电力变压器故障诊断技术研究

学术论文《中国高新技术企业》贾 颖 2009-12-11 19:07:24

 

    摘  要:文章主要对电力变压器故障的诊断技术问题进行了研究。首先概述了变压器油中溶解气体特征和变压器故障诊断基本原理,然后分析了基于变压器油中气体产气率的故障诊断,最后探讨了基于模糊理论的故障诊断问题。
    关键词:电力变压器;故障诊断技术;绝缘系统;溶解气体;模糊故障检测
    中图分类号:TM407    文献标识码:A    文章编号:1009-2374(2009)17-0005-02
 
  一、电力变压器故障诊断概述
  (一)变压器油中溶解气体特征
  变压器的内部故障有若干种,各种故障产生的气体有相同的也有特殊的,既有其普遍性也有其特殊性。一般认为对于判断变压器故障有特定意义的主要气体有: H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2、O2、N2等9种气体,总烃是指CH4、C2H6、C2H4和C2H2这4种气体的总量。下面将分别就导致变压器故障的特征气体按烃类气体、乙炔、氢气、一氧化碳和二氧化碳分别论述。
1.烃类气体。由于分接开关接触不良、铁心多点接地和局部短路、导线过电流和接头焊接不良等变压器内部裸金属过热引起裂解的特征气体。主要是甲烷、乙烯,其次是乙烷,乙烯是在大约500℃(高于甲烷和乙烷的生成温度)下生成的(虽然在较低的温度时也有少量生成)。
  2.乙炔。由于线圈匝、层间绝缘击穿、引线断裂或对地线裸露和分接开关飞弧等电弧放电、火花放电等变压器内部放电性故障产生的特征气体。乙炔的生成一般在800℃~1200℃的温度,而且当温度降低时,反应迅速被抑制,作为重新化和的稳定产物而积累。因此,大量乙炔是在电弧的弧道中产生的,当然在较低的温度下(低于800℃)也会有少量的乙炔生成。因此,乙炔的出现必定有故障源的存在。国际大电网会议(CIGRE)在1976年将乙炔的“注意值”定为0.5ppm,以及日本将乙炔的浓度定位“即使只能检测到微量”便可判断变压器异常,因为正常变压器油中不含有这种气体组分。
  3.氢气。变压器内部发生各种性质的故障都要产生氢气,当氢气含量偏高时,可能是变压器中进水。
  4.一氧化碳和二氧化碳。变压器内的固体绝缘材料在高温下裂解,要产生大量的一氧化碳和二氧化碳,根据现有的统计资料,固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解,表现在油中CO和CO2含量上,一般没有严格的界限,规律也不明显。这主要是由于从空气中吸收的CO2、固体绝缘老化及油的长期氧化形成CO和CO2的基值过高造成的。开放式变压器溶解空气的饱和量为10%,设备里可以含有来自空气中的300?滋l/L的CO2。在密封设备里空气也可能经泄漏而进入设备油中,这样,油中的CO2浓度将以空气的比率存在。
  (二)变压器故障诊断基本原理
  变压器的绝缘系统是变压器安全运行的关键,包括绝缘油和固体绝缘材料。绝缘油是由不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物,分子中含有碳氢化学基团并由碳碳键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些碳氢和碳碳键断裂,伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基,这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合,形成氢气和低分子烃类气体,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等,也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物,故障初期,所形成的气体溶解于油中。纸、层压板或木块等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的碳氧键及葡萄糖贰键,它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱,并能在较低的温度下重新化合。聚合物裂解的有效温度高于105℃,完全裂解和碳化高于300℃,在生成水的同时生成大量的CO和CO2以及少量烃类气体和呋喃化合物,同时油被氧化。绝缘油和固体绝缘材料由于热或电故障分解出的气体形成气泡在油里经对流、扩散、不断地溶解在油中,这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。因此,分析溶解于油中的气体,就能尽早发现变压器内部存在的潜伏性故障并可监视故障的发展情况。
  二、基于变压器油中气体产气率的故障诊断
    (一)油中气体产气速率
  油中产气率是衡量油中故障气体单位时间内产生速度的一项重要指标,作为判断充油设备中产气性故障危害程度的重要参数,对分析故障性质和发展程度(包括故障源的功率、温度和面积等)都很有价值。运行实践表明,仅从分析结果的绝对值还是很难确认故障的存在和判断其严重程度。可以设想,当故障从无到有,只是绝对含量的增长过程,但在其虽未达到含量的“注意值”,如果在此过程中发现其有较快的增长速率,就有可能提早发现故障,这对于新投运的变压器故障判断可能更为有效,不同的变压器由于故障情况不尽相同,加之各种误差的因素,因此产气速率的范围可能很大。即使对于同一设备,影响

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