhǔn)電壓的特性將影響結(jié)果的分析。目前抽取基準(zhǔn)電壓的方法大多是從TV的二次側(cè)抽取，實(shí)踐證明，其誤差較大，同時(shí)也增加了現(xiàn)場(chǎng)安裝的復(fù)雜性。（四）8干擾問(wèn)題一直是影響在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要因素。由于高壓變電站復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，使微量信號(hào)的監(jiān)測(cè)(如局部放電，難度增加，同時(shí)偶然的強(qiáng)干擾信號(hào)(如雷電沖擊、操作沖擊)甚至?xí)苯訐魵г诰€監(jiān)測(cè)的入口電子電路。因此，在這里防干擾具有兩方面的含義:一是采用濾波器排除干擾信號(hào)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響，這就要求研究更先進(jìn)的數(shù)字濾波技術(shù)(如小波變換);二是設(shè)置靈敏的過(guò)電壓防護(hù)器件，以及采取降低千擾電平的措施和方法。（五）積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建

17、立專家系統(tǒng)和報(bào)警值以及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。由于目前運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)缺乏，所以往往使報(bào)警值無(wú)法確定，這正如預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定一樣，需要不斷總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。專家系統(tǒng)的建立則要求進(jìn)行大量的基礎(chǔ)性研究工作，如絕緣老化規(guī)律的研究，以確定多種形式的絕緣特性參數(shù)的變化與殘余擊穿電壓的關(guān)系等。第四章 電力變壓器故障診斷的方法4.1油中溶解氣體分析法正常情況下充油電氣設(shè)備內(nèi)的絕緣油及有機(jī)絕緣材料，在熱和電的作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的低分子烴類及一氧化碳、二氧化碳等氣體，這些氣體大都溶解在油中，當(dāng)存在潛伏性故障和過(guò)熱性故障時(shí)，就會(huì)加快這些氣體的產(chǎn)生速度，隨著故障發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡在油中經(jīng)對(duì)流、擴(kuò)散、不斷地溶

18、解在油中，大量的研究結(jié)果表明，變壓器油中溶解氣體的組成和含量與故障類型和故障嚴(yán)重程度有密切關(guān)系，并且與絕緣油的種類和牌號(hào)沒(méi)有關(guān)系。表1示出了不同故障類型時(shí)產(chǎn)生的氣體組。根據(jù)產(chǎn)氣組分及HZ、C氏、CZ風(fēng)、CZH:和CZH6構(gòu)成的三比值法，可以診斷出變壓器常見(jiàn)的一些故障。常用的變壓器色譜分析法就是通過(guò)對(duì)油中溶解氣體的色譜分析來(lái)診斷變壓器存在的上述故障或缺陷。國(guó)內(nèi)外普遍采用這種方法來(lái)監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，收到良好的效果，其診斷正確率可高達(dá)80%左右。因此，分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障并隨時(shí)掌握故障的發(fā)展情況。表1 不同故障類型所產(chǎn)生的氣體4.1.1單項(xiàng)成分超標(biāo)分析法1)HZ超標(biāo)

19、變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮也是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體H:含量很高。如果色譜分析發(fā)現(xiàn)H:含量超標(biāo)，而其他組分并沒(méi)有增加時(shí)，可判斷為設(shè)備含有水分。為進(jìn)一步判斷，可加做微水分析。導(dǎo)致水分分解出氫有兩種可能:一是水分和鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng);二是在高電場(chǎng)作用下水分子本身分解。設(shè)備受潮時(shí)固體絕緣材料含水量比油中含水量要大100多倍，而HZ含量高大多數(shù)是由于油紙絕緣內(nèi)含有氣體和水分，故在現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備受潮時(shí)僅靠采用真空濾油法不能長(zhǎng)久地降低設(shè)備中的含水量，原因在于真空濾油對(duì)于設(shè)備整體的水分影響不大。2)CZH:超標(biāo)C:HZ的產(chǎn)生與放電性故障有關(guān)。當(dāng)C:H:含量占主要成分且超標(biāo)時(shí)，則很可能是設(shè)備繞組短路或分接開關(guān)切換產(chǎn)

20、生弧光放電所致。另外，如果其它組分沒(méi)超標(biāo)，而CZHZ超標(biāo)且增長(zhǎng)速率較快，則可能是設(shè)備內(nèi)部存在高能量放電故障。4.1.2特征氣體色譜的分析和判斷通?？梢杂孟旅鎯煞N方法判斷設(shè)備有無(wú)故障:l)與油中溶解氣體的正常值作比較判定有無(wú)故障若氫和烴類氣體不超過(guò)表2所列的含量，則認(rèn)為電力變壓器運(yùn)行正常。表2變壓器油中溶解氣體的正常值2)根據(jù)總烴產(chǎn)氣速率判定有無(wú)故障當(dāng)總烴含量超過(guò)正常值時(shí)，應(yīng)考慮采用產(chǎn)氣速率判斷有無(wú)故障。絕對(duì)產(chǎn)氣速V:相對(duì)產(chǎn)氣速率Vr:4.1.3故障是否涉及固體絕緣的判斷當(dāng)電力變壓器內(nèi)部故障涉及固體絕緣時(shí)，無(wú)論故障性質(zhì)如何都認(rèn)為是相當(dāng)嚴(yán)重的，而且如能確定故障時(shí)是否涉及固體絕緣，也就初步確定了故障

21、部位，對(duì)變壓器檢修工作很有幫助。通常當(dāng)故障點(diǎn)涉及固體絕緣時(shí)，在故障點(diǎn)釋放能量的作用下，油紙絕緣將發(fā)生解，釋放出Co和Co:，它們的產(chǎn)生不是孤立的，必然因絕緣油的分解產(chǎn)生各種低分子烴和氫氣。9通過(guò)對(duì)變壓器連續(xù)色譜監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)相關(guān)性分析，根據(jù)故障的各特征氣體與CO和CO:含量間是否是伴隨增長(zhǎng)來(lái)判斷故障是否涉及固體絕緣，這樣可以克服傳統(tǒng)的方法即油中CO、CO:總量判斷法和CO/CO:比值法所存在的溶解氣體累積效應(yīng)的影響，同時(shí)消除測(cè)量的隨機(jī)誤差干擾。采用Pearson積矩相關(guān)11l可以分析變量間的關(guān)聯(lián)程度，衡量故障特征氣體與CO和CO:含量間增長(zhǎng)的相關(guān)性，由于CO為纖維素劣化的中間產(chǎn)物，更能反映

22、故障的發(fā)展過(guò)程，故通過(guò)對(duì)故障的主要特征氣體與CO的連續(xù)在線監(jiān)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析可判斷故障是否涉及固體絕緣。當(dāng)用DGA法確定設(shè)備內(nèi)部存在放電性故障時(shí)，可以CO與H:、C:H:的相關(guān)程度作為判斷電性故障是否與固體絕緣有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn);在過(guò)熱性故障的情況下，可以CO與CH4的相關(guān)程度作為判斷過(guò)熱性故障是否與固體絕緣有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。反過(guò)來(lái)，由固體絕緣損壞能推斷為變壓器內(nèi)部己有高能量放電或電弧放電故障存在，而這二種放電現(xiàn)象可能是導(dǎo)致繞組短路故障的主要原因之一。因此，借助油色譜分析對(duì)色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以預(yù)警變壓器內(nèi)部故障是否涉及固體絕緣。4.2在線檢測(cè)技術(shù)8目前，對(duì)于電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)都是定期進(jìn)行的，沒(méi)有考

23、慮設(shè)備的實(shí)際工作狀況，這樣，可能出現(xiàn)在設(shè)備工作狀況良好的情況下不必要的停機(jī)，又有可能出現(xiàn)在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況時(shí)得不到及時(shí)的維修。另一方面，現(xiàn)行的預(yù)防性試驗(yàn)其施加的電壓一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行電壓，因此難以暴露一些實(shí)際存在的絕緣缺陷，不能反映設(shè)備在真實(shí)運(yùn)行電壓下的絕緣性能。隨著傳感器、光纖、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用運(yùn)行電壓本身來(lái)對(duì)設(shè)備絕緣進(jìn)行不停電的在線監(jiān)測(cè)已成為可能，電力部門在越來(lái)越多地引入電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)裝置。在線監(jiān)測(cè)測(cè)得的變壓器絕緣參數(shù)更能反映設(shè)備的真實(shí)工況，而且具有快速、及時(shí)的特點(diǎn)，可以在故障開始時(shí)檢測(cè)到故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。目前比較常用的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有以下幾種:4.2.1局部

24、放電在線監(jiān)測(cè)隨著電壓等級(jí)的提高和各種有機(jī)絕緣材料的廣泛應(yīng)用，電力設(shè)備的局部放電問(wèn)題越來(lái)越突出，局部放電既是設(shè)備絕緣劣化，早期故障的征兆，又是造成絕緣劣化的重要原因，因此對(duì)局部放電進(jìn)行有效地離線或在線監(jiān)測(cè)對(duì)于電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。局部放電在線監(jiān)測(cè)所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是如何有效地識(shí)別和抑制干擾，獲得可靠的局放信號(hào)。變壓器內(nèi)部存在缺陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部放電，局部放電試驗(yàn)已被列為大型變壓器的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目，在線監(jiān)測(cè)變壓器內(nèi)部局部放電信號(hào)能及時(shí)反映其絕緣狀況和發(fā)展趨勢(shì)，是預(yù)防變壓器絕緣突發(fā)性事故的最有效手段之一。在已開發(fā)的變壓器局放在線測(cè)量裝置中，大多采用寬帶檢測(cè)系統(tǒng)獲取局放信息，人們?cè)谟布喜扇×嗽S

25、多抑制干擾的措施，但在實(shí)際應(yīng)用中效果不佳，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中局放信號(hào)的提取較為困難，由于局部放電是窄脈沖信號(hào)，頻譜范圍很寬，而外部的電暈放電、電弧放電等干擾脈沖信號(hào)，其特征與變壓器內(nèi)部局部放電信號(hào)相似，且這些脈沖型千擾和連續(xù)的周期型干擾以及白噪可能比內(nèi)部放電信號(hào)強(qiáng)得多，干擾有時(shí)比局放脈沖信號(hào)強(qiáng)23個(gè)數(shù)量級(jí)，在線情況下提取局放信號(hào)較為困難。因此，如何有效地識(shí)別和抑制干擾，獲得可靠的局放信號(hào)就成為局放在線監(jiān)測(cè)中的重要研究課題。 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，人們廣泛采取軟件抗干擾技術(shù)進(jìn)行處理，比如相關(guān)分析法、干擾自適應(yīng)抑制法、傅立葉變換等時(shí)域頻域的分析方法，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的小波分析因其具

26、有的多分辨率特性，更適合于處理具有瞬態(tài)突變特性的信號(hào)，在故障診斷技術(shù)中有很大的應(yīng)用前景。故障定位對(duì)于大型電力變壓器是重要的。局部放電的超聲定位法的原理是在變壓器油箱外壁上裝多個(gè)超聲傳感器，以其中某一路聲信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，觸發(fā)其余信號(hào)，測(cè)量同一局部放電信號(hào)傳播到各傳感器的相對(duì)時(shí)差，以等值聲速乘以時(shí)延而得到放電點(diǎn)到各傳感器的空間距離，將該組相對(duì)時(shí)差代入滿足該組傳感器幾何關(guān)系的一組方程求解，即可求得局部放電源的幾何位置。但當(dāng)放電發(fā)生在圍屏內(nèi)部時(shí)，超聲信號(hào)無(wú)法傳播到外部，則超聲法難于定位。電一聲聯(lián)合定位法以局部放電的電脈沖作為觸發(fā)基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)記錄電脈沖信號(hào)和多路超聲信號(hào)，以電信號(hào)與各超聲波信號(hào)的時(shí)差

27、作為局部放電點(diǎn)到達(dá)各傳感器的傳播時(shí)間，根據(jù)方程組算得放電位置。電氣定位法的原理是假定變壓器的等值電路在某特定頻率范圍內(nèi)是純?nèi)菪噪娐罚瑒t對(duì)于某一變壓器，此容性電路是已知的，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，其首末端電壓的比值與放電點(diǎn)位置滿足特定的函數(shù)關(guān)系，測(cè)量變壓器繞組首末端電壓，可據(jù)此求得放電點(diǎn)位置。但是目前局部放電在線監(jiān)測(cè)理論上研究的比較多，但真正要應(yīng)用到工程實(shí)踐中還需募綜合考慮復(fù)雜多變的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，某電業(yè)局投入運(yùn)行的一套變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中效果并不好。因此，局部放電在線監(jiān)測(cè)仍然具有一定的局限性，需要研究出更加切實(shí)可行的電力變壓器電氣量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。4.2.2油中氣體含量的在線監(jiān)測(cè)

28、大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究資料表明:導(dǎo)致電力變壓器事故的主要原因是其絕緣性能的劣化。幾十年來(lái)，檢測(cè)油中氣體成分和含量的氣相色譜法一直是判斷變壓器等充油設(shè)備潛伏性故障的重要手段，但是其作業(yè)程序復(fù)雜，人工操作不可靠，且不易及早發(fā)現(xiàn)兩次試驗(yàn)之間的故障或缺陷。9色譜分析相對(duì)于在線局部放電測(cè)量而言，外界電磁干擾對(duì)測(cè)量的影響要小得多。因此，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在變壓器的油中氣體在線分析和診斷方面進(jìn)行了大量的研究工作，現(xiàn)在已有廠家生產(chǎn)在線檢測(cè)6種故障特征氣體的油色譜分析儀，可安裝在變壓器附近或直接安裝在變壓器上。使用在線油色譜分析儀，在線監(jiān)視油中氣體含量的變化，應(yīng)用前面介紹的油中溶解氣體分析法并運(yùn)用專家系統(tǒng)、模糊理論等

29、人工智能技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部缺陷，預(yù)期故障的存在和發(fā)展，并能將分析結(jié)果采集后傳輸?shù)焦收暇C合診斷系統(tǒng)2。該診斷系統(tǒng)根據(jù)在線氣相色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析，可以更好地進(jìn)行故障診斷分析，提高狀態(tài)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。但此法只能定性地發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的異常，不能定位和定量地判斷故障具體部位和程度。4.2.3繞組故障的在線監(jiān)測(cè)繞組是變壓器中最重要、最復(fù)雜也是最容易出現(xiàn)故障的部件，當(dāng)變壓器在遭受短路沖擊后，往往可能造成繞組扭曲變形，其累積效應(yīng)會(huì)使變形進(jìn)一步發(fā)展;另外由于繞組絕緣損壞，會(huì)造成匝間短路甚至是相間短路。統(tǒng)計(jì)資料表明:繞組的損壞率約占整個(gè)變壓器故障的60%一70%，隨著輸電電壓越來(lái)越高，目前變壓器多

30、采用糾結(jié)式線圈，使得變壓器繞組的匝間短路故障明顯增加。電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)變壓器潛在的和現(xiàn)有的故障是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施。通常由于變壓器長(zhǎng)期受到潮濕、絕緣老化、機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械損傷等原因的影響，其繞組內(nèi)部難免會(huì)發(fā)生匝間短路故障，傳統(tǒng)的保護(hù)措施是通過(guò)整定繼電保護(hù)的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)一些尚不致于產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的匝間短路故障的診斷就無(wú)能為力。因此，如何在繼電保護(hù)動(dòng)作之前及時(shí)地檢測(cè)出這種潛伏性故障，并且進(jìn)行有針對(duì)性的維修，使故障部件在故障初期就能得到及時(shí)替換，避免變壓器非正常退出運(yùn)行就顯得非常必要。目前的變壓器在線故障診斷還不完善，其整體故障定位功能由于容易受到強(qiáng)干

31、擾而不盡人意，既然變壓器的整體故障定位實(shí)現(xiàn)起來(lái)尚有困難，那么當(dāng)繞組發(fā)生故障時(shí)，如果能夠通過(guò)繞組在線監(jiān)測(cè)而發(fā)現(xiàn)在哪個(gè)繞組上發(fā)生故障，實(shí)現(xiàn)變壓器故障部分定位，提高變壓器故障診斷的準(zhǔn)確性。大型變壓器繞組匝間短路的客觀原因是因其高電壓和大容量，使得匝間電壓較高和導(dǎo)線截面大。但匝間短路的發(fā)生一般并非由于匝絕緣的設(shè)計(jì)電氣強(qiáng)度不夠或?qū)Ь€的設(shè)計(jì)電流密度過(guò)高而發(fā)熱導(dǎo)致絕緣破壞所致，匝間短路的發(fā)生，除選用材料不當(dāng)外，多屬繞組工藝問(wèn)題，如紙包絕緣導(dǎo)線符合設(shè)計(jì)又是合格品，則匝間絕緣破壞的主要原因?yàn)楣に嚥涣?，例如紙包線污臟，紙包擦傷、繞線時(shí)夾雜外物刺破紙包或曲折使紙包層破裂等。對(duì)多根并繞的線匝，內(nèi)外層每根導(dǎo)線的電壓就不

32、相等，即使同一層也不相同。如果絕緣破壞，也會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，此環(huán)流的熱量能加速絕緣的老化，形成惡性循環(huán)。匝間絕緣不良引起的事故，事故點(diǎn)往往己被燒壞。所以怎樣在事故發(fā)生前找到匝間短路點(diǎn)至關(guān)重要。匝間短路無(wú)論發(fā)生在高壓側(cè)還是低壓側(cè)，一般出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)以及運(yùn)行后的預(yù)防性試驗(yàn)都很難發(fā)現(xiàn)。但是，匝間短路往往發(fā)生在某一相的某一繞組，匝間短路環(huán)流將造成一定的損耗，會(huì)出現(xiàn)三相損耗的不平衡，此一機(jī)理可幫助查找是否存在匝間短路以及短路在哪一相。4.3建立完備的變壓器歷史資料庫(kù)對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷時(shí)，還要考慮變壓器的背景資料信息，建立完備的變壓器背景資料庫(kù)，這對(duì)于提高變壓器故障診斷的準(zhǔn)確性具有很大的意義?，F(xiàn)行的各種變

33、壓器故障診斷方法都是對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行離散地分析，往往依據(jù)測(cè)得的變壓器實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，而對(duì)變壓器的背景資料，如變壓器的容量、電壓等級(jí)、型號(hào)、安裝地點(diǎn)、投運(yùn)時(shí)間以及維修使用情況都沒(méi)有加以重視，也幾乎不涉及變壓器運(yùn)行狀態(tài)變化的“過(guò)去”數(shù)據(jù)，極大地降低了診斷變壓器故障嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)的準(zhǔn)確性。電力變壓器的絕緣是變壓器的重要組成部分，它對(duì)變壓器的單臺(tái)極限容量和運(yùn)行可靠性具有決定性意義。變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、選用的材料等隨電壓等級(jí)、容量、型號(hào)以及生產(chǎn)工藝的不同差別很大，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)及其所使用的絕緣材料的可靠性直接影響電力變壓器的運(yùn)行可靠性。我國(guó)生產(chǎn)的電力變壓器均采用油隔板主

34、絕緣結(jié)構(gòu)，一般35kV及以下變壓器采用油和膠紙筒構(gòu)成的油隔板絕緣，1IOkV及以上的變壓器采用薄紙筒小油隙絕緣結(jié)構(gòu)形式。因此，在明確了變壓器的電壓等級(jí)、容量和型號(hào)后，它的主絕緣結(jié)構(gòu)也就確定了，這對(duì)變壓器故障機(jī)理的分析具有重要意義。另外，我國(guó)幅員遼闊，各地的環(huán)境狀況差別很大，氣壓、溫度、濕度、氧的含量、空氣的流通程度等標(biāo)志環(huán)境狀況的指標(biāo)對(duì)絕緣擊穿電壓、絕緣老化速度等絕緣性能有很大影響，例如，運(yùn)行在發(fā)電廠和變電所的變壓器其運(yùn)行條件不同，運(yùn)行在火電廠的變壓器不僅負(fù)載重，而且所處的運(yùn)行環(huán)境也較為惡劣，且冷卻條件也差;而運(yùn)行在水電廠的變壓器則情況更為復(fù)雜:一類是負(fù)載不滿且運(yùn)行環(huán)鏡較好，冷卻條件也較好;另

35、一類是運(yùn)行負(fù)載較重，且運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，散熱條件較差(如在鋼鐵廠或化工廠附近運(yùn)行)，這些運(yùn)行環(huán)境將影響變壓器的絕緣性能。因此，了解變壓器運(yùn)行時(shí)所處的工作環(huán)境及負(fù)載性質(zhì)狀況，有助于準(zhǔn)確判斷變壓器的故障性質(zhì)和故障部位。還有，變壓器發(fā)生故障損壞時(shí)，常會(huì)有一個(gè)漸變過(guò)程。變壓器的投運(yùn)時(shí)間不同，所經(jīng)歷的過(guò)電壓、過(guò)電流情況以及維護(hù)使用情況都不盡相同，故障發(fā)生的趨勢(shì)也就不同，例如，用DGA法進(jìn)行色譜分析時(shí)，由于油中氣體的產(chǎn)生與運(yùn)行檢修情況有關(guān)，如冷卻系統(tǒng)的油泵故障、油箱帶油補(bǔ)焊、油流繼電器接點(diǎn)火花、注入油本身未脫凈等。因此，若油中氣體分析認(rèn)為可能存在內(nèi)部故障時(shí)，還應(yīng)結(jié)合運(yùn)行檢修情況及外部檢查進(jìn)行綜合判斷。這樣，一記錄變壓器的投運(yùn)時(shí)間、運(yùn)行檢修及檢修工作中所發(fā)現(xiàn)的缺陷，不僅有助于準(zhǔn)確判斷其故障類型及故障發(fā)生的部位，而且可防止設(shè)備遺漏或盲目停運(yùn)所造成的浪費(fèi)。在目前各種電力變壓器故障診斷技術(shù)中，引入和加