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淺論變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)論文
關(guān)鍵詞：變壓器分析測(cè)量預(yù)防性試驗(yàn)
摘要：預(yù)防性試驗(yàn)是保證電力變壓器安全運(yùn)行的重要措施，對(duì)變壓器故障診斷具有確定性影響，通過各種試驗(yàn)項(xiàng)目，獲取準(zhǔn)確可靠的試驗(yàn)結(jié)果是正確診斷變壓器故障的基本前提。
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(cè)量、繞組直流電阻的測(cè)量、介質(zhì)損耗因數(shù)tgD檢測(cè)、交流耐壓試驗(yàn)、線圈變形試驗(yàn)、局部放電測(cè)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(cè)的方法，對(duì)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(huì)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(duì)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(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(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(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。經(jīng)驗(yàn)證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度有關(guān)，不同故障或不同能量密度其產(chǎn)生氣體的特征是不同的，因此在設(shè)備運(yùn)行過程中，定期測(cè)量溶解于油中的氣體成分和含量，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障有非常重要的意義和現(xiàn)實(shí)的成效，在1997年頒布執(zhí)行的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中，已將變壓器油的氣體色譜分析放到了首要的位置，并通過近些年的普遍推廣應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)積累取得了顯著的成效。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(duì)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(dòng)引起過熱約占14.4%；其余2.1%為其他故障，如硅膠進(jìn)入本體引起的局部油道堵塞，致使局部散熱不良而造成的過熱性故障。而電弧放電以繞組匝、層間絕緣擊穿為主，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛狐等故障�；鸹ǚ烹姵Ｒ娪谔坠芤�對(duì)電位未固定的套管導(dǎo)電管、均壓圈等的放電；引線局部接觸不良或鐵芯接地片接觸不良而引起的放電；分接開關(guān)拔叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。
對(duì)變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷，有賴于對(duì)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。
同時(shí)還要注意由于故障產(chǎn)氣與正常運(yùn)行產(chǎn)生的非故障氣體在技術(shù)上不可分離，在某些情況下有些氣體可能不是設(shè)備故障造成，如油中含水可與鐵作用生成氫氣，過熱時(shí)鐵芯層間油膜裂解也可生成氫，新的不銹鋼中也可能在加工過程中或焊接時(shí)吸附氫而運(yùn)行后又緩慢釋放，另外，某些操作也可生成故障氣體，如有載調(diào)壓變壓器中切換開關(guān)油向變壓器主油箱滲漏或選擇開關(guān)在某個(gè)位置動(dòng)作時(shí)懸浮電位放電的影響，設(shè)備油箱帶油補(bǔ)焊，原注入油含有某些氣體成分大修后濾油不徹底留有殘氣等。
2.繞組直流電阻的測(cè)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。長(zhǎng)期以來，繞組直流電阻測(cè)量一直被認(rèn)為是考察變壓器絕緣的主要手段之一，有時(shí)甚至是判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。如在對(duì)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。通過上述例子可見，變壓器直流電阻的測(cè)量對(duì)發(fā)現(xiàn)回路中某些重大缺陷起到了重大作用。
3.繞組絕緣電阻的測(cè)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(duì)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(duì)來講，單純依靠絕緣電阻絕對(duì)值大小對(duì)繞組絕緣作判斷，其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測(cè)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(duì)于鐵芯夾件、穿心螺栓等部件，測(cè)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(jiǎn)單，絕緣介質(zhì)單一，正常情況下基本不承受電壓，絕緣更多的是起隔離作用，而不像繞組絕緣要承受高電壓，比如我們預(yù)試中曾多次通過絕緣搖表發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯一點(diǎn)或多點(diǎn)接地的情況，也曾通過絕緣電阻的測(cè)量發(fā)現(xiàn)變壓器套管瓷件破裂、有裂紋現(xiàn)象。
4.測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)tgD
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(cè)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(xiàn)場(chǎng)我們一般測(cè)量的是連同套管一起的tgD，但為了提高測(cè)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。如在對(duì)變壓器做預(yù)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)一相套管介質(zhì)超標(biāo)，且絕緣不合格，讀數(shù)較低，經(jīng)分析后可能是由受潮引起，后拔出檢查發(fā)現(xiàn)套管末端底部有水份，套管已整體受潮，經(jīng)烘干處理后再做試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。測(cè)量泄漏電流和測(cè)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(jí)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(duì)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(cè)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(duì)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(dòng)、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(duì)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(duì)高電壓、大電流電力變壓器進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，對(duì)保證變壓器安全運(yùn)行有很大意義。
6.線圈變形檢測(cè)
變壓器繞組變形是指在電動(dòng)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(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(jié)果，在運(yùn)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(zhuǎn)。
6.2在運(yùn)輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和震動(dòng)等。如某供電部門在對(duì)35KV、20000KVA主變壓器運(yùn)輸途中，遭受強(qiáng)烈撞擊。事后在對(duì)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(duì)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(duì)端圈錯(cuò)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(zhǎng)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(dòng)作失靈，導(dǎo)致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用時(shí)間長(zhǎng)，造成繞組變形。
結(jié)語
在變壓器計(jì)劃?rùn)z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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