變壓器故障分析及診斷研究 (1)

1、變壓器故障分析及診斷研究變壓器故障分析及診斷研究摘 要變壓器是電力系統(tǒng)中極重要的一部分，其運(yùn)轉(zhuǎn)是否安全、穩(wěn)定、可靠都將直接影響著電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行的過程中，發(fā)生故障在所難免，因此對(duì)于變壓器潛伏性的故障要及時(shí)預(yù)測(cè)，從而確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文介紹了變壓器常見故障及其成因的分析，以及目前常用的一些診斷方法，其中重點(diǎn)闡述了DGA和HPLC兩種方法，它們是如今應(yīng)用較廣且較為常見的檢測(cè)診斷手段。除此之外，運(yùn)用了MATLAB對(duì)區(qū)內(nèi)區(qū)外故障進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其做出了相應(yīng)的分析。關(guān)鍵詞：變壓器 故障分析 故障診斷 ITransformer Fault Analysis and Diag

2、nosisAbstractThe transformer is a very important part in the power system,and its operation is safe,stable and reliable,which will directly affect the operation of the power system.In the process of transformer running over a long period of time,failure is inevitable,so we need to do transformer lat

3、ent fault forecast in time,so as to guarantee the safe operation of transformer.This paper introduces the general fault of transformer and the analysis of the causes, as well as some commonly used diagnostic methods at present, the two focused on DGA and HPLC methods, they are widely used now and mo

4、re common diagnostic testing tools.In addition, using MATLAB to areas outside the fault simulation experiment was carried out, and make the corresponding analysis.Key Words: transformer failure analysis fault diagnosis III目 錄摘 要IAbstractII目 錄III圖清單IV表清單IV1緒論11.1研究背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)11.3 本文主要內(nèi)容32 變

5、壓器常見故障及原因分析42.1 短路故障42.2放電故障42.3 絕緣故障63變壓器故障的診斷方法研究83.1 變壓器故障油中氣體色譜檢測(cè)技術(shù)83.2 電力變壓器絕緣老化檢測(cè)技術(shù)103.3 電力變壓器局部放電故障檢測(cè)技術(shù)113.4電力變壓器有載分接開關(guān)檢測(cè)技術(shù)124 變壓器仿真134.1 仿真變壓器空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流134.2 仿真變壓器外部故障175 結(jié)論236 致謝24參考文獻(xiàn)25圖清單圖序號(hào)圖名稱頁(yè)碼圖4-1變壓器模型圖4-2示波器模塊圖4-3模型窗口參數(shù)圖4-4變壓器參數(shù)圖4-5EM參數(shù)設(shè)置圖4-6UM參數(shù)設(shè)置圖4-7空載合閘后的三相勵(lì)磁波形圖4-8變壓器區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障模型圖4-9運(yùn)算

6、和示波器模塊圖4-10模型窗口參數(shù)設(shè)置圖4-11EM參數(shù)設(shè)置圖4-12QF1參數(shù)設(shè)置圖4-13區(qū)內(nèi)故障波形圖4-14區(qū)外故障波形表清單表序號(hào)表名稱頁(yè)碼表2-1運(yùn)行變壓器的性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)7表3-1 氣體成分含量與故障類型的關(guān)系9表3-2 改良三比值法的編碼規(guī)則10表3-3 改良三比值法故障類型的判斷11表3-4 變壓器油中糖醛含量參考值12VI1緒論1.1研究背景及意義隨著時(shí)代的發(fā)展與科技的進(jìn)步，我國(guó)國(guó)民生活水平指數(shù)日益上升，從而對(duì)電力的需求量也逐漸增加。因此，解決電力需求量這一問題迫在眉睫。電力需求量推動(dòng)著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的發(fā)展，大容量、超高壓已經(jīng)成為如今電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。變壓器是電網(wǎng)中不可或缺的

7、一部分，其具有電壓變換、電氣隔離、穩(wěn)壓及電能傳輸?shù)淖饔茫虼?，它的正常運(yùn)行將會(huì)保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、可靠的運(yùn)行。隨著工業(yè)發(fā)展的加快與人口增長(zhǎng)直線上升，我國(guó)的用電需求也在不斷的提高，所以對(duì)同階段配備的電力設(shè)備的要求也越來越高，變壓器發(fā)生故障的可能性也越來越大；除此之外，由于變壓器受制造材料、規(guī)格、環(huán)境等因素的影響，其運(yùn)行狀態(tài)就變得比較復(fù)雜且難以確定。如果變壓器發(fā)生故障，情況稍稍嚴(yán)重一些就會(huì)造成部分電力系統(tǒng)的癱瘓，從而大大影響了工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活。2001年，由于變壓器絕緣老化嚴(yán)重而造成電網(wǎng)公司非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)多至216次；據(jù)相關(guān)部門指標(biāo)，雖然近幾年我國(guó)的供電可靠率已經(jīng)挺高了，但與歐

8、美國(guó)家99.99%的供電可靠率仍存在著一定的差距。因此，為了保證工業(yè)發(fā)展和人們的日常生活，我們必須不斷的深入研究，對(duì)變壓器進(jìn)行故障分析進(jìn)行匯總，并根據(jù)相應(yīng)的故障進(jìn)行診斷研究，提高自身素養(yǎng)，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在遇到突發(fā)事件時(shí)，能夠盡早檢測(cè)并了解出變壓器中的潛伏性故障，從而提升變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)目前，世界各國(guó)各地對(duì)變壓器故障診斷的方法多種多樣，但歸根結(jié)底，可分為兩大類。其一是傳統(tǒng)方法，該方法包括變壓器的預(yù)防性電氣試驗(yàn)和特征氣體判別法，及其給予特征氣體的比值法；其二則是較為智能的方法，類似模糊邏輯方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、支持向量機(jī)和遺傳算法等。以下是對(duì)于上述兩種診斷

9、方法的具體介紹。1.2.1 變壓器故障診斷傳統(tǒng)方法及其研究現(xiàn)狀（1）變壓器預(yù)防性電氣試驗(yàn)預(yù)防性試驗(yàn)是確保電網(wǎng)可靠運(yùn)行的有效方法之一，是電力設(shè)備正常運(yùn)行和維護(hù)工作中的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，主要包括繞組直流電阻的檢測(cè)、線圈絕緣的吸收比、絕緣油檢測(cè)、色譜的分析和鐵芯絕緣電阻的檢測(cè)等。（2）特征氣體判別法判斷變壓器故障類型時(shí)常常還會(huì)采用特征氣體判別法。變壓器在出現(xiàn)故障時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生、等特殊氣體，這些氣體遇到變壓器油會(huì)發(fā)生溶解。因此，可以根據(jù)油中溶解的氣體種類和含量判斷出故障類型，但氣體量很少的時(shí)候，不太會(huì)使用這種方法。（3）基于特征氣體的比值法此處所說的比值法主要包括三比值法、四比值法、改良的三比值

10、法、無編碼比值法等。它們的判據(jù)簡(jiǎn)單明了，但有一定的局限性，只能判斷單一的問題，多種故障問題疊加在一起時(shí)就無法做出準(zhǔn)確判斷，因此使用的并不多。1.2.2 變壓器故障診斷智能方法及其研究現(xiàn)狀（1） 模糊邏輯方法由于故障征兆與原因之間的關(guān)系難以確定，模糊邏輯方法便很好的利用了這一點(diǎn)來進(jìn)行故障診斷，它建立在邏輯運(yùn)算、模糊關(guān)系以及模糊理論的基礎(chǔ)上1。文獻(xiàn)2中的變壓器故障診斷是基于模糊數(shù)學(xué)和概率論的，它建立在故障特點(diǎn)和故障發(fā)生前的預(yù)兆之間存在的因果關(guān)系上，使模型的診斷結(jié)果更加精準(zhǔn)。文獻(xiàn)Error! Reference source not found.中變壓器的故障診斷是基于三對(duì)比值法模糊隸屬度函數(shù)的，它

11、解決了區(qū)間劃分時(shí)，原有的三比值法因?yàn)檫吔琰c(diǎn)的不確定性而導(dǎo)致的誤判問題，這樣可以提高診斷的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)3將模糊模式識(shí)別與氣相色譜結(jié)合在一起進(jìn)行故障診斷，得到了同樣的效果。文獻(xiàn)5基于變壓器各部件的診斷，運(yùn)用模糊理論來搭建診斷模型，而且舉例證實(shí)該模型的實(shí)用性。（2） 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)結(jié)合了如今大熱的AI和PC技術(shù)，運(yùn)用專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)推理，然后進(jìn)行模擬做出決策。近年來，這一方法得到了迅速的發(fā)展，有效地解決了單一方法診斷時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)的局限性。文獻(xiàn)6將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊理論相結(jié)合，構(gòu)造了一個(gè)專家系統(tǒng)，使得故障診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確。但是，這種方法診斷的結(jié)果并不能完全確定，畢竟專家們的知識(shí)獲取、表述很難做到完全一致

12、。（3） 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)是人類大腦處理信息的快速化以及高度的集成化，將神經(jīng)節(jié)點(diǎn)互相關(guān)聯(lián)，然后用來處理信息，這種方法具有并行處理、學(xué)習(xí)和記憶、非線性映射和自適應(yīng)能力等特點(diǎn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理是基于一種非線性映射，而變壓器故障所產(chǎn)生的特征氣體與故障類型剛好與之相符，所以，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用到變壓器故障診斷中。在國(guó)外，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于故障診斷的實(shí)用性越來越高，效果普遍較好。（4） 支持向量機(jī)支持向量機(jī)就是通常所說的SVM，SVM是當(dāng)今社會(huì)較為先進(jìn)的一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，能夠有效解決變壓器故障問題。它最開始是用來解決模式識(shí)別這方面問題的，經(jīng)過研究者的學(xué)習(xí)和探索，才得以應(yīng)用到解決變壓器

13、故障的領(lǐng)域。SVM在處理變壓器采集到的數(shù)據(jù)和技術(shù)樣本時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)，其原因是在樣本數(shù)量很少時(shí)，SVM具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能快速對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類并且提高對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算能力，這一點(diǎn)在解決變壓器問題上極為方便。（5）遺傳算法遺傳算法基于生物進(jìn)化理論，它能夠進(jìn)行全局搜索，特別是解決全局優(yōu)化的問題。它常常會(huì)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起來解決變壓器的故障診斷問題，能夠有效提高診斷的速度和精度。1.3 本文主要內(nèi)容本文主要介紹變壓器常見故障類型及原因分析，變壓器故障的診斷方法研究，同時(shí)運(yùn)用了MATLAB對(duì)變壓器故障進(jìn)行仿真。具體安排如下：第1章 介紹本論文的研究背景和意義，闡述國(guó)內(nèi)外變壓器故障與診斷的發(fā)展現(xiàn)狀。第2章

14、介紹變壓器常見故障及原因分析。第3章 介紹變壓器故障的診斷方法研究。第4章 利用MATLAB搭建變壓器區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的模型，通過對(duì)波形的分析驗(yàn)證已知結(jié)論的正確性。最后進(jìn)行總結(jié)，概括說明了本文的情況和價(jià)值，闡明了其優(yōu)點(diǎn)，并指出了存在的問題和改進(jìn)方向。2 變壓器常見故障及原因分析油浸式變壓器發(fā)生的故障不外乎油箱內(nèi)部外部?jī)煞N。在變壓器油箱的內(nèi)部發(fā)生的各種故障就是內(nèi)部故障，而在變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障就是外部故障。本章會(huì)具體闡述現(xiàn)在較為常見的變壓器故障，并會(huì)對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析說明。2.1 短路故障此處所說的短路故障指的是在變壓器出口處由于各種原因而發(fā)生的短路，下面會(huì)進(jìn)行具

15、體論述。1短路電流引起絕緣過熱故障 變壓器在正常運(yùn)行過程中，如果突然出現(xiàn)了短路問題，繞組中會(huì)流過很大的短路電流，其值約為額定值的數(shù)十倍，隨后會(huì)散發(fā)很多熱量，使變壓器溫度升高。如果此時(shí)變壓器的性能不夠穩(wěn)定的話，變壓器的絕緣材料就會(huì)受到影響，輕則影響絕緣性能，重則發(fā)生擊穿事故。單相接地短路、兩相接地短路、兩相短路和三相短路都是如今較常見的出口短路形式，其中，三相短路的短路電流是最大。2短路電動(dòng)力引起繞組變形故障 變壓器在運(yùn)行中發(fā)生短路時(shí)，如果短路電流很小，電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置便會(huì)正確動(dòng)作從而保護(hù)電路，此時(shí)繞組會(huì)發(fā)生輕微的形變；相反的，短路電流很大的話繼電保護(hù)不能立即動(dòng)作，此時(shí)繞組會(huì)嚴(yán)重變形，甚

16、至有所損壞8。繞組發(fā)生輕微變形時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行檢修，不然的話，受短路電流長(zhǎng)期影響，在一次又一次的沖擊下也會(huì)損壞變壓器。因此，為了提高變壓器抗短路能力，需要診斷繞組變形程度、制訂合理的變壓器檢修周期。 分析發(fā)生故障或事故的變壓器可知，繞組變形會(huì)直接引起變壓器故障。如果變壓器發(fā)生了嚴(yán)重變形，但是由于沒有檢測(cè)到而處于持續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)，很有可能引發(fā)事故，比如說停電，嚴(yán)重的話會(huì)使得變壓器燒毀。引起繞組變形的原因多種多樣，比如繞組機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，或者是不能承受內(nèi)部和外部的沖擊力，其中電動(dòng)力的影響最大。2.2放電故障發(fā)生放電故障時(shí)，放電的能量大小會(huì)有所不同，所以便有了局部放電、火花放電和高能量放電。2.2.

17、1變壓器局部放電故障局部放電的定義為在電壓作用下，絕緣內(nèi)部氣隙、油膜或者導(dǎo)體邊緣發(fā)生的非貫穿性的放電現(xiàn)象10。它初期是一種低能量的放電，由于變壓器中主要的絕緣介質(zhì)是氣體和油，依據(jù)這點(diǎn)來劃分，有氣泡局部放電和油中局部放電；除了絕緣介質(zhì)不同外，絕緣部位也會(huì)有所不同，所以它又可以分為電極尖端、油角間隙、固體絕緣中空穴等局部放電。由于放電能量大小并不相同，產(chǎn)生的氣體也會(huì)有所不同。目前，電測(cè)法、超聲測(cè)法、化學(xué)測(cè)法是比較常見的測(cè)量局部放電的方法。2.2.2變壓器火花放電故障當(dāng)放電能量密度10-6 C數(shù)量級(jí)時(shí)，變壓器會(huì)發(fā)生火花放電。它的起因有兩種，一是懸浮電位，另一則是油中雜質(zhì)。下面會(huì)對(duì)其進(jìn)行具體闡釋：（1

18、）懸浮電位引起的火花放電：電網(wǎng)中的某些設(shè)備，它們的部分金屬結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過程中可能就存在一定的問題，再加上設(shè)備的運(yùn)輸還有長(zhǎng)期機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，極有可能會(huì)接觸不良，失去接地，從而處于在高、低壓電極之間，此處對(duì)地的電位就是懸浮電位。這種部件四周存在著密集的場(chǎng)強(qiáng)，附近的固體介質(zhì)會(huì)因此而燒壞或是炭化，絕緣油分解出大量特征氣體。懸浮放電有可能發(fā)生在處于高電位的金屬部件，也有可能發(fā)生在處于低電位的部件。（2）油中雜質(zhì)引起的火花放電：油中存在雜質(zhì)而引起火花放電故障的概率要比懸浮電位大得多，此處所說的雜質(zhì)是指水分、纖維質(zhì)等。根據(jù)相關(guān)資料可知，水的介電常數(shù)要比變壓器油大得多。在電場(chǎng)中，最先發(fā)生極化現(xiàn)象的是油中的雜質(zhì)，這些雜

19、質(zhì)在電場(chǎng)力的吸引下會(huì)往電極的方向靠近，并且有序排列，又因?yàn)槠渑帕蟹绞筋愃朴跇?，故而稱之為雜質(zhì)“小橋”，其介電常數(shù)大于變壓器油，導(dǎo)電率也比變壓器油好，油中的電場(chǎng)會(huì)因此而畸變。同樣的，油中的電場(chǎng)會(huì)因?yàn)槔w維較大的介電常數(shù)而變大，此時(shí)的變壓器油在場(chǎng)強(qiáng)作用下處于游離狀態(tài)，在此狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生氣體，從而又導(dǎo)致大量氣泡的產(chǎn)生，由于這些氣泡的存在，油的游離更加厲害，就這樣一直循環(huán)，變壓器油箱中便含有大量的氣泡和油，氣泡會(huì)形成氣體通道，油分子之間因此存在間隙，這種情況下很容易發(fā)生火花放電。由此可見，在電壓較低的情況下有可能發(fā)生火花放電故障。按理來說，火花放電故障是比較容易被發(fā)現(xiàn)的，處理起來也相對(duì)容易，但是需要時(shí)刻注

20、意它的發(fā)展程度，以免發(fā)生絕緣擊穿。2.2.3變壓器電弧放電故障電弧放電又可稱為高能量放電，它產(chǎn)生的能量密度很大。目前常見的電弧放電有對(duì)地閃絡(luò)、繞組匝層間絕緣擊穿等。電弧放電故障時(shí)，由于能量高度集中，會(huì)迅速產(chǎn)生氣體，氣體又會(huì)導(dǎo)致放電，大量的電子便會(huì)形成電子崩，并且會(huì)以此形式對(duì)電介質(zhì)進(jìn)行沖擊，固體紙絕緣無法承受這樣的沖擊便會(huì)被燒壞，金屬材料同樣會(huì)受其影響而有所損傷，故障嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒損設(shè)備，甚至引起爆炸事故，因?yàn)殡y以預(yù)測(cè)，所以常常會(huì)突然爆發(fā)。綜合上述三種放電故障可以看出，它們之間既有聯(lián)系又有區(qū)別。區(qū)別是故障發(fā)生時(shí)，三者放電的能量密度有所不同，除此之外，它們產(chǎn)生的氣體成分種類和多少也不相同。聯(lián)系則是火

21、花放電和電弧放電是從局部放電發(fā)展而來的，它們之間有著一定的因果關(guān)系。變壓器發(fā)生的故障并不是瞬間的，而是慢慢發(fā)展而來的，所以通常一個(gè)時(shí)刻內(nèi)存在著好幾種故障，但也不排除只有一種故障的情況。因此，我們需要根據(jù)具體情況然后做出相應(yīng)的判斷。2.3 絕緣故障2.3.1固體紙絕緣故障絕緣墊、絕緣綁扎帶、絕緣卷、絕緣板、絕緣紙等構(gòu)成了固體紙絕緣，油浸式變壓器最不能缺少的就是固體紙絕緣。它主要由纖維素構(gòu)成，其中為纖維素的聚合度。新紙的通常是一千三百左右，當(dāng)變?yōu)槎傥迨笥視r(shí)，它的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)大大降低，大概低于新紙的一半，當(dāng)為150200時(shí)則表示紙極度老化。絕緣紙老化后，會(huì)生成水、一氧化碳、二氧化碳，其次還有糠醛。

22、這些大多會(huì)損傷電氣設(shè)備，甚至腐蝕設(shè)備中的金屬材料。纖維材料長(zhǎng)期使用后，難免會(huì)出現(xiàn)聚合度下降、收縮或是脆裂的情況，這些都會(huì)導(dǎo)致紙纖維劣化。固體絕緣的老化不可逆轉(zhuǎn)，絕緣材料的壽命決定了變壓器的使用年限，因此在對(duì)變壓器進(jìn)行選擇時(shí)，要從多方面考慮，不僅機(jī)械性能要好，還得考慮其電絕緣性，除此之外還得有良好的老化特性。2.3.2液體油絕緣故障液體絕緣指的是變壓器油絕緣。如今使用的油浸式變壓器，基本具備以下特點(diǎn)：電氣絕緣強(qiáng)度高，設(shè)備的體積小質(zhì)量輕；熱傳遞性和散熱能力好，具有較高的冷卻降溫水平；變壓器內(nèi)部氧化速度慢，使用壽命長(zhǎng)。變壓器油是有一定要求的，除了眾所周知的傳熱能力以及絕緣性能要求良好外，還需達(dá)到如表

23、2-1所示的標(biāo)準(zhǔn)：通常變壓器中的絕緣油是將石油一步一步提取煉制而得到的，但是制取得到的絕緣油并不是純凈的，還含有很多雜質(zhì)，除去雜質(zhì)主要成分為各種碳?xì)浠衔铩渲?、酸等，這些成分均具有不穩(wěn)定性，在外部因素的影響下不斷發(fā)生氧化。絕緣油的氧化過程一般來說比較緩慢，如果好好維護(hù)可以使用二十年且不老化，但油中通常會(huì)混入金屬、雜質(zhì)、氣體等，這些都會(huì)加快油的氧化速度，使油劣化。 變壓器油質(zhì)在發(fā)生改變的過程中會(huì)經(jīng)歷污染和劣化兩個(gè)階段。變壓器油會(huì)因?yàn)榛烊肓怂趾碗s質(zhì)而被污染，但它與油的氧化毫無關(guān)系。油受到污染后首先會(huì)受到影響的就是絕緣性能，它會(huì)有所降低，同樣會(huì)有所降低的是油的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，而此時(shí)的介質(zhì)損失角則會(huì)變大

24、。油發(fā)生氧化后很快就會(huì)到劣化階段，此處的氧化除了指純凈的油中碳?xì)浠衔锇l(fā)生的氧化反應(yīng)，還有油中的雜質(zhì)導(dǎo)致的氧化反應(yīng)速率急劇上升的情況，此處所說的雜質(zhì)主要是一些金屬粉屑。如今使用的全封閉式變壓器其實(shí)并不能達(dá)到理想狀態(tài)，它的內(nèi)部仍然存在著極少量的氧，氧特別容易溶解，所以它在油溶解的氣體中占比很高。3變壓器故障的診斷方法研究3.1 變壓器故障油中氣體色譜檢測(cè)技術(shù)3.1.1 DGA技術(shù)分析現(xiàn)如今，在變壓器診斷故障的過程中，某些局部故障和發(fā)熱缺陷若只是靠電氣試驗(yàn)的方法通常很難發(fā)覺。大量故障診斷的實(shí)踐證明，如果想更快更好地發(fā)現(xiàn)變壓器的異常，使用DGA的方法是一個(gè)很好的選擇，除此之外，DGA還能針對(duì)故障的發(fā)

25、展程度做出相應(yīng)的判斷及挽救措施。 當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，任一烴類氣體的產(chǎn)生速率都會(huì)隨之變化，當(dāng)溫度一定時(shí)，某一氣體的產(chǎn)生速率可能會(huì)達(dá)到最大值，這就是油色譜分析的原理。溫度升高的過程中，產(chǎn)生速率最快的的氣體依次為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔。這說明了在故障溫度與溶解氣體含量有關(guān)。油浸紙絕緣故障特征氣體產(chǎn)生的主要原因是局部過熱、電暈和電弧。變壓器油和固體絕緣在整個(gè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中會(huì)發(fā)生老化、變質(zhì)的情況，并且分解出少量氣體。表3-1展示的便是變壓器發(fā)生故障時(shí)，氣體成分以及含量的變化。由上表可以看出，油中氣體成分的變化及其變化程度大小取決于故障的類型和程度。所以在變壓器運(yùn)行過程中，我們每隔一段時(shí)間固定期限就要對(duì)

26、油中溶解的氣體成分和含量進(jìn)行測(cè)量，此類操作能夠讓我們盡早發(fā)現(xiàn)油浸式變壓器中潛伏的故障，并據(jù)此做出相應(yīng)的措施。利用DGA的數(shù)據(jù)來診斷變壓器內(nèi)部故障類型時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)，要對(duì)氣體產(chǎn)生的原因及種類變化進(jìn)行分析匯總；第二點(diǎn)，要判斷變壓器中是否存在故障，若存在則需弄清故障的類型；第三，要對(duì)故障的狀況進(jìn)行判斷；最后應(yīng)提出與之相對(duì)應(yīng)的處理措施。3.1.2 基于DGA變壓器故障類型的判斷1. 特征氣體法特征氣體法是根據(jù)產(chǎn)生氣體特征的不同來進(jìn)行判斷的。如果產(chǎn)生的氣體中總烴含量不高的話，說明此時(shí)不是局部放電故障就是低能放電故障。做進(jìn)一步分析，如果氫氣含量超過，且甲烷含量也較高的話，則說明此時(shí)是局部放電

27、故障，在這種情況下，產(chǎn)生的氣體中還有少量的乙烯和乙烷。如果總烴中大部分是乙炔，氫烴中大部分是氫氣且含有少部分乙烯和乙烷的話，則表明出現(xiàn)了低能放電故障。如果產(chǎn)生的氣體中總烴含量高的話，則是高能放電故障或是過熱故障。高能放電故障時(shí)，產(chǎn)生的氫氣含量高，乙炔更是占了總烴的絕大多數(shù)。過熱故障又有三種，它們所產(chǎn)生的氣體有一個(gè)共同點(diǎn)，即總烴中含有大量的甲烷和乙烯。而它們的區(qū)別在于，低溫過熱時(shí)甲烷的含量相較于乙烯來說更多一些，而乙炔的含量微乎其微甚至沒有；中溫過熱時(shí)甲烷含量是氫氣的好幾倍，乙烷通常含量要少于乙烯；高溫過熱時(shí)乙烷的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于乙烯，乙炔含量不超過乙烯含量的百分之十。2. 改良三比值法現(xiàn)階段所使用

28、的改良三比值法，相較于之前所使用的三比值法以及四比值法，判斷故障的準(zhǔn)確率更高，能夠達(dá)到百分之八十以上。表3-2和表3-3分別展示了編碼規(guī)則和故障類型判斷的判斷方法。3.2 電力變壓器絕緣老化檢測(cè)技術(shù)變壓器固體絕緣的主要成分纖維素老化后會(huì)生成部分無機(jī)物和有機(jī)物，無機(jī)物主要包括一氧化碳和二氧化碳，有機(jī)物則是糠醛，所以可以通過測(cè)量該無機(jī)物以及有機(jī)物的含量和絕緣紙的聚合度等方法，并查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對(duì)變壓器絕緣老化缺陷進(jìn)行診斷。由于纖維素是絕緣紙的主要構(gòu)成部分，而其大分子是葡萄糖基單體聚合，這便是測(cè)量油中糠醛濃度的依據(jù)。當(dāng)絕緣紙發(fā)生老化時(shí)，纖維素進(jìn)行了這樣的一個(gè)變化過程：葡萄糖聚合物在高溫、水解和氧化

29、的影響下會(huì)發(fā)生解聚，這樣便會(huì)生成葡萄糖單糖，但是它并不穩(wěn)定，會(huì)繼續(xù)水解，這樣便得到了很多氧環(huán)化合物。糠醛就是其中一種主要成分，它能夠在絕緣油中溶解。在一些外部因素的影響下，將發(fā)生裂解，此時(shí)便會(huì)得到糠醛，它是主要特征液體。高效液相色譜法又可稱為HPLC，是High Performance Liquid Chromatography的縮寫。根據(jù)HPLC來測(cè)定油中糠醛的含量，將診斷結(jié)果分為以下三類：第一類，如果已知存在內(nèi)部故障，那么可以判斷它是否與固體絕緣有關(guān)；第二類，是否產(chǎn)生了低溫過熱現(xiàn)象，且存在絕緣局部老化的情況；第三類，可以對(duì)設(shè)備絕緣老化的老化程度做出判斷。利用HPLC測(cè)出油中糠醛的含量，從測(cè)

30、量結(jié)果可以推斷出絕緣紙的是否老化以及老化的情況，另外，可以根據(jù)糠醛的產(chǎn)生速率進(jìn)一步推斷老化速率?？啡┓治龅膬?yōu)點(diǎn)有：提取樣本的方法較為簡(jiǎn)單，樣本的所需量少，保存也較方便；分析過程中變壓器不需要停電；樣本不會(huì)輕易散失；糠醛并不是油老化得到的產(chǎn)物。它的缺點(diǎn)是，在對(duì)油進(jìn)行處理時(shí)，如脫氣或者再生處理，糠醛有部分會(huì)損失，不過損失較小。在進(jìn)行糠醛含量檢測(cè)時(shí)，可以根據(jù)表3-4作出相應(yīng)判斷。如果糠醛含量超過表中的數(shù)據(jù)，則視為其老化速度有問題，因此必須連續(xù)檢測(cè)，并且注意糠醛含量的增長(zhǎng)率。 當(dāng)糠醛量樣本值大于4時(shí)，表明絕緣老化嚴(yán)重，此時(shí)需檢測(cè)絕緣紙的聚合度，然后進(jìn)行綜合判斷。不過，不同的研究有不同的觀點(diǎn)，有研究表明

31、，當(dāng)糠醛量為1-2時(shí)，絕緣便劣化嚴(yán)重；而超過3.5時(shí)，變壓器絕緣已經(jīng)不起作用。通過對(duì)絕緣紙的聚合度的測(cè)量可以推斷出變壓器的剩余使用壽命，這種方法很早就得以應(yīng)用。紙聚合度的大小決定了其劣化程度，在溫度、水分、氧化作用下，會(huì)發(fā)生降解，大分子斷裂，葡萄糖單體的數(shù)量也會(huì)隨之減少，這里的葡萄糖單體數(shù)量即紙的聚合度。3.3 電力變壓器局部放電故障檢測(cè)技術(shù)變壓器局部放電檢測(cè)技術(shù)包含多種方式，最常用的是感應(yīng)加壓方式，通常來說，試驗(yàn)電壓高于變壓器額定電壓，電源頻率常取150250Hz，這樣可以防止鐵芯出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象。局部放電信號(hào)有兩種引出方法：一種是從高壓套管的末屏引出，另一種考慮到?jīng)]有末屏的情況，用耦合電容器

32、代替。將被測(cè)阻抗與測(cè)試儀器相連，測(cè)試儀器上會(huì)顯現(xiàn)出其放電量，將此值與校正的放電量進(jìn)行比較，就可以知道局部放電的放電量。新標(biāo)準(zhǔn)中將延長(zhǎng)局部放電試驗(yàn)中電壓的持續(xù)時(shí)間，同時(shí)增加了短時(shí)工頻感應(yīng)試驗(yàn)電壓。局部放電測(cè)試包含多種方法，主要采用的是電氣法和超聲波法。在使用電氣法時(shí)，我們要依據(jù)相關(guān)規(guī)定，對(duì)測(cè)試點(diǎn)加壓，使變壓器整體絕緣處于高壓作用下，這樣才能暴露放電缺陷。超聲波法是一種新型試驗(yàn)手段，它可以幫助確定放電的位置，不過目前的測(cè)試儀器的性能以及技術(shù)有限，放電量的具體數(shù)值很難確定，故應(yīng)用范圍較小。只有牢記實(shí)驗(yàn)的方法步驟以及判斷的依據(jù)，并且熟知變壓器的結(jié)構(gòu)，才能得到準(zhǔn)確的診斷結(jié)果。并且，這樣有利于初步故障分析

33、后更快地找出哪一部分發(fā)生了故障，然后針對(duì)故障部位做出相應(yīng)的措施。在進(jìn)行故障部位檢測(cè)時(shí)，首先檢查變壓器附件，確定其是否存在故障。若沒有故障，我們則可以進(jìn)行下一步檢查，檢查變壓器本體和分接開關(guān)是否存在故障。此時(shí)我們可以使用的檢查方法有放油進(jìn)箱和吊罩檢查兩種。這兩種方法各有優(yōu)勢(shì)，用放油進(jìn)箱檢查的方法省時(shí)省力，相較吊罩檢查而言，是檢查的不二選擇；但是該方法也存在缺點(diǎn)，該方法需要進(jìn)箱檢查人員技術(shù)具有很高的素質(zhì)，且足夠細(xì)心，檢查部位夠全面。3.4電力變壓器有載分接開關(guān)檢測(cè)技術(shù)目前，有載調(diào)壓變壓器在多個(gè)領(lǐng)域得以應(yīng)用，為使有載調(diào)壓變壓器的運(yùn)行更加穩(wěn)定，對(duì)于有載分接開關(guān)我們要做到勤檢測(cè)、常維護(hù)、快檢修。有載分接

34、開關(guān)的組成部分有選擇開關(guān)、切換開關(guān)和過度限流裝置。選擇開關(guān)可以選擇變壓器調(diào)壓分接頭；切換開關(guān)是為了在帶負(fù)載的情況下進(jìn)行切換從而達(dá)到調(diào)壓的目的；切換開關(guān)工作時(shí)，過渡電抗或電阻會(huì)在觸頭斷開的一瞬間接入到過渡限流裝置中，來達(dá)到限流的目的，從而阻止短路的發(fā)生。過渡電抗器安裝位置較為局限，正常放置在變壓器油箱內(nèi)部，如果可以跨橋使用的話，其調(diào)壓級(jí)數(shù)便能夠增加，不過由于電抗器長(zhǎng)期接電，耗電量教大，又難以熄弧，所以逐漸被體積小且質(zhì)量輕的電阻式所代替。有載分接開關(guān)檢測(cè)以及故障修復(fù)后需要進(jìn)行幾個(gè)試驗(yàn)：檢測(cè)觸頭接觸壓力；測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)力矩；檢測(cè)觸頭接觸電阻；檢查開關(guān)動(dòng)作順序、分離角；外施耐壓試驗(yàn)；檢測(cè)過渡時(shí)間與三相同期。

35、144 變壓器仿真本文的模型建立在有雙測(cè)電源的雙繞組變壓器上，如圖4-1所示： 圖4-1 變壓器模型4.1 仿真變壓器空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流為了方便觀察，可增加一個(gè)示波器模塊，如圖4-2所示：圖4-2 示波器模塊4.1.1 仿真參數(shù)設(shè)置模型窗口參數(shù)設(shè)置如圖4-3：圖4-3 模型窗口參數(shù)三相電源EM參數(shù)設(shè)置如圖4-4所示，EN和EM相位相差10，其他設(shè)置相同。圖4-4 EM參數(shù)設(shè)置變壓器采用三相兩繞組模型，選擇飽和鐵芯，參數(shù)設(shè)置如圖4-5所示：圖4-5 變壓器參數(shù)UM參數(shù)設(shè)置如圖4-6所示，UN參數(shù)與UM一樣，它們相當(dāng)于電壓電流互感器，UN的輸出信號(hào)需改為“Vabc_N”，“Iabc_N”。圖4-6

36、 UM參數(shù)設(shè)置三相斷路器QF1和QF2控制變壓器是否投入，F(xiàn)ault1為系統(tǒng)中的故障模塊。在進(jìn)行仿真時(shí)，改變的是仿真時(shí)間設(shè)置，其他設(shè)置均為默認(rèn)。4.1.2 仿真波形通過模型仿真變壓器空載合閘時(shí)，將QF1的切換時(shí)間設(shè)為0s，仿真時(shí)間設(shè)為0.5s，仿真算法為0de23t。QF2與Fault1的切換時(shí)間設(shè)為1s，確保其不動(dòng)作，電源EM初相位設(shè)為0，運(yùn)行仿真，得到波形圖如4-7所示，其中，從上到下依次為，。 圖4-7 空載合閘后的三相勵(lì)磁波形觀察波形可知：剛開始時(shí)具有很大的非周期分量，時(shí)間軸一側(cè)有較大的涌流；波形之間存在間斷；大量高次諧波也出現(xiàn)在勵(lì)磁涌流中。4.2 仿真變壓器外部故障4.2.1 仿真模

37、型圖如圖4-8所示，變壓器聯(lián)結(jié)方式為Yd11，其中UM、UN為測(cè)量模塊，互感器中接收的是高低側(cè)的電流、電壓量，F(xiàn)ault為三相故障模塊，改變Fault參數(shù)設(shè)置可以仿真不同的短路情況。Fault1在UM、UN之間，可以模擬相間短路以及單相接地短路故障。Fault2 在UM、UN之外，模擬的是區(qū)外故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況。圖4-8 變壓器區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障模型為了觀察生成的波形圖并判斷區(qū)內(nèi)、外故障，在仿真圖中加了動(dòng)作電流、制動(dòng)電流運(yùn)算和示波器模塊。如圖4-9所示，流入示波器的電流從上至下依次為，：圖4-9 運(yùn)算和示波器模塊4.2.2 仿真參數(shù)設(shè)置及波形變壓器參數(shù)不變，UM、UN參數(shù)不變。其他參數(shù)設(shè)置如下：模型窗口參數(shù)設(shè)置如圖4-10：圖4-10 模型窗口