變壓器常見故障分析及運行狀態的主要測試與監測手段

電力變壓器是電力系統的樞紐設備,在變電站中,主變壓器能否安全可靠運行,直接關系到電網的安全運行。要使主變壓器安全運行,提高供電可靠率,除了應選用技術過硬、產品質量好的變壓器以外,關鍵是要不斷提高主變壓器的運行、維護、檢修水平。而故障診斷技術則為此提供了一種有效的手段。

2 變壓器常見故障分析

1)導電回路過熱故障

主要有引線接觸不良(包括將軍帽接線裝置過熱)、線圈導線接頭焊接質量差以及虛焊、過負荷運行等都會引起導電回路局部過熱。

2)絕緣水平下降

主要有變壓器進水受潮(包括將軍帽密封不良進水)、變壓器油油質不良(如介損偏大、有微生物、含水量高等),變壓器內部局部過熱也會造成絕緣損壞以及絕緣材料的熱解。變壓器所用的電氣材料包括絕緣材料、導體(金屬)材料兩大類。變壓器的絕緣材料主要是絕緣油和紙,故障下產生的氣體也主要來源于油和紙的熱裂解。絕緣油是由烷烴、環烷烴、芳香烴等碳氫化合物組成的混合物。絕緣紙的成分是纖維素,主要是由糖或多糖類構成的高分子碳水化合物。絕緣油熱分解時,因分子鏈的斷裂反應產生低分子烴類氣體。絕緣油大約在300℃左右就開始熱分解,但如果延長加熱時間或存在某些催化劑時,則在150～ 200℃也會產生熱分解。絕緣紙熱分解時,因分子鏈反應將產生二氧化碳、一氧化碳及少量低分子烴類氣體。絕緣紙的熱解溫度也是300 ℃左右,但如果長時間加熱,在120～150℃也會裂解而產生碳酸氣。其他絕緣物的熱分解物大體和絕緣油相似,但各有特點。金屬材料在絕緣物的熱分解過程中會起到催化作用,當有水分存在時,還會產生氫氣。

3)產氣故障

常見的產氣故障有過熱和放電兩種類型。放電故障可分為局部放電和其他形式的放電故障兩種類型。過熱故障的主要原因有:①導體故障;②磁路故障;③接點或連接不良。熱點溫度的高低、產氣組分的相對濃度特征有所不同,熱點與局部放電,電弧放電時的產氣組分濃度特征也不相同,祥見表1。

4)調壓開關故障

調壓開關主觸頭沒有到位,調壓開關抽頭引線松動,調壓開關觸頭燒毛,調壓開關觸頭接觸壓力不夠,還有有載調壓開關中的切換開關接觸不良,切換開關觸頭燒毛,過渡電阻斷線、調壓時滑檔等,另外還有滲油,即切換開關中油滲到本體中引起本體油色譜異常等。

5)變壓器繞組變形

由于運輸過程中不注意或沒有采取安全措施使繞組發生移位。由于抗短路能力差,當發生出口短路時變壓器繞組發生變形或散架,嚴重時造成變壓器燒毀。

6)變壓器滲油缺陷(包括冷卻器滲油)。

HDRZ-1000A變壓器繞組變形測試儀符合DL/T911 2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》標準。該儀器能準確繪制各相頻域響應曲線，通過測量曲線的橫向、縱向對比，可以準確的判斷變壓器的變形程度。1， 設置6種不同的掃描方式：

線性 1K-1000KHZ_1.0步進1KHZ 1000點

線性 1K-1000KHZ_0.5步進0.5KHZ 2000點

線性 1K-2000KHZ_1.0步進1KHZ 2000點

線性 1K-2000KHZ_0.5步進0.5KHZ4000點

分段100HZ - 1000KHZ 1440點

分段100HZ - 2000KHZ 2440點

7)電容套管故障

主要是進水受潮、油介損不好或整體介損不好,制造質量比較差內部存在著嚴重的局部放電(運行中油色譜異常),運行中末屏接地不良等造成套管絕緣不良或絕緣損壞事故發生等。

以上變壓器的常見故障有多種測試和監測手段,這些手段有的能夠測試出部分故障,有的可以綜合判斷運行狀態及故障點、故障原因。

3 變壓器運行狀態的主要測試與監測手段

1)直流電阻的測量

直流電阻雖然是一個測試方法比較簡單的實驗,但它能比較直觀地確認繞組、引線、調壓開關等導電回路是否正常。它能發現繞組導線的焊接質量,引線接頭是否擰緊接觸是否良好,調壓開關觸頭接觸是否良好等。

2)油色譜分析

通過油色譜分析可以判斷變壓器內部是否存在著過熱性故障(導電回路、鐵芯多點接地引起過熱等)嚴重的局部放電、電弧放電故障等,它是一個綜合性判斷變壓器運行狀態的重要手段之一。

3)絕緣性能測試 通過絕緣電阻、吸收比、極化指數、介損、電容量(包括電容套管)、泄露測試等實驗可掌握變壓器的繞組絕緣水平和鐵芯對地絕緣。通過油介損、微水、油簡化測試可反映絕緣介質的好壞。

4)遠紅外測溫 通過紅外線測溫可以隨時掌握各出線引線接觸是否良好。

5)有載調壓開關特性測試

通過有載調壓開關切換時間、周期、切換的波形測量可以掌握變壓器的有載調壓開關的性能是否良好。

6)繞組變形測試和低電壓短路阻抗的測試

可以掌握變壓器出口短路后變壓器繞組有否變形和移位。以上方法各有特點,其中油色譜分析是一種綜合的判斷方法。據統計[4],我國電網中有50%以上的故障變壓器是通過該試驗結果檢出的。由于這一檢測技術能夠在無須停電的情況下進行,不受外界電場和磁場因素的影響,因此可以在線對變壓器內部絕緣狀況進行診斷,有利于狀態維修的發展。

油色譜分析可以在變壓器運行中隨時取樣分析,也可以采用在線監測的油色譜裝置(也是有源的)全面分析。這種方法從運行的角度看應該是一種比較理想的主要監測分析方法。