1、电力变压器故障检测技术摘要：电力变压器是电力系统中的主要设备，它是否正常运行直接影响电能的转换和控制，也直接影响系统的安全运行。在运行中，怎样准确检测变压器的潜伏性故障，为变压器的检修及故障处理提供科学的依据，对保证变压器安全运行具有重要意义。Abstract:Electric power transformer is the main equipment in power system,its normal operation or not directly affects the power conversion and control,also directly affects the
2、safe operation of the system.In operation,it isimportant to know how to accurately detect the potential failure oftransformer to provide the scientific basis for transformer maintenance andfailure treatment and ensure the safe operation of the transformer.关键词：变压器；故障；检测技术；气体色谱分析Key words:transformer；
3、fault；detection technology；gas chromatography中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）17-0018-020 引言目前，在变压器故障检测中，单靠电气试验方法往往很难发现某些局部故障和发热缺陷，而通过变压器油中气体的色谱分析这种化学检测的方法，对发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏而有效。1 特征气体产生的原因在一般情况下，变压器油中是含有溶解气体的，新油含有的气体最大值约为 CO100L/L，CO235L/L，H215L/L，CH42.5L/L。运行油中有少量的 CO 和烃类气体。但是，当变
4、压器有内部故障时油中溶解气体的含量就大不相同了。变压器内部故障时产生的气体及其产生的原因如表 1 所示。2 特征气体变化与变压器内部故障的关系2.1 根据气体含量变化分析判断2.1.1 氢气 H2 变化。变压器在高、中温过热时，H2 一般占氢烃总量的 27%以上，且随温度升高，H2 的绝对含量有所增长，但其所占比例却相对下降。变压器无论是热故障还是电故障，最终都将导致绝缘介质裂解产生各种特征气体。在绝缘的分解过程中，一般总是先生成 H2。因此 H2 是各种故障特征气体的主要组成成分之一。变压器内部进水受潮是一种内部潜伏性故障，特征气体 H2 含量很高。客观上如果色谱分析发现 H2 含量超标，而
5、其他成分并没有增加时，可大致先判断为设备含有水分，为进一步判别，可加做微水分析。导致水份分解出 H2 有两种可能：一是水分和铁产生化学反应；二是在强电场作用下水本身的分子分解。所以在现场处理设备受潮时，仅靠采用真空虑油法不能持久地降低设备中的含水量，原因在于真空滤油对于设备整体的水分影响不大。2.1.2 乙炔 C2H2 变化。C2H2 的产生与放电性故障有关，当变压器内部发生电弧放电时，C2H2。一般占总烃的 20%-70%，H2 占氢烃总量的 30%-90%，并且在绝大多数情况下，C2H4 含量高于 CH4。当 C2H2 含量占主要成分却超标时，则很可能是设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放
6、电所致。如果其他成分没超标，而 C2H2 超标且增长速率较快，则可能是设备内部存在高能量放电故障。2.1.3 甲烷 CH4 和乙烯 C2H4 变化。在过热性故障中，当只有热源处的绝缘油分解时，特征气体 CH4 和 C2H4 两者之和一般可占总烃的 80%以上，且随着故障点温度的升高，C2H4 所占比例也增加。应注意，不能忽视 H2 和 CH4 增长的同时，接着又出现 C2H2，即使未达到注意值也应给予高度重视，因为这可能存在着由低能放电发展成高能放电的危险。2.2 根据三比值法分析判断所谓的三比值法实际上是通过计算 C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6，将选用的 5 中特征气体
7、构成三对比值，在相同的情况下将这些比值以不同的编码表示，如表 2 所示。根据测试结果计算得出编码，并把三对比值换算成对应的编码码组，然后查表对应得出故障类型和故障性质。但该法当多种故障一起发生时，难以区分。当气体含量或产气速率尚未达注意值时，应注意不宜应用三比值法进行判断。2.3 根据 TD 图对故障发展趋势判断当变压器内部内存在高温过热和放电性故障时，绝大多数情况下 C2H4/C2H63，编码为 2。于是，可选用三比值中的其余两项构成直角坐标系，以 CH4/H2 为纵轴，C2H6/CH4 为横轴，即构成了 T（过热）D（放电）图。由此可见，TD 图判断法主要用于区别变压器是存在过热性故障还是
8、放电性故障，它兼有气体成分谱图法和三比值法的优点。根据历次比值作图，能迅速正确地判断故障性质，有的根据运行经验将其划分成几个区域，能非常直观地反映出故障发展趋势，如图 1 所示。图 1 过热区中 0 区为轻微过热。I 区为中等过热。II 区为过热注意区域，可能存在较严重的局部过热故障。放电区中 0 区为电晕放电或低能量局部放电。I 区为放电故障的注意区域，应加强跟踪监测。II 区为电弧放电区域，一般已比较严重要停电检查。TD 图法最大的优点，就是根据多次检测的结果可能在图上显示出故障的发展趋势和严重程度。如在图 1 中的折现为某变压器 14 次色谱分析的结果，从图中可看出该变压器存在一般性局部
9、发热，并未发展成放电性故障。2.4 根据总烃含量及产生速率判断绝对产气速率可以很好的体现出故障性质以及发展程度，无论是横向比较,即和同类产品比较或者是纵向比较，即同历史数据比较，都有着很好的可比性。然而，在具体的实践中，通常不容易求得，所以，大多数使用相对产气速率进行分析和判断。若设备通过真空滤油脱气之后，要及时地测量绝对产气速率，同时采用以下判断标准：如果总烃产气速率和总烃的绝对值都小于注意值，那么变压器正常。总烃大于注意值、但不超过注意值的 3 倍，总烃产气速率小于注意值，则变压器有故障，但发展缓慢，可继续运行并注意观察。总烃大于注意值、但不超过注意值的 3 倍，总烃产生速率为注意值的 1
10、-2 倍，则变压器有故障，应缩短试验周期，密切注意故障发展。总烃大于注意值的 3 倍，总烃产气速率大于注意值的 3 倍，则设备有严重故障，发展迅速，应立即采取必要的措施，有条件时可进行吊罩检修。2.5 特征气体变化与变压器内部故障的关系特征气体变化与变压器内部故障的关系，如表 3 所示。此外，与油中溶解气体相类似，判断变压器内部故障的方法，使用气体继电器积聚的气体来判断。不过，他只有在变压器内部已有故障时才能判断，而不是发现早期潜伏性故障。这种方法是通常以气体继电器中的气体颜色和故障性质的关系来判断变压器内部的故障，如表 4 所示。尽管根据气体成分变化分析判断变压器故障尚存在一些不确定性，以及
11、如三比值法中的编码缺损等问题，但油色谱分析的有效性已为大量故障诊断的实践所肯定。如变压器油中的溶解气体 CO 和 CO2 能够反应一定的纸绝缘故障，上述气体的产气速率也能反映故障的发展情况，并且部分比较成熟的内容已经被列入相关的规程和导则中。油中热症气体变化与变压器内部故障的关系及判断方法，在变压器故障诊断中虽仍存在有不足，但这些不足正逐步解决，并不断得到现场经验积累的补充和完善。参考文献：1美国电气和电子工程师协会，工厂配电（北京有色冶金设计研究院电力室译）.电力工业出版社，1982.2耿毅主编.工业企业供电M.冶金工业出版社，1985.3刘介才主编.工厂供电M.机械工业出版社，1984.4苏文成主编.工厂供电M.机械工业出版社，1981.