电力变压器过热故障及其综合诊断

0　引　言过热故障是电力变压器较常见的故障,业内人士对此做了大量研究工作且取得丰硕成果[1~4],但这些研究和论文大多针对过热故障的某一方面,有一定的局限性。本文在分析各种过热性故障产生机理的基础上,较系统地提出了以油色谱为主结合有关电气试验、红外测温来分析变压器过热性故障的性质、原因和部位的综合诊断方法。1　变压器过热故障1 1　导电回路过热故障导电回路的具体故障按部位分主要有分接开关故障、引线连接部分故障和高低压绕组故障漏磁通引起的局部过热[5,6]。1 1 1　切换开关电接触性热故障切换开关过热故障中电接触性热故障比例>50%,为磨损和腐蚀使触头间接触电阻增大,发热量增加所致,主要出现在有载调压变压器中,特别是调压频繁、负荷电流大的变压器。它的检出主要靠直流电阻测试和油色谱分析,如直流电阻相间不平衡率高、特征气体为氢烃类、总烃高,三比值编码为(022)、(021)、(002)。1 1 2　绕组连接处故障过热故障中绕组连接处的约占 15%,主要出现在低压绕组和套管连接处,大电流作用使接触面氧化、腐蚀,形成较大的接触电阻,最终形成过热。在中、小型配电变压器中这类故障占故障率的 50%,最后发展为损坏事故的也较多。它的检出也主要靠直流电阻测试和油色谱,但油色谱特征气体中 CO、CO2 含量相对较高。此类故障可分为内、外部,对外部故障,红外测温技术也可较准确诊断。1 1 3　高低压绕组故障高低压绕组故障多为低温过热故障,因温度不高、油分解不剧烈,烃类气体含量不高,但 CO、CO2含量变化较大,如不加注意,将加速绝缘老化导致绕组匝间短路并损坏变压器。这类故障的检出主要靠绝缘电阻及吸收比、极化指数的测试。1 1 4　漏磁通引起的局部过热这类故障目前尚无很有效的检测方法,但考虑到磁通回路通常经过油箱,故可用红外测温仪器检测油箱是否有过热部分。1 2　磁路回路过热故障磁回路过热故障按原因和部位可分为:铁心故障及零序磁通引起的局部过热。1 2 1　铁心故障这类故障约占过热故障的 33%,主要表现为铁心多点接地,包括稳态和暂态多点接地。它的检出主要在油色谱异常时测铁心接地电流,正常时应<0 5 A,如>0 5 A应引起注意,停电后也可测铁心对地绝缘电阻,必要时也可作空载实验,用测变压器空载损耗的办法检出。测定铁心故障的具体部位有直流法和交流法两种,前者在铁心铁轭两侧硅钢片上通入6 V直流电,然后用直流电压表依次测量各级硅钢片的电压,当电压等于零或表针指示反向时可认为该处是接地故障点;后者是将变压器低压绕组接入交流电压,这时铁心中存在磁通,如有接地故障,用交流 mA 表逐级测量时会出现电流,当 mA表电流为零时则该处为故障点。1 2 2　零序磁通引起的局部过热零序磁通是主磁路周围的故障,与漏磁通形成的原因不同,但引起的过热故障现象和检出方法与漏磁通引起的局部过热类似。1 3　其他部位的过热其它过热有局部油道堵塞致使局部散热不良引起过热,潜油泵、油冷却器故障等。这些故障的机率虽很小但不可忽视。2　综合诊断方法2 1　油色谱(DGA)诊断过热性故障过热性故障的主要诊断方法是基于油色谱的诊断方法[7]。变压器内部发生热或电故障时,变压器油中会产生相应的特征气体,不同类型故障对应于不同的特征气体。在过热故障中只有热源处绝缘油分解时,特征气体是CH4 和C2H4,两者之和在总烃中>80%,且随着故障点温度的提高,C2H4 所占比例增加,一般高、中温过热时 H2 在氢烃总量中<27%,且随着温度的升高H2 绝对含量有所增长,但其比例却相对下降。严重过热时也会产生少量C2H2,但在总烃中<6%。过热涉及固体绝缘时除产生上述气体外,还会产生大量的CO和CO2。通过IEC三比值法可诊断过热性故障的程度,如022、021、020 或 001 分别对应高温过热、中温过热、低温过热。绝对产气速率能较好地反映出故障性质和发展程度,不论纵比(比历史数据)、横比(比同类产品)均有较好的可比性。当设备经真空滤油脱气后应及时测量绝对产气速率。当总烃含量高且总烃产气率增加很快时说明故障严重。当总烃产气率与电压平方近似成正比时可能是磁路中铁心部分故障,当总烃产气率近似与电流平方成正比时可能是电路中分接开关、引线接头有电阻性故障。以上总烃产气率法有曲线比较、直线拟和及相关系数三种分析方法[5],本文提出一简化方法:降低或升高负荷则变压器电流也相应降低或升高,如果总烃产气率相应变化则为导电回路分接开关、引线接头故障,否则为导磁回路铁心故障。此法有效且不需停机,为推荐使用方法。2 2　综合诊断相对其它方法,基于 DGA的诊断法比较有效,也是当前应用较多的诊断法,但仅靠 DGA 诊断仍有一定局限性,不仅诊断周期长、实时性较差,且DGA一般无法判定过热故障的具体原因和部位。本文提出了以基于油色谱特征气体的诊断法为主,辅以直流电阻、铁心接地电流、铁心绝缘电阻等电气试验和红外测温来综合分析诊断变压器过热故障。首先根据油色谱的特征气体、产气率,通过三比值判断变压器是否有过热性故障及故障程度,根据油中CO、CO2 含量及其变化判定过热是否涉及纸绝缘,如果烃类气体含量不高,但 CO、CO2 含量变化较大,则可能涉及绕组故障。故确认过热故障后降负荷,若总烃产气率也相应降低则怀疑电路的分接开关、引线接头故障,对此用直流电阻验证,若直流电阻异常则确诊。对外部的引线接头故障可由红外测温检测出。若总烃产气率不随负荷变化则怀疑铁心或其他故障,通过测量铁心接地电流、铁心绝缘电阻或空载试验可诊断铁心故障,若排除铁心故障则怀疑其他故障,如油道堵塞。3　变压器过热故障综合诊断典型案例3 1　分接开关过热故障某变电站 20 MVA、110 kV 有载调压主变压器,停电检修前油色谱检查分析异常(见表1)。表1　某变压器分接开关过热故障色谱数据Tab.1　DGA data for OTLC overheatfault of a transformer 10-6φ(B) H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1+C2 CO CO2前一年 31 21.2 20.5 7.8 0 49.5 981 5988检修前 304 443.5 110.9 946 56.1 1156.5 1082 6430检修后 9.2 3.4 5.9 58.2 0 67.5 165.5 1480.6　　由表1可知,该变压器前一年色谱正常,这次检修前色谱分析(特征气体法)明显暴露出主变存在过热故障,三比值法编码为 022,属温度>700°C的高温过热。进行直流电阻试验后,发现 35 kV侧直流电阻不平衡率高,铁心对地绝缘电阻正常,由此分析故障部位可能为引线接头、有载分接开关,由红外测温仪检测正常,故进一步怀疑分接开关故障。经吊罩检查发现 35 kV 分接开关中相下方油箱底部有铜屑,打开后明显发现 35 kV分接开关中相运行挡严重接触不良,动、静触头间几乎烧断,因发现及时避免了一起严重事故。3 2　铁心多点接地故障某2 000 kVA、35 kV 主变压器轻瓦斯动作频繁,其温升较正常时偏高,但电气试验未发现绝缘不良或受潮,油色谱分析结果如表2。表2　某变压器铁心多点接地故障色谱数据Tab.1　DGA data for iron core multipointearthing fault of a transformer 10-6φ(B) H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1+C2 CO CO2数值 60 139 21 430 4.6 594.6 35 711　　色谱反映 CH4、C2H4、总烃超标,C2H2 已接近注意值,说明主变存在过热故障。三比值编码组合为022且有 C2H2 产生,说明此变压器内可能存在>1 000°C的高温点,因 CO、CO2 不多,初步分析为接头接触不良或铁心多点接地故障,对变压器减负荷,发现总烃产气速率并未下降,故进一步怀疑磁路铁心故障。经吊芯检查,接线头及分接开关接触良好。测铁心对地绝缘电阻,发现底部垫脚对铁心的绝缘电阻很低,引起铁心两点接地,产生于铁心与外壳间的环流造成高温过热。更换绝缘垫脚并用滤油机对变压器油脱水、脱气后运行正常。3 3　引线接头故障某31 5 MVA、110 kV 有载调压变压器,定期色谱试验发现总烃超标,其跟踪数据如表3。表3　某变压器引线接头故障分析数据Tab.3　DGA data for connectorfault of a transformer 10-6φ(B) CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1+C2 H2 CO CO297 12 16 99.2 35.9 202.9 0　 338　 68 855 47.697 12 26 109.2 39.1 211.5 0　 359.9 63 827 4 58498 01 04 149.6 57.5 276.0 0　 483.1 63 715 4 23898 01 08 160.3 63.1 303.7 0.1 527.2 72 768 4 194　　三比值编码组合为022,说明故障为>700°C的过热。因φ(CO)、φ(CO2)未增加,故判断为裸金属过热。从总烃产气率看,故障发展越来越快,远超过注意值,故停电检查。用 2 500 V 兆欧表测得铁心对地绝缘为1 000 MΩ,初步排除铁心故障。直流电阻试验发现不平衡系数严重超标,估计为分接开关或引线接头故障,经红外测温发现高压侧 C相引线接头处有一过热点。经吊罩检查分接开关接触良好,但高压侧 C 相引线与均压环接触不良、发热并烧断12股,断股处有烧伤痕迹。将其包扎好后重测直流电阻为正常。该变压器重新投运后运行正常。4　小　结变压器内部过热性故障诊断较复杂,故障类型与部位密切相关,不同故障点反映出不同的故障类型。本文提出以油色谱为主,辅助以直流电阻、铁心接地电流、铁心绝缘电阻等电气试验和红外测温综合分析诊断变压器过热故障,实践证明该法对中、小型变压器的典型过热故障诊断可靠、有效。电力变压器过热故障及其综合诊断@马宏忠$河海大学电气工程学院!南京210098 @李峥$河海大学电气工程学院!南京210098变压器;;过热故障;;诊断电力变压器各类故障中过热故障比重很大且类型多样,油色谱能较有效判断出过热故障,电气试验和红外测温能较准确判定故障的原因和部位,提出了以油色谱为主结合有关电气试验、红外测温来分析过热故障性质、原因和部位的综合诊断方法。实践证明此法诊断中、小型变压器典型过热故障十分有效。[1]Barry,Finlay.Oil filled electrical plant condition assessment interpreta tion of dissolved gas analysis[R].Newcastle,Australia:AdvancedTech nologyCenter,PacificPowerInternational,1995. [2]宁　云,文习山,陈超强气相色谱分析诊断变压器潜伏性故障[J]高电压技术,2002,30(8):2224 [3]LinWeisong,HungChinpao,WangManghui.CMAC based fault diagno sis of power transformer[J].IEEE t