變壓器早期故障分析

鄭加能

摘要：文章介紹了電力設(shè)施中變壓器所發(fā)揮的作用和早期故障的檢測方法。變壓器的檢測，通俗點(diǎn)講就是對變壓器的工作狀態(tài)、變壓器有關(guān)參數(shù)、信號進(jìn)行采集分析。通過外在的檢測，及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的故障及其運(yùn)行趨勢，盡量避免由于發(fā)生變壓器重大安全事故所帶來的重大經(jīng)濟(jì)與財產(chǎn)損失。

關(guān)鍵詞：變壓器；早期故障；故障分析

中圖分類號：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0048-02

1 變壓器早期故障分析的背景

1.1 變壓器的裝置概述及其應(yīng)用

在我國的電力設(shè)施中，變壓器是其最重要的組成部件之一，所以變壓器的早期故障的監(jiān)測裝置就顯得尤為重要，其工作的原理大致是：在變壓器里面的變壓器油當(dāng)中存在著溶解氣體，它們可以通過可以選擇的滲透膜來進(jìn)入電化學(xué)氣體傳感器內(nèi)。這時候的變壓器就會析出氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）等氣體，而且這些氣體會和空氣中的氧氣（O2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣變壓器的故障監(jiān)測裝置就會測量到氣體的含量變化，并根據(jù)其變化來判斷其可能存在的故障。

1.2 變壓器故障監(jiān)測裝置的技術(shù)支持

隨著我國的變壓設(shè)備的進(jìn)步發(fā)展和運(yùn)行時間的不斷增加，在變壓器內(nèi)的絕緣油和電的長期作用下，就會導(dǎo)致其內(nèi)部部件老化分解，并會產(chǎn)生不同的氣體。當(dāng)變壓器的內(nèi)部長時間不間斷運(yùn)行，其內(nèi)部就會出現(xiàn)潛伏性過熱，就會加大內(nèi)部氣體和空氣的發(fā)展速率。及時地測量并且分析氣體的組成成分和各成分所占的比例就能夠做到故障的早期監(jiān)測，掌握變壓器的運(yùn)行特性和故障的發(fā)生程度，可以及時地遏制事態(tài)的發(fā)展，減少設(shè)備的損失，降低維修的

成本。

2 變壓器的早期故障

2.1 導(dǎo)致變壓器故障的分類

變壓器的內(nèi)部故障一般來說，大致可以分為兩類：放電故障與過熱故障。在這兩種故障中，變壓器的故障可以根據(jù)判別的條件不同來分類，如果把過熱故障按照溫度的高低來分的話，就大致可以分為低、中、高溫過熱這三種情況；但是如果按照不同能量的密度來分的話就可以分為局部、低能量、高能量放電這樣的三種情況，對于一些外部故障引起的內(nèi)部故障最終是通過電性故障表現(xiàn)出來的，例如機(jī)械性的故障和內(nèi)部進(jìn)水故障。

2.2 變壓器產(chǎn)生故障的原因

2.2.1 過熱故障。在變壓器的故障分析當(dāng)中可以看出，絕緣加速劣化大部分都是由于過熱故障所產(chǎn)生的，假如熱應(yīng)力僅僅引起的是熱源外絕緣油的分解，那么通過實(shí)驗可以看出產(chǎn)生的特殊氣體主要是甲烷和乙烯這兩種氣體，并且通過統(tǒng)計計算可以得出兩種氣體所含的總烴量占所有氣體總量的80%還要高。而且還會進(jìn)一步地導(dǎo)致故障點(diǎn)的溫度急劇的升高，同時會伴隨著大量的乙烯氣體的產(chǎn)生，甚至在特殊的情況下會產(chǎn)生微量的乙炔。除了以上兩種比較多的氣體產(chǎn)生以外還會產(chǎn)生一定含量的二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）氣體，這兩種氣體會導(dǎo)致裸露在空氣中的局部金屬產(chǎn)生局部性的過熱現(xiàn)象。

2.2.2 放電故障。在變壓器的放電故障當(dāng)中，最主要的故障發(fā)生在高電應(yīng)力所作用條件下的絕緣劣化。

（1）變壓器產(chǎn)生故障中的高能放電的過程。在電力企業(yè)當(dāng)中，高能放電所產(chǎn)生的故障又可以叫做電弧放電故障，其大致故障時的特點(diǎn)就是產(chǎn)生的氣體大，反應(yīng)很劇烈。在測定的過程當(dāng)中，假如僅僅是采取測定油液當(dāng)中所溶解的氣體的辦法并不是很有效的措施，同時也很難進(jìn)行故障的預(yù)診斷。通常的情況下，溶解的油液當(dāng)中的氣體都是在變壓器發(fā)生故障之后才能夠檢測出來的，在這種情況之下，我們可以在故障發(fā)生之后對瓦斯等氣體成分進(jìn)行測定來及時準(zhǔn)確地進(jìn)行故障的分析與維修。

（2）變壓器高能放電所產(chǎn)生的影響。通過以上分析我們可以看出：高能放電故障所產(chǎn)生的氣體最開始是乙炔和氫，如果故障依舊持續(xù)的話就會進(jìn)一步地產(chǎn)生乙烯和丙烷等氣體。不同的材料所產(chǎn)生氣體的含量不同，在固體絕緣材料下，一般的情況下一氧化碳的含量高一點(diǎn)；另一方面，火花放電一般會出現(xiàn)在低能量的放電過程當(dāng)中，它們主要產(chǎn)生的氣體就是乙烯和氫。另外局部放電所產(chǎn)生的氣體特征是氫氣的含量比較高，占烴類氣體含量的85%以上，造成絕緣老化的氣體成分中，局部放電是其主要的原因，假如任其發(fā)展，就會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的安全隱患，甚至產(chǎn)生重大的安全事故。

3 變壓器內(nèi)部故障的詳細(xì)診斷方法

通過我國變壓器近幾十年的生產(chǎn)與工作的性能的總結(jié)和實(shí)驗的數(shù)據(jù)分析可以得出：當(dāng)變壓器處于潛伏性過熱與放電故障的運(yùn)行狀態(tài)下的話，就會在內(nèi)部油液當(dāng)中分解出各種低分子烴類以及含氧氣體，它們會隨著內(nèi)部機(jī)械故障的發(fā)展其產(chǎn)生的氣體的速度也在不斷地加快。這種情況下，故障所產(chǎn)生的氣體就會不斷地擴(kuò)散到油液當(dāng)中，隨著油液中氣體含量濃度的不斷增加，當(dāng)達(dá)到飽和狀態(tài)下就會有一部分的氣體進(jìn)入繼電器之中。由此可知，局部過熱和局部電弧放電引起的變壓器油和固體絕緣的裂解是最終導(dǎo)致充油電氣故障的原因。

3.1 變壓器故障的檢修方法

一般的情況下，我們可以大體地認(rèn)為絕對產(chǎn)氣速率是反映與衡量故障性質(zhì)的有效途徑。但是在一些實(shí)際的應(yīng)用情況下，就會存在著這樣或是那樣的困難，就像是難以得到所謂的絕對產(chǎn)氣速率。所以為了彌補(bǔ)這一缺陷，就只好用相對產(chǎn)氣的速率來進(jìn)行分析了，當(dāng)變壓器內(nèi)部的油液通過真空濾油脫氣之后，來進(jìn)一步地適宜和方便絕對產(chǎn)氣速率的衡量。在不同的情況下，可以根據(jù)當(dāng)時的條件來實(shí)施具體的工作流程，在有條件的時候可以通過進(jìn)行吊罩檢修。但是應(yīng)該指出的是由于對于以放電性為主的變壓器故障來說，只要是檢測到變壓器的早期故障之后就應(yīng)該盡快地進(jìn)行檢修，停止變壓器的運(yùn)行。這個時候就不再需要進(jìn)行產(chǎn)氣速率的追蹤了，因為這種追蹤只是適用于過熱性的變壓器的故障。在檢修的過程當(dāng)中，還要注意追蹤分析的時間和間隔等因素。間隔的時間要適宜，不宜過長但也不宜過短，一般的情況下，間隔周期為一到三個月最好，同時在追蹤的時候要用同一種氣體進(jìn)行追蹤，否則的話就沒有任何效果了。在進(jìn)行氣體追蹤的同時，要求不能夠停止裝置的運(yùn)行，還要保證其負(fù)荷的穩(wěn)定；我們還可以通過改變裝置的工作的負(fù)荷來求出追蹤產(chǎn)氣率與負(fù)荷的關(guān)系，就目前的變壓器的發(fā)展水平來說，可以在投入運(yùn)行前的色譜分析測試數(shù)據(jù)。

3.2 測定過程

就目前的變壓器的工作水平與工作條件來說，我們可以采用三比值法、含量比值法、產(chǎn)氣速率等措施來完成，但在使用的同時還存在著一定的缺陷，這種辦法在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，只能夠判別變壓器發(fā)生故障的程度和大致的發(fā)熱點(diǎn)的大致范圍，還不能夠及時準(zhǔn)確地判斷問題的回路。通過大量的實(shí)驗數(shù)據(jù)得到結(jié)論，利用總烴含量與電壓平方或電流平方成正比關(guān)系的總烴伏安法，可以有效地監(jiān)測磁路的過熱故障或是到點(diǎn)回路過熱故障的一系列問題。

3.3 以氣體繼電器中的氣體顏色和故障性質(zhì)關(guān)系來判別故障方法

在運(yùn)用以氣體繼電器中游離氣體為特征量的故障診斷方法，一般的情況下，都是根據(jù)繼電器中氣體的顏色與故障的性質(zhì)的關(guān)系來進(jìn)一步地分析和判斷內(nèi)部故障的。但是另一方面來說，由于內(nèi)部故障的初期所分解出的氣體將與油中的溶解氣體相互混合，聚集在氣體繼電器中的氣體成分和故障處的氣體成分并不一致，此時如果單以氣體有無顏色或者可燃與不可燃來判斷變壓器故障的性質(zhì)并不可靠。所以在這種情況下，我們可以應(yīng)用平衡診斷來解決潛伏性問題。

3.4 氣相色譜試驗與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析

現(xiàn)代社會中，利用氣相色譜分析充油設(shè)備中的油中所溶解的氣體是監(jiān)測變壓器等的充油設(shè)備過熱和放電等潛伏性危害故障的一種較為行之有效的預(yù)防性試驗方法之一，而且這種方法不需要變壓器停運(yùn)，只需抽取少量油樣分析就能判斷設(shè)備運(yùn)行中所存在的隱患、潛伏性故障的性質(zhì)以及嚴(yán)重程度等，并且對這種故障進(jìn)行早期預(yù)測，確保電氣設(shè)備正常運(yùn)行，避免發(fā)生事故和無計劃停電等。

利用對變壓器油中溶解氣體的分析方法能夠有效地診斷變壓器內(nèi)部的潛伏性故障的早期存在。具體的運(yùn)用要根據(jù)實(shí)際情況中的故障情況以及缺陷的不同程度、不同階段，采用不同的分析方法，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和外部電器數(shù)據(jù)的分析比較，充分發(fā)揮油化學(xué)檢測的靈敏性，正確地評判設(shè)備狀況或制定出切實(shí)可行的計劃，防患于未然，提高變壓器的運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)語

變壓器是電網(wǎng)設(shè)施中的重要組成部分之一，其充當(dāng)著電壓轉(zhuǎn)換、電能分配和電力傳輸?shù)娜蝿?wù)，并提供電力服務(wù)。它能否順利進(jìn)行工作將直接影響整個電網(wǎng)的工作性能。變壓器的故障大都是初期一些小問題沒有得到及時的處理而導(dǎo)致的。及時準(zhǔn)確地監(jiān)測變壓器的運(yùn)行狀態(tài)和分析變壓器的故障狀態(tài)是保證變壓器平穩(wěn)運(yùn)行的重要方式之一，全面深入地掌握變壓器的早期故障的監(jiān)測與處理方法對事故所產(chǎn)生的影響可以極大地降低，減少設(shè)備的損失，增加電網(wǎng)的建設(shè)步伐，為我國的和諧電網(wǎng)做出巨大的

貢獻(xiàn)。

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