變壓器壽命評(píng)估及故障診斷技術(shù)

1、變壓器故障診斷及壽命評(píng)估變壓器故障診斷及壽命評(píng)估主要內(nèi)容主要內(nèi)容l概述l影響變壓器壽命的因素l故障診斷方法l討論概述概述l國內(nèi)最高電壓等級(jí)1000kV，容量1000MVA*3 l根據(jù)2000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國500kV共有713臺(tái)變壓器，其中進(jìn)口變壓器386臺(tái)，壞了28臺(tái)，國產(chǎn)327臺(tái)，壞了17臺(tái) l國產(chǎn)用料足，運(yùn)行前容易出問題，后期比較穩(wěn)定。進(jìn)口技術(shù)先進(jìn)，但用料少，長期滿載運(yùn)行容易出問題。概述概述l表征變壓器故障率的盆式曲線故障率時(shí)間影響變壓器壽命的因素影響變壓器壽命的因素l過熱故障l絕緣故障l結(jié)構(gòu)件故障l組件故障過熱故障過熱故障 變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障。變壓器運(yùn)行時(shí)有空載損耗和負(fù)

2、載損耗。損耗轉(zhuǎn)化為熱量后，一部分提高了繞組、鐵芯及結(jié)構(gòu)件本身的溫度，另一部分向周圍介質(zhì)（如絕緣物、變壓器油等）散出。當(dāng)各部分的溫差達(dá)到能使產(chǎn)生的熱和散出的熱平衡時(shí)，即達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。如果發(fā)熱量過大，則會(huì)發(fā)展過熱現(xiàn)象，最后導(dǎo)致過熱故障。過熱故障過熱故障變壓器溫升限值變壓器溫升限值 變壓器絕緣的熱老化與繞組的熱點(diǎn)溫度有關(guān)，在GB/T15164油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則中規(guī)定了油浸式變壓器繞組的熱點(diǎn)溫度基準(zhǔn)值是98（對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度20），在此溫度下絕緣的相對(duì)老化率為1。在80140范圍內(nèi)，溫度每增加6K，其老化率增加一倍，即6度法則，其公式為： 根據(jù)該計(jì)算公式可以得出，變壓器在140下運(yùn)行1h，其熱老化

3、率相當(dāng)于98下運(yùn)行128h。6/ )98(2V過熱故障過熱故障過熱故障及起因過熱故障及起因 l環(huán)流或渦流在導(dǎo)體和金屬結(jié)構(gòu)件中引起的過熱l金屬部件之間接觸不良引起的過熱l散熱或冷卻效果差引起的過熱l異常運(yùn)行或誘發(fā)因素引起的過熱絕緣故障絕緣故障 變壓器絕緣系統(tǒng)式變壓器重要組成部分，為了確保變壓器的長期穩(wěn)定工作，變壓器絕緣性能必須滿足GB1094標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電、機(jī)、熱三方面性能的要求，此外還要考慮化學(xué)、老化和環(huán)境的問題。絕緣故障一旦出現(xiàn)，修復(fù)困難且修復(fù)周期長，造成的損失巨大。絕緣故障絕緣故障造成絕緣故障的原因造成絕緣故障的原因 l突發(fā)短路 l油流帶電 l溫度、濕度的影響l雜質(zhì)影響 絕緣故障絕緣故障突發(fā)

4、短路突發(fā)短路 短路事故是導(dǎo)致變壓器絕緣事故發(fā)生的主要原因之一。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB1094.5的規(guī)定，變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)的次數(shù)是三次，三次通過的變壓器合格。短路事故直接的后果是造成繞組變形，進(jìn)而引發(fā)絕緣事故。如果短路電流造成繞組溫度超過變壓器的溫度限值，絕緣材料可能老化。 絕緣故障絕緣故障油流帶電油流帶電 大容量變壓器一般都采用強(qiáng)迫油循環(huán)的冷卻方式，油流速度比較高，油和紙發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷分離，油流帶走正電荷，紙板表面留下負(fù)電荷。如果電荷發(fā)生積累現(xiàn)象，使得該部位的局部場(chǎng)強(qiáng)增加，局部放電的起始電壓降低，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。 對(duì)油流帶電的考核時(shí)將油流動(dòng)時(shí)的變壓器的局放電量值與油靜止時(shí)的量值比較，結(jié)

5、果應(yīng)該沒有明顯的差別?，F(xiàn)在執(zhí)行的考核標(biāo)準(zhǔn)是GB/T16274，在其附錄A中規(guī)定了油流靜電試驗(yàn)方法及轉(zhuǎn)動(dòng)油泵時(shí)的局放測(cè)量試驗(yàn)方法。由于油流帶電試驗(yàn)測(cè)得的電流值與結(jié)構(gòu)、材料密切相關(guān)，只能在同類變壓器的相互比較中作為判斷依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)中并沒有給出限值。絕緣故障絕緣故障溫度、濕度的影響溫度、濕度的影響 變壓器為油紙絕緣結(jié)構(gòu)，紙是變壓器主要的絕緣材料。在不同溫度下，紙中的含水量有不同的平衡曲線，溫度升高，紙中水份析出，反之相反。水份對(duì)變壓器絕緣危害很大，紙又是親水性的材料，其絕緣性能隨水份增加成指數(shù)的下降。油也是如此。 在DL/T596電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定了油和紙含水量的臨界值。雖然有關(guān)資料說明，即

6、時(shí)含水量達(dá)到4.5%，紙絕緣的擊穿電壓只下降10%，一般不會(huì)發(fā)生擊穿，但水是極性較強(qiáng)的液體，在變壓器中更容易被強(qiáng)電場(chǎng)所吸引，從而在高電場(chǎng)區(qū)域聚集較多的水分，影響絕緣系統(tǒng)安全。同時(shí)，在溫度較低的情況下，水分會(huì)析出，形成水滴或水膜，對(duì)變壓器安全運(yùn)行造成影響。絕緣故障絕緣故障雜質(zhì)影響雜質(zhì)影響 雜質(zhì)的影響主要是使絕緣的局部場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生畸變，導(dǎo)致局部放電，加速絕緣老化，最終導(dǎo)致絕緣事故發(fā)生。雜質(zhì)的影響主要有 ：l懸浮導(dǎo)體l金屬異物l雜質(zhì)結(jié)構(gòu)件故障結(jié)構(gòu)件故障 結(jié)構(gòu)件故障主要是繞組變形以及其他的連接線的松結(jié)構(gòu)件故障主要是繞組變形以及其他的連接線的松動(dòng)。連接線的松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致懸浮放電或接觸不良。繞組動(dòng)。連接線的松動(dòng)會(huì)

7、導(dǎo)致懸浮放電或接觸不良。繞組變形一般發(fā)生在短路故障的時(shí)候，在電磁力的作用下，變形一般發(fā)生在短路故障的時(shí)候，在電磁力的作用下，引起繞組損壞或引線移位。繞組變形會(huì)引起：引起繞組損壞或引線移位。繞組變形會(huì)引起：l線圈匝間短路線圈匝間短路l主絕緣強(qiáng)度降低主絕緣強(qiáng)度降低l繞組輻向或軸向失穩(wěn)繞組輻向或軸向失穩(wěn)l嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致線圈燒毀。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致線圈燒毀。組件故障組件故障l變壓器組件中，分接開關(guān)和套管的故障率最變壓器組件中，分接開關(guān)和套管的故障率最高。高。l分接開關(guān)故障主要有：動(dòng)作不到位或拒動(dòng)作，分接開關(guān)故障主要有：動(dòng)作不到位或拒動(dòng)作，動(dòng)靜觸頭接觸不良，漏油，局部放電動(dòng)靜觸頭接觸不良，漏油，局部放電l套管故

8、障主要有：套管質(zhì)量出現(xiàn)缺陷，例如套管故障主要有：套管質(zhì)量出現(xiàn)缺陷，例如密封、污穢、裂紋等，套管介損和局放超標(biāo)密封、污穢、裂紋等，套管介損和局放超標(biāo)l還有冷卻器故障，箱體漏油，油泵等組件的還有冷卻器故障，箱體漏油，油泵等組件的故障故障故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法l直流電阻直流電阻 l變比變比l絕緣電阻絕緣電阻l介損介損 l油分析l油色譜l低壓阻抗試驗(yàn) l局放試驗(yàn)故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法直流電阻直流電阻 用于判斷導(dǎo)電回路，接頭等部分的問題，例如焊接脫落、斷股、匝間短路、分接開關(guān)錯(cuò)檔跳檔掉檔等。但是無法發(fā)現(xiàn)股間短路問題，可以用負(fù)載損耗變化來發(fā)現(xiàn)。故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法直流電阻直流電阻 分接檔位阻值故障

9、檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法變比變比 用于發(fā)現(xiàn)匝間短路，短線，斷股，錯(cuò)檔，跳檔，繞組變形等問題。故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法絕緣電阻絕緣電阻 通過檢測(cè)極化指數(shù)，阻值大小。用于發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣受潮，老化等問題故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法介損介損 介損測(cè)量的量主要有電阻R和電容C，還有他們的比值tg。ltg可以發(fā)現(xiàn)絕緣的老化問題。lC和繞組的位置有關(guān)，可以發(fā)現(xiàn)繞組變形等問題lR可以發(fā)現(xiàn)受潮等問題。測(cè)試方法，介損的測(cè)量主要受到現(xiàn)場(chǎng)50Hz的工頻干擾，現(xiàn)在比價(jià)流行的是異頻法，躲開50Hz的頻率，采用45或55Hz故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法油分析試驗(yàn)油分析試驗(yàn) 試驗(yàn)項(xiàng)目有耐壓、介損、微水、顆粒度等故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法油

10、色譜試驗(yàn)油色譜試驗(yàn) 油色譜試驗(yàn)是一種通用的比較成熟的方法，通過氣體不同成分，可以比較靈敏而準(zhǔn)確的判斷故障。用于故障檢測(cè)的氣體組分主要有：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6） 、乙烯（C2H4） 、乙炔（C2H2） 、氫氣（H2） 、一氧化碳（CO） 、二氧化碳（CO2）等。 故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法油色譜試驗(yàn)油色譜試驗(yàn) l氣體含量判斷法l特征氣體判斷法lIEC三比值判斷法l故障氣體速率判斷法l回歸法 故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法特征氣體判斷法故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法IEC三比值判斷法通過計(jì)算C2H2/C2H4、CH4/H2,C2H4/C2H6,在相同的情況下將這些比值以不同的編碼表示，可以得到不同的故

11、障類型和故障性質(zhì)。在判斷過熱性故障時(shí)，還可以通過經(jīng)驗(yàn)公式估算故障點(diǎn)的熱點(diǎn)溫度。故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法低壓阻抗試驗(yàn)低壓阻抗試驗(yàn)主要是變壓器380V的空載損耗和負(fù)載損耗試驗(yàn)。發(fā)生繞組變形時(shí)阻抗的電容分量會(huì)發(fā)生變化，從而使阻抗發(fā)生變化，可以用于判斷繞組變形。目前比較流行的繞組測(cè)試方法是頻響法。故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法局放試驗(yàn)局放試驗(yàn)l導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，稱為局部放電。（GB/T7354-2003）l局部放電可能發(fā)生在絕緣體內(nèi)部，也可能發(fā)生在表面；發(fā)生在氣體包圍的導(dǎo)體附近的放電，稱為電暈。l絕緣體在局放的作用下（高溫或電弧等一系列物理和化學(xué)現(xiàn)象），使絕緣體迅速老化直至擊穿。故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法局放試驗(yàn)的特點(diǎn)局放試驗(yàn)的特點(diǎn)l與交流耐壓試驗(yàn)相比，局部放電試驗(yàn)是非破壞性試驗(yàn)；l局部放電試驗(yàn)具有較高的靈敏度；局部放電監(jiān)測(cè)可以彌補(bǔ)耐壓試驗(yàn)的不足。故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法局放的特點(diǎn)局放的特點(diǎn)脈沖性對(duì)稱性相位性故障檢測(cè)方法故障檢測(cè)方法局放試驗(yàn)