電力變壓器安全運(yùn)行的重要措施及預(yù)防性試驗(yàn)
前言：根據(jù)《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)順序，主要包括油中溶解氣體分析、繞組絕緣電阻的測量、繞組直流電阻的測量、介質(zhì)損耗因數(shù)tgD檢測、交流耐壓試驗(yàn)、線圈變形試驗(yàn)、局部放電測量等。
1.油中溶解氣體分析
在變壓器診斷中，單靠電氣試驗(yàn)方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷，而通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測的方法，對發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實(shí)踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變化，在特定溫度下，往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依此為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應(yīng)的關(guān)系，而局部過熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化，變質(zhì)，并分解出極少量的氣體(主要包括氫H2 甲烷CH4 乙烯C2H4 乙炔C2H2 一氧化碳CO 二氧化碳CO2等多種氣體)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障，放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會迅速增加。這些氣體大部分溶解在絕緣油中, 少部分上升至絕緣油的表面，并進(jìn)入氣體繼電器。電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關(guān)資料介紹，在對故障變壓器的統(tǒng)計(jì)表明:：過熱性故障占63%；高能量放電故障占18. 1%；過熱兼高能量放電故障占10%；火花放電故障占7%；受潮或局部放電故障占1. 9%。而在過熱性故障中, 分接開關(guān)接觸不良占50%；鐵芯多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33%；導(dǎo)線過熱和接頭不良或緊固件松動引起過熱約占14. 4%；其余2. 1% 為其他故障。
對變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷，有賴于對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的全面掌握，并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其它預(yù)防性試驗(yàn)(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等) 進(jìn)行比較。
2.繞組直流電阻的測量
它是一項(xiàng)方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn)，能反應(yīng)繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開關(guān)及導(dǎo)線接觸不良等故障，實(shí)際上它也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔是否正確的有效手段。如在對某變壓器低壓側(cè)10KV 線間直流電阻作試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不平衡率為2. 17% ，超過部頒標(biāo)準(zhǔn)值1% 的一倍還多，色譜分析不存在過熱故障，且每年預(yù)試數(shù)據(jù)反映直流電阻不平衡系數(shù)超標(biāo)外，其它項(xiàng)目均正常，經(jīng)分析換算后確定C 相電阻值較大，判斷C 相繞組內(nèi)有斷股問題，經(jīng)吊罩檢查后，驗(yàn)證C 相確實(shí)有一股開斷，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。
3.繞組絕緣電阻的測量
繞組連同套管一起的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，對變壓器整體的絕緣狀況具有較高靈敏度，它能有效檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷，如各種貫穿性短路、瓷件破裂、引線接殼、器身內(nèi)有銅線搭橋等現(xiàn)象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對來講，單純依靠絕緣電阻絕對值大小對繞組絕緣作判斷，其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測量時(shí)試驗(yàn)電壓太低，難以暴露缺陷，另一方面也因?yàn)榻^緣電阻與繞組絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度有關(guān)，但對于鐵芯夾件、穿心螺栓等部件，測量絕緣電阻往往能反映故障，這是因?yàn)檫@些部件絕緣結(jié)構(gòu)較簡單，絕緣介質(zhì)單一。
4.測量介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ
它主要用來檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著油泥及嚴(yán)重的局部缺陷。介質(zhì)測量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場和大氣條件) 的影響，因而要采取措施減少和消除影響?，F(xiàn)場我們一般測量的是連同套管一起的tgδ，但為了提高測量的準(zhǔn)確和檢出缺陷的靈敏度，有時(shí)也進(jìn)行分解試驗(yàn)，以判斷缺陷所在位置。測量泄漏電流和測量絕緣電阻相似，只是其靈敏度較高，能有效發(fā)現(xiàn)有些其他試驗(yàn)項(xiàng)目所不能發(fā)現(xiàn)的變壓器局部缺陷。泄漏電流值與變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、溫度等因素有關(guān)，在《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中不作規(guī)定，只在判斷時(shí)強(qiáng)調(diào)比較，與歷年數(shù)據(jù)相比，與同類型變壓器數(shù)據(jù)相比，與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較等。介質(zhì)損耗因數(shù)tgD和泄漏電流試驗(yàn)的有效性正隨著變壓器電壓等級的提高、容量和體積的增大而下降, 因此單純靠tgδ和泄漏電流來判斷繞組絕緣狀況的可能性也比較小，這主要也是因?yàn)閮身?xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓太低，絕緣缺陷難以充分暴露。對于電容性設(shè)備，實(shí)踐證明如電容型套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等，測量tgD和電容量CX 仍是故障診斷的有效手段。
5.交流耐壓試驗(yàn)
它是鑒定絕緣強(qiáng)度等有效的方法，特別是對考核主絕緣的局部缺陷，如繞組主絕緣受潮、開裂或在運(yùn)輸過程中引起的繞組松動、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。交流耐壓試驗(yàn)雖對發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有效，但受試驗(yàn)條件限制, 要進(jìn)行35KV 及8000KVA 以上變壓器耐壓試驗(yàn), 由于電容電流較大，要求高電壓試驗(yàn)變壓器的額定電流在100mA 以上，目前這樣的高電壓試驗(yàn)變壓器及調(diào)壓器尚不夠普遍, 如果能對高電壓、大電流電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，對保證變壓器安全運(yùn)行有很大意義。
6.線圈變形檢測
變壓器繞組變形是指在電動力和機(jī)械力的作用下，繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化，包括軸向和徑向尺寸的變化、器身轉(zhuǎn)移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患，一旦繞組變形而未被診斷繼續(xù)投入運(yùn)行則極可能導(dǎo)致事故，嚴(yán)重時(shí)燒毀線圈。造成變壓器繞組變形的主要原因有:
6. 1 短路故障電流沖擊，電動力使繞組容易破壞或變形。電動力的產(chǎn)生是繞組中的短路沖擊電流與漏磁相互作用的結(jié)果，在運(yùn)行中，由于輻向和軸向電動力同時(shí)作用，可能使整個(gè)繞組發(fā)生扭轉(zhuǎn)。
6. 2 在運(yùn)輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和震動等。如某供電部門在對35KV、20000KVA 主變壓器運(yùn)輸途中，遭受強(qiáng)烈撞擊。事后在對該變壓器交接吊罩檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)油箱下部固定器身的4 個(gè)螺栓全部開焊裂斷，上部對器身定位的4 個(gè)定位釘全部松動，并在定位板上劃出小槽。器身向油枕方向縱向位移11mm，橫向位移23mm ，繞組對端圈錯位，最大達(dá)30mm，可看到器身已經(jīng)完全沒有固定裝置而處于自由狀態(tài)，并經(jīng)過長途運(yùn)輸及多次編組，器身在油箱中搖晃, 必然造成變壓器損壞。
6. 3 保護(hù)系統(tǒng)有死區(qū)，動作失靈，導(dǎo)致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用時(shí)間長，造成繞組變形。
結(jié)語：在變壓器計(jì)劃檢修或故障診斷中，預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果依舊是不可缺少的診斷參量。每個(gè)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目不能孤立的去看待，應(yīng)將幾個(gè)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來綜合分析，這將有效提高判定的準(zhǔn)確性。
1.油中溶解氣體分析
在變壓器診斷中，單靠電氣試驗(yàn)方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷，而通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測的方法，對發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實(shí)踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變化，在特定溫度下，往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依此為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應(yīng)的關(guān)系，而局部過熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化，變質(zhì)，并分解出極少量的氣體(主要包括氫H2 甲烷CH4 乙烯C2H4 乙炔C2H2 一氧化碳CO 二氧化碳CO2等多種氣體)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障，放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會迅速增加。這些氣體大部分溶解在絕緣油中, 少部分上升至絕緣油的表面，并進(jìn)入氣體繼電器。電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關(guān)資料介紹，在對故障變壓器的統(tǒng)計(jì)表明:：過熱性故障占63%；高能量放電故障占18. 1%；過熱兼高能量放電故障占10%；火花放電故障占7%；受潮或局部放電故障占1. 9%。而在過熱性故障中, 分接開關(guān)接觸不良占50%；鐵芯多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33%；導(dǎo)線過熱和接頭不良或緊固件松動引起過熱約占14. 4%；其余2. 1% 為其他故障。
對變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷，有賴于對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的全面掌握，并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其它預(yù)防性試驗(yàn)(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等) 進(jìn)行比較。
2.繞組直流電阻的測量
它是一項(xiàng)方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn)，能反應(yīng)繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開關(guān)及導(dǎo)線接觸不良等故障，實(shí)際上它也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔是否正確的有效手段。如在對某變壓器低壓側(cè)10KV 線間直流電阻作試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不平衡率為2. 17% ，超過部頒標(biāo)準(zhǔn)值1% 的一倍還多，色譜分析不存在過熱故障，且每年預(yù)試數(shù)據(jù)反映直流電阻不平衡系數(shù)超標(biāo)外，其它項(xiàng)目均正常，經(jīng)分析換算后確定C 相電阻值較大，判斷C 相繞組內(nèi)有斷股問題，經(jīng)吊罩檢查后，驗(yàn)證C 相確實(shí)有一股開斷，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。
3.繞組絕緣電阻的測量
繞組連同套管一起的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，對變壓器整體的絕緣狀況具有較高靈敏度，它能有效檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷，如各種貫穿性短路、瓷件破裂、引線接殼、器身內(nèi)有銅線搭橋等現(xiàn)象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對來講，單純依靠絕緣電阻絕對值大小對繞組絕緣作判斷，其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測量時(shí)試驗(yàn)電壓太低，難以暴露缺陷，另一方面也因?yàn)榻^緣電阻與繞組絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度有關(guān)，但對于鐵芯夾件、穿心螺栓等部件，測量絕緣電阻往往能反映故障，這是因?yàn)檫@些部件絕緣結(jié)構(gòu)較簡單，絕緣介質(zhì)單一。
4.測量介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ
它主要用來檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著油泥及嚴(yán)重的局部缺陷。介質(zhì)測量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場和大氣條件) 的影響，因而要采取措施減少和消除影響?，F(xiàn)場我們一般測量的是連同套管一起的tgδ，但為了提高測量的準(zhǔn)確和檢出缺陷的靈敏度，有時(shí)也進(jìn)行分解試驗(yàn)，以判斷缺陷所在位置。測量泄漏電流和測量絕緣電阻相似，只是其靈敏度較高，能有效發(fā)現(xiàn)有些其他試驗(yàn)項(xiàng)目所不能發(fā)現(xiàn)的變壓器局部缺陷。泄漏電流值與變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、溫度等因素有關(guān)，在《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中不作規(guī)定，只在判斷時(shí)強(qiáng)調(diào)比較，與歷年數(shù)據(jù)相比，與同類型變壓器數(shù)據(jù)相比，與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較等。介質(zhì)損耗因數(shù)tgD和泄漏電流試驗(yàn)的有效性正隨著變壓器電壓等級的提高、容量和體積的增大而下降, 因此單純靠tgδ和泄漏電流來判斷繞組絕緣狀況的可能性也比較小，這主要也是因?yàn)閮身?xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓太低，絕緣缺陷難以充分暴露。對于電容性設(shè)備，實(shí)踐證明如電容型套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等，測量tgD和電容量CX 仍是故障診斷的有效手段。
5.交流耐壓試驗(yàn)
它是鑒定絕緣強(qiáng)度等有效的方法，特別是對考核主絕緣的局部缺陷，如繞組主絕緣受潮、開裂或在運(yùn)輸過程中引起的繞組松動、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。交流耐壓試驗(yàn)雖對發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有效，但受試驗(yàn)條件限制, 要進(jìn)行35KV 及8000KVA 以上變壓器耐壓試驗(yàn), 由于電容電流較大，要求高電壓試驗(yàn)變壓器的額定電流在100mA 以上，目前這樣的高電壓試驗(yàn)變壓器及調(diào)壓器尚不夠普遍, 如果能對高電壓、大電流電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，對保證變壓器安全運(yùn)行有很大意義。
6.線圈變形檢測
變壓器繞組變形是指在電動力和機(jī)械力的作用下，繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化，包括軸向和徑向尺寸的變化、器身轉(zhuǎn)移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患，一旦繞組變形而未被診斷繼續(xù)投入運(yùn)行則極可能導(dǎo)致事故，嚴(yán)重時(shí)燒毀線圈。造成變壓器繞組變形的主要原因有:
6. 1 短路故障電流沖擊，電動力使繞組容易破壞或變形。電動力的產(chǎn)生是繞組中的短路沖擊電流與漏磁相互作用的結(jié)果，在運(yùn)行中，由于輻向和軸向電動力同時(shí)作用，可能使整個(gè)繞組發(fā)生扭轉(zhuǎn)。
6. 2 在運(yùn)輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和震動等。如某供電部門在對35KV、20000KVA 主變壓器運(yùn)輸途中，遭受強(qiáng)烈撞擊。事后在對該變壓器交接吊罩檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)油箱下部固定器身的4 個(gè)螺栓全部開焊裂斷，上部對器身定位的4 個(gè)定位釘全部松動，并在定位板上劃出小槽。器身向油枕方向縱向位移11mm，橫向位移23mm ，繞組對端圈錯位，最大達(dá)30mm，可看到器身已經(jīng)完全沒有固定裝置而處于自由狀態(tài)，并經(jīng)過長途運(yùn)輸及多次編組，器身在油箱中搖晃, 必然造成變壓器損壞。
6. 3 保護(hù)系統(tǒng)有死區(qū)，動作失靈，導(dǎo)致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用時(shí)間長，造成繞組變形。
結(jié)語：在變壓器計(jì)劃檢修或故障診斷中，預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果依舊是不可缺少的診斷參量。每個(gè)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目不能孤立的去看待，應(yīng)將幾個(gè)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來綜合分析，這將有效提高判定的準(zhǔn)確性。
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