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變壓器絕緣故障的分析與判斷論文
摘要：
變壓器內(nèi)部出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，不管故障的性質(zhì)如何，我們都要引起足夠的重視。因?yàn)橐坏┙^緣材料的絕緣性能受到破壞，很可能進(jìn)一步發(fā)展成為變壓器的主絕緣或縱絕緣的擊穿事故，導(dǎo)致變壓器的損壞，威脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行，所以對(duì)變壓器的故障定位一定要準(zhǔn)確，判斷變壓器發(fā)生異�；蚬收蠒r(shí)，首先要通過(guò)變壓器油中溶解的特征氣體進(jìn)行分析，判斷故障是涉及變壓器固體絕緣還是裸金屬，這為我們?cè)谠O(shè)備維護(hù)和檢修工作中，提供了有力的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：變壓器；絕緣故障；故障分析；故障判斷
隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，變壓器可能產(chǎn)生早期故障，油中某些可燃性氣體則是變壓器內(nèi)部故障的先兆，這些可燃?xì)怏w可降低變壓器油的閃點(diǎn)，從而引起初期故障。。
變壓器油和纖維絕緣材料在運(yùn)行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時(shí)，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會(huì)出現(xiàn)早期跡象，因此，對(duì)變壓器產(chǎn)生氣體進(jìn)行適當(dāng)分析即能檢測(cè)出故障。
一、變壓器油中的氣體類(lèi)別。
氣相色譜法是對(duì)變壓器油中可燃性氣體進(jìn)行分析的最切實(shí)可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測(cè)量?jī)蓚�(gè)過(guò)程。礦物油是由大約2871種液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成的，通常只鑒別絕緣油中的氫氣（Hz）、氧氣（02）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H）、二氧化碳（CO：）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9種氣體，將這些氣體從油中脫出并經(jīng)分析，證明它們的存在及含量，便可反映出產(chǎn)生這些氣體的故障類(lèi)型和嚴(yán)重程度。
二、變壓器產(chǎn)氣故障的類(lèi)型及特征。
變壓器內(nèi)部故障一般分為兩大類(lèi)：過(guò)熱性故障和放電性故障。過(guò)熱性故障又分為輕微過(guò)熱（150℃）、低溫過(guò)熱（150—300℃）、中溫過(guò)熱（300—700℃）、高溫過(guò)熱（大于700℃）。對(duì)于變壓器內(nèi)部過(guò)熱性故障，按其發(fā)生的部位，通常將其歸納為3類(lèi)：
�。ㄒ唬┙狱c(diǎn)與接觸不良。如引線連接不好，分接開(kāi)關(guān)接觸不良，導(dǎo)線接頭焊接有問(wèn)題等。
�。ǘ⿲�(dǎo)體故障。如線圈不同電壓比并列運(yùn)行引起循環(huán)電流發(fā)熱、導(dǎo)體超負(fù)荷過(guò)電流發(fā)熱、導(dǎo)體絕緣膨脹堵塞油道而引起的散熱不良等。
�。ㄈ┐怕饭收�。如鐵芯兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地、鐵芯短路引起鐵芯與穿芯螺絲短路、漏磁引起的夾件等局部過(guò)熱。
過(guò)熱故障產(chǎn)生的部位不同、能量不同，其產(chǎn)氣特征也不相同。
l、裸金屬過(guò)熱性故障。
對(duì)于不涉及固體絕緣的裸金屬過(guò)熱性故障，其氣體的來(lái)源是變壓器油的高溫裂解。變壓器油裂解產(chǎn)生的氣體，主要是低分子烴類(lèi)，其中以甲烷、乙烯為主，一般二者之和占總烴的80%以上。當(dāng)故障點(diǎn)溫度較低時(shí)，甲烷占的比例大；隨著熱點(diǎn)溫度的升高，乙烯、氫氣組分含量急劇增加，比例增大；當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過(guò)熱，故障點(diǎn)達(dá)到800℃及以上時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量的乙炔氣體。
2、涉及固體絕緣材料的過(guò)熱性故障。
變壓器油在正常老化過(guò)程產(chǎn)生WJ氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO：），當(dāng)涉及該類(lèi)過(guò)熱性故障除了引起變壓器油的裂解，產(chǎn)生低分子烴類(lèi)氣體外，由于固體絕緣材料的裂解，還產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO：）氣體，且隨著溫度的升高COJCO：的比值逐漸增大。
放電性故障主要分為高能量放電、低能量放電、局部放電三大類(lèi)。
l、高能量放電也稱(chēng)電弧放電。
在變壓器、套管內(nèi)均會(huì)發(fā)生。引起電弧放電故障的原因，通常是線圈匝間絕緣擊穿、過(guò)電壓引起了內(nèi)部閃絡(luò)、引線斷裂引起電弧、分接開(kāi)關(guān)飛弧和電容屏擊穿等。此類(lèi)故障的產(chǎn)氣特征主要是乙炔、氫氣的含量較高，其次是乙烯和甲烷。由于故障能量大，總烴含量很高。若電弧放電涉及到固體絕緣時(shí)，則瓦斯氣體和油的溶解氣體中，除了乙炔氣體含量較高外，一氧化碳的含量也很大。
2、低能量放電也稱(chēng)火花放電，它是一種間歇性放電故障。
鐵芯鋼片之間、鐵芯接地不良造成的懸浮電位放電；分接開(kāi)關(guān)拔叉懸浮放電；一次線圈支持螺帽松動(dòng)，造成的線圈屏蔽鋁箔懸浮電位放電等。此類(lèi)故障的產(chǎn)氣特征主要成分是乙炔、氫氣，其次是甲烷和乙烯，但由于故障能量較低，其總烴含量不高。
3、局部放電是指液體和固體絕緣材料內(nèi)部形成橋路的一種放電現(xiàn)象。
局部放電常發(fā)生在油浸紙絕緣或懸浮帶電體的空間內(nèi)。局部放電產(chǎn)氣特征主要為氫氣，其次是甲烷。當(dāng)能量較高時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔。無(wú)論哪種放電，只有涉及到固體絕緣材料，都會(huì)使油中的一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w含量明顯增加。
三、如何判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)。
通過(guò)計(jì)算設(shè)備故障相對(duì)產(chǎn)氣速率，如果相對(duì)產(chǎn)氣速率遠(yuǎn)大于10%能J要求，說(shuō)明設(shè)備有異常，同時(shí)結(jié)合五種特征氣體的三比值法判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)：
（1）CzHz/C2I—L≤0.10.1C2I—L/C2H6<1時(shí)，屬變壓器已正常老化。
（2）0.1電），導(dǎo)致固體絕緣的放電痕跡。
（3）C2H7/C2H4≤O。lCHnL<0.1O.l≤C2I—L/CzH6放電，這種空腔是由于不完全浸漬、氣體飽和或高濕度等原因造成的。
�。�4）lC2I—L/CLH6>3時(shí)，屬電弧放電，有工頻續(xù)流的放電、線圈、線餅、線匝之間或線圈對(duì)地之間油的電弧擊穿。
�。�5）CzH2/CzH4——30.1C2H4/C2H6≈3時(shí)，屬低能量的放電，隨著火花放電強(qiáng)度的增長(zhǎng)，特征氣體的比值逐漸增加到3，故障可能是懸浮電位體的連續(xù)火花放電或固體材料之間油的擊穿。
�。�6）0.1lC2H4/C2H6>0時(shí)。屬電弧放電兼過(guò)熱。
�。�7） C2H2/C2H4≥3CH4/H2≥1C2H4/C2H6>O時(shí)，屬火花放電兼過(guò)熱。
（8） CzHz/CzI—L≤0.1 0.11< C2H4/C2H6<3時(shí)，屬低于150℃的熱故障，氣體主要來(lái)自固體絕緣材料的分解，通常是包有絕緣層的導(dǎo)線過(guò)熱。
�。�9）C2HZ/C2H4≤O.1C2I—L/C2H6<1時(shí)，屬300℃以下的低溫?zé)峁收稀?/p>
�。╨O）C2H2/C2I—L≤0.11< C2H4/C2H6<3時(shí)，屬300～700℃的中溫?zé)峁收稀?/p>
�。╨l）CzH2/C2H4≤0.1C2FL/CzH6>3時(shí)，屬高于700℃的高溫?zé)峁收稀?/p>
造成（9）、（10）、（11）的主要原因是由于磁通集中引起的鐵芯局部過(guò)熱，鐵芯短路，由于渦流引起的銅過(guò)熱，接頭或接觸不良以及鐵芯和外殼的環(huán)流等原因造成的。
四、故障的發(fā)展趨勢(shì)。
當(dāng)故障類(lèi)型確認(rèn)后，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)一步了解故障的發(fā)展趨勢(shì)，提出合理的建議和處理方法，將有助于檢修計(jì)劃的合理安排。確定故障的發(fā)展趨勢(shì)主要從以下幾個(gè)方面著手：
（一）絕緣油，紙熱解產(chǎn)生的氣體種類(lèi)和含量與故障的類(lèi)型、故障源的溫度有關(guān)，因此，可利用相關(guān)氣體的組分濃度對(duì)故障點(diǎn)的溫度進(jìn)行估算。
�、佼�(dāng)故障源不涉及固體絕緣材料，可用C：I—L/C2H。的濃度比估算故障點(diǎn)溫度T：3321g（C2H./C：H6）+525
②當(dāng)故障源涉及固體絕緣材料，若CO/CO：的比值大于0。33，則存在固體絕緣的裂化現(xiàn)象，可用公式T=—11961g（C02/C0）+660。
�。ǘ┳儔浩鲀�(nèi)部存在故障時(shí)，可用C：H4/C 7H。的濃度比值計(jì)算的熱點(diǎn)溫度與三比值法判斷的溫度進(jìn)行對(duì)比，用來(lái)檢驗(yàn)判斷的準(zhǔn)確性。
�。ㄈ┊a(chǎn)氣速率是判斷充油設(shè)備中產(chǎn)氣性故障危害程度的重要參數(shù)，通過(guò)產(chǎn)氣速率的變化比較，對(duì)分析故障性質(zhì)和發(fā)展程度具有重要的作用。
�。ㄋ模┰跉怏w繼電器內(nèi)部出現(xiàn)氣體的情況下，利用平衡判據(jù)法將繼電器內(nèi)氣樣的分析結(jié)果與油中取出氣體的分析結(jié)果作比較，確定故障的發(fā)展趨勢(shì)。
五、實(shí)例分析。
2006年5月26日，安徽省宣城供電公司方塘變電站1撐主變（25MVA/110），經(jīng)運(yùn)行人員反映，變壓器運(yùn)行溫度過(guò)高，我們?cè)谝粋�(gè)月內(nèi)，對(duì)變壓器油中溶解氣體組分含量進(jìn)行了三次跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)總烴的產(chǎn)氣速率很高，遠(yuǎn)大于10%/月的要求；通過(guò)三比值法的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為022，判斷設(shè)備內(nèi)部存在高于7000C的高溫過(guò)熱。并且C：H4是總烴的主要成分，并伴有很少的C：H：，因CO、CO：在故障前后有明顯的增長(zhǎng)，因此，可判定變壓器高溫過(guò)熱并涉及到變壓器的絕緣材料。高壓試驗(yàn)室也對(duì)變壓器的直流電阻進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)高壓三相電阻不平衡率有所增加，且大小排序也發(fā)生了微小變化。經(jīng)變壓器吊罩檢查發(fā)現(xiàn)，變壓器C相繞組高壓側(cè)第二餅白布帶上有一個(gè)3mm大小的黑點(diǎn)，剖開(kāi)白布帶，發(fā)現(xiàn)絕緣板的墊條已經(jīng)炭化，該匝導(dǎo)線也發(fā)現(xiàn)有焊接質(zhì)量問(wèn)題，引起過(guò)熱。
六、結(jié)論。
變壓器存在異�；蚬收蠒r(shí)，利用變壓器油中特征氣體的分析，容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障，當(dāng)由于方法本身的技術(shù)特點(diǎn)，卻也有自身的局限性。如無(wú)法確定故障的具體部位，對(duì)涉及同一氣體特征的不同故障類(lèi)型易于誤判。所以必須結(jié)合電氣試驗(yàn)、油質(zhì)分析、設(shè)備運(yùn)行及檢修情況等進(jìn)行綜合判斷，才能較準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的故障部位、原因、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)，從而制定出合理的處理措施。
為了減少電力生產(chǎn)的損失，并不是設(shè)備一有異常就立即進(jìn)行停電檢修，如變壓器低溫、中溫過(guò)熱等故障，就不必停電可以繼續(xù)運(yùn)行，只需縮短分析期，跟蹤故障的發(fā)展趨勢(shì)，等故障發(fā)展到一定程度后在停電檢修，否則會(huì)造成電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)由于設(shè)備早期故障難以查找和發(fā)現(xiàn)；對(duì)高溫過(guò)熱或有電弧放電等惡劣性質(zhì)的故障，則必須及時(shí)停電檢修，否則容易出現(xiàn)由于設(shè)備故障釀成嚴(yán)重的安全事故。
參考文獻(xiàn)：
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