淺論變壓器的預防性試驗
發(fā)布時(shí)間：2013-07-13 新聞來(lái)源：一覽變壓器英才網(wǎng)
預防性試驗是保證電力變壓器安全運行的重要措施, 對變壓器故障診斷具有確定性影響, 通過(guò)各種試驗項目, 獲取準確可靠的試驗結果是正確診斷變壓器故障的基本前提。
前言：根據《電力設備交接和預防性試驗規程》規定的試驗項目及試驗順序, 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tgD檢測、交流耐壓試驗、線(xiàn)圈變形試驗、局部放電測量等。
1.油中溶解氣體分析
在變壓器診斷中, 單靠電氣試驗方法往往很難發(fā)現某些局部故障和發(fā)熱缺陷, 而通過(guò)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)現變壓器內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(lèi)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(huì )出現最大值; 隨著(zhù)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(zhù)對應的關(guān)系, 而局部過(guò)熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運行狀態(tài)下, 由于油和固體絕緣會(huì )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)。當變壓器內部發(fā)生過(guò)熱性故障, 放電性故障或內部絕緣受潮時(shí), 這些氣體的含量會(huì )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。電力變壓器的內部故障主要有過(guò)熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類(lèi)型。據有關(guān)資料介紹,在對故障變壓器的統計表明: 過(guò)熱性故障占63%; 高能量放電故障占18. 1%; 過(guò)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(guò)熱性故障中, 分接開(kāi)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%; 導線(xiàn)過(guò)熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起過(guò)熱約占14. 4%; 其余2. 1% 為其他故障。
對變壓器故障部位的準確判斷, 有賴(lài)于對其內部結構和運行狀態(tài)的全面掌握, 并結合歷年色譜數據和其它預防性試驗(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
它是一項方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗, 能反應繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線(xiàn)折斷、分接開(kāi)關(guān)及導線(xiàn)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、調壓開(kāi)關(guān)檔是否正確的有效手段。如在對某變壓器低壓側10KV 線(xiàn)間直流電阻作試驗時(shí), 發(fā)現不平衡率為2. 17% , 超過(guò)部頒標準值1% 的一倍還多, 色譜分析不存在過(guò)熱故障, 且每年預試數據反映直流電阻不平衡系數超標外, 其它項目均正常, 經(jīng)分析換算后確定C 相電阻值較大, 判斷C 相繞組內有斷股問(wèn)題, 經(jīng)吊罩檢查后,驗證C 相確實(shí)有一股開(kāi)斷, 避免了故障的進(jìn)一步擴大。
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, 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(xiàn)接殼、器身內有銅線(xiàn)搭橋等現象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對來(lái)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)試驗電壓太低, 難以暴露缺陷, 另一方面也因為絕緣電阻與繞組絕緣結構尺寸、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, 這是因為這些部件絕緣結構較簡(jiǎn)單, 絕緣介質(zhì)單一。
4.測量介質(zhì)損耗因數tgD
它主要用來(lái)檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著(zhù)油泥及嚴重的局部缺陷。介質(zhì)測量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場(chǎng)和大氣條件) 的影響, 因而要采取措施減少和消除影響�，F場(chǎng)我們一般測量的是連同套管一起的tgD, 但為了提高測量的準確和檢出缺陷的靈敏度, 有時(shí)也進(jìn)行分解試驗, 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)現有些其他試驗項目所不能發(fā)現的變壓器局部缺陷。泄漏電流值與變壓器的絕緣結構、溫度等因素有關(guān), 在《電力設備交接和預防性試驗規程》中不作規定, 只在判斷時(shí)強調比較, 與歷年數據相比, 與同類(lèi)型變壓器數據相比, 與經(jīng)驗數據相比較等。介質(zhì)損耗因數tgD和泄漏電流試驗的有效性正隨著(zhù)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tgD和泄漏電流來(lái)判斷繞組絕緣狀況的可能性也比較小, 這主要也是因為兩項試驗的試驗電壓太低, 絕緣缺陷難以充分暴露。對于電容性設備, 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
它是鑒定絕緣強度等有效的方法, 特別是對考核主絕緣的局部缺陷, 如繞組主絕緣受潮、開(kāi)裂或在運輸過(guò)程中引起的繞組松動(dòng)、引線(xiàn)距離不夠以及繞組絕緣上附著(zhù)污物等。交流耐壓試驗雖對發(fā)現絕緣缺陷有效, 但受試驗條件限制, 要進(jìn)行35KV 及8000KVA 以上變壓器耐壓試驗, 由于電容電流較大, 要求高電壓試驗變壓器的額定電流在100mA 以上, 目前這樣的高電壓試驗變壓器及調壓器尚不夠普遍, 如果能對高電壓、大電流電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗, 對保證變壓器安全運行有很大意義。
6.線(xiàn)圈變形檢測
變壓器繞組變形是指在電動(dòng)力和機械力的作用下, 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、器身轉移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統安全運行的一大隱患, 一旦繞組變形而未被診斷繼續投入運行則極可能導致事故, 嚴重時(shí)燒毀線(xiàn)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(dòng)力使繞組容易破壞或變形。電動(dòng)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果, 在運行中, 由于輻向和軸向電動(dòng)力同時(shí)作用, 可能使整個(gè)繞組發(fā)生扭轉。
6. 2 在運輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和震動(dòng)等。如某供電部門(mén)在對35KV、20000KVA 主變壓器運輸途中, 遭受強烈撞擊。事后在對該變壓器交接吊罩檢查時(shí), 發(fā)現油箱下部固定器身的4 個(gè)螺栓全部開(kāi)焊裂斷, 上部對器身定位的4 個(gè)定位釘全部松動(dòng), 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30mm , 可看到器身已經(jīng)完全沒(méi)有固定裝置而處于自由狀態(tài), 并經(jīng)過(guò)長(cháng)途運輸及多次編組, 器身在油箱中搖晃, 必然造成變壓器損壞。
6. 3 保護系統有死區, 動(dòng)作失靈, 導致變壓器承受穩定短路電流作用時(shí)間長(cháng), 造成繞組變形。
結語(yǔ)：在變壓器計劃檢修或故障診斷中,預防性試驗結果依舊是不可缺少的診斷參量。每個(gè)預防性試驗項目不能孤立的去看待,應將幾個(gè)項目試驗結果有機結合起來(lái)綜合分析,這將有效提高判定的準確性。預防性試驗是保證電力變壓器安全運行的重要措施, 對變壓器故障診斷具有確定性影響, 通過(guò)各種試驗項目, 獲取準確可靠的試驗結果是正確診斷變壓器故障的基本前提。
前言：根據《電力設備交接和預防性試驗規程》規定的試驗項目及試驗順序, 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tgD檢測、交流耐壓試驗、線(xiàn)圈變形試驗、局部放電測量等。
1.油中溶解氣體分析
在變壓器診斷中, 單靠電氣試驗方法往往很難發(fā)現某些局部故障和發(fā)熱缺陷, 而通過(guò)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)現變壓器內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(lèi)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(huì )出現最大值; 隨著(zhù)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(zhù)對應的關(guān)系, 而局部過(guò)熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運行狀態(tài)下, 由于油和固體絕緣會(huì )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)。當變壓器內部發(fā)生過(guò)熱性故障, 放電性故障或內部絕緣受潮時(shí), 這些氣體的含量會(huì )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。電力變壓器的內部故障主要有過(guò)熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類(lèi)型。據有關(guān)資料介紹,在對故障變壓器的統計表明: 過(guò)熱性故障占63%; 高能量放電故障占18. 1%; 過(guò)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(guò)熱性故障中, 分接開(kāi)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%; 導線(xiàn)過(guò)熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起過(guò)熱約占14. 4%; 其余2. 1% 為其他故障。
對變壓器故障部位的準確判斷, 有賴(lài)于對其內部結構和運行狀態(tài)的全面掌握, 并結合歷年色譜數據和其它預防性試驗(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
它是一項方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗, 能反應繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線(xiàn)折斷、分接開(kāi)關(guān)及導線(xiàn)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、調壓開(kāi)關(guān)檔是否正確的有效手段。如在對某變壓器低壓側10KV 線(xiàn)間直流電阻作試驗時(shí), 發(fā)現不平衡率為2. 17% , 超過(guò)部頒標準值1% 的一倍還多, 色譜分析不存在過(guò)熱故障, 且每年預試數據反映直流電阻不平衡系數超標外, 其它項目均正常, 經(jīng)分析換算后確定C 相電阻值較大, 判斷C 相繞組內有斷股問(wèn)題, 經(jīng)吊罩檢查后,驗證C 相確實(shí)有一股開(kāi)斷, 避免了故障的進(jìn)一步擴大。
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, 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(xiàn)接殼、器身內有銅線(xiàn)搭橋等現象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對來(lái)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)試驗電壓太低, 難以暴露缺陷, 另一方面也因為絕緣電阻與繞組絕緣結構尺寸、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, 這是因為這些部件絕緣結構較簡(jiǎn)單, 絕緣介質(zhì)單一。
4.測量介質(zhì)損耗因數tgD
它主要用來(lái)檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著(zhù)油泥及嚴重的局部缺陷。介質(zhì)測量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場(chǎng)和大氣條件) 的影響, 因而要采取措施減少和消除影響�，F場(chǎng)我們一般測量的是連同套管一起的tgD, 但為了提高測量的準確和檢出缺陷的靈敏度, 有時(shí)也進(jìn)行分解試驗, 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)現有些其他試驗項目所不能發(fā)現的變壓器局部缺陷。泄漏電流值與變壓器的絕緣結構、溫度等因素有關(guān), 在《電力設備交接和預防性試驗規程》中不作規定, 只在判斷時(shí)強調比較, 與歷年數據相比, 與同類(lèi)型變壓器數據相比, 與經(jīng)驗數據相比較等。介質(zhì)損耗因數tgD和泄漏電流試驗的有效性正隨著(zhù)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tgD和泄漏電流來(lái)判斷繞組絕緣狀況的可能性也比較小, 這主要也是因為兩項試驗的試驗電壓太低, 絕緣缺陷難以充分暴露。對于電容性設備, 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
它是鑒定絕緣強度等有效的方法, 特別是對考核主絕緣的局部缺陷, 如繞組主絕緣受潮、開(kāi)裂或在運輸過(guò)程中引起的繞組松動(dòng)、引線(xiàn)距離不夠以及繞組絕緣上附著(zhù)污物等。交流耐壓試驗雖對發(fā)現絕緣缺陷有效, 但受試驗條件限制, 要進(jìn)行35KV 及8000KVA 以上變壓器耐壓試驗, 由于電容電流較大, 要求高電壓試驗變壓器的額定電流在100mA 以上, 目前這樣的高電壓試驗變壓器及調壓器尚不夠普遍, 如果能對高電壓、大電流電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗, 對保證變壓器安全運行有很大意義。
6.線(xiàn)圈變形檢測
變壓器繞組變形是指在電動(dòng)力和機械力的作用下, 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、器身轉移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統安全運行的一大隱患, 一旦繞組變形而未被診斷繼續投入運行則極可能導致事故, 嚴重時(shí)燒毀線(xiàn)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(dòng)力使繞組容易破壞或變形。電動(dòng)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果, 在運行中, 由于輻向和軸向電動(dòng)力同時(shí)作用, 可能使整個(gè)繞組發(fā)生扭轉。
6. 2 在運輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和震動(dòng)等。如某供電部門(mén)在對35KV、20000KVA 主變壓器運輸途中, 遭受強烈撞擊。事后在對該變壓器交接吊罩檢查時(shí), 發(fā)現油箱下部固定器身的4 個(gè)螺栓全部開(kāi)焊裂斷, 上部對器身定位的4 個(gè)定位釘全部松動(dòng), 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30mm , 可看到器身已經(jīng)完全沒(méi)有固定裝置而處于自由狀態(tài), 并經(jīng)過(guò)長(cháng)途運輸及多次編組, 器身在油箱中搖晃, 必然造成變壓器損壞。
6. 3 保護系統有死區, 動(dòng)作失靈, 導致變壓器承受穩定短路電流作用時(shí)間長(cháng), 造成繞組變形。
結語(yǔ)：在變壓器計劃檢修或故障診斷中,預防性試驗結果依舊是不可缺少的診斷參量。每個(gè)預防性試驗項目不能孤立的去看待,應將幾個(gè)項目試驗結果有機結合起來(lái)綜合分析,這將有效提高判定的準確性。預防性試驗是保證電力變壓器安全運行的重要措施, 對變壓器故障診斷具有確定性影響, 通過(guò)各種試驗項目, 獲取準確可靠的試驗結果是正確診斷變壓器故障的基本前提。
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