变压器在线监测与故障诊断新技术研究

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1、化，最后导致最脆弱的一根引接线的连接铜套烧断。如果不是尽早及时的被监测出，后果将十分严重。从故障统计的数据情况来看，对于变压器及其他各种电力设备而言，外部故障发生的次数远远大于内部故障发生的次数。内部故障的发生不超过总体故障次数的10%。但是内部故障对于设备自身及电力系统可能造成的损害将远远大于外部故障。例如，变压器内部故障的短路电流和高温电弧会使变压器油迅速老化，而继电保护装置又未能及时切断电源，使故障较长时间持续存在。这样箱体内部压力将持续增长，高压的油气会造成防爆管或箱体爆炸，使变压器本体遭受严重[3,4]损坏。故变压器内

2、部故障的破坏性比外部故障要大得多。目前全国跨区联网日益紧密，局部故障有可能引发更大范围的电网事故，并存在大面积停电的风险。另外电网的建设总滞后于用电负荷和电源的发展，因而网架结构薄弱。变压器、断路器等电气主设备的故障将会严重影响到电力系统的安全运行。当今我国电力发展速度快，变压器检修呈现点多、量大、面广、战线长的局面。因而赶工期、抢进度的现象时有发生，设备的调试工作搞得比较仓促，所有这些因素都可能为变压器设备的正常运行埋下隐患。因此在线监视变压器的运行状态对及[5,6,7]时发现变压器内部存在的故障具有非常重要的意义。对变压器故

3、障的在线监测，可以及时地掌握变压器设备内部绝缘的真实状况，尽早地发现变压器内部存在的故障隐患。并能根据需要决定是否进行检修以及其他处理，以防止发生事故损坏。这样就能尽早地阻断变压器潜伏性故障的发展和扩大，可以将故障消灭于萌芽状态，因而这对于提高电力系统的可靠性具有非常重要的作用。这也是监督与保障变压器安全运行的一个重要手段，并具有在运行中不停电监测和早期故障诊断的优点。而且对变压器潜伏性故障进行在线监测，可以根据设备的实际情况进行状态检修，实现不该修不修，该修必修，修能修好的目的，从而显著提高了检修的经济性及变压[8,9]器设备

4、的可靠性。而不用像传统的“一刀切”方式那样进行定期检修。不用修的也修了。有时本来没毛病的装置经检修完毕后反而出了问题，使检修的目的适得其反而且还浪费人力和物力。1.2变压器内部故障目前，油浸式变压器大多采用油纸组合绝缘。而变压器中的绝缘油及有机固体2绝缘材料，在热和电的作用下，闪点降低并逐渐老化和分解，产生少量的氢、低分[10]子烃类气体和碳氧化物。当变压器内部发生潜伏性故障时，分解速度会加快，产气速率会增加，并经扩散、对流不断地溶解在变压器油中。变压器内部故障时气体产生的原因有如下几种：1、绝缘油的分解及油中气体的产生变压器油

5、是经石油炼制并加入一定量的油品添加剂如抗氧化剂、降凝剂等而成的一种成品油。绝缘油一般具有70kV以上击穿电压的高介质强度。我国炼制绝缘油选用的原料为石蜡基原油、环烷基原油和混合原油3种，主要包含烷烃、环烷烃、芳香[2,10,11,12]烃以及不饱和烃等碳氢化合物。由于绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，当变压器油由于受电或热时，可以使其某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基。这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、

6、乙炔等。乙烯是在大约为500℃（高于甲烷和乙烷的生成温度）下生成的。乙炔的生成一般在800℃~1200℃的温度，而且当温度降低时，反应迅速被抑制。因此大量乙炔是在电弧的弧道中产生的。2、固体绝缘材料的分解电力变压器的绝缘材料如浸在油中的有机绝缘材料构成了变压器的绝缘系统。变压器绝缘材料的寿命对于变压器的使用寿命起着决定性的作用。电力变压器绝缘系统的好坏直接影响着变压器的正常工作和运行。绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物质。变压器绝缘材料不仅可用于隔离带电或不同电位的导体，[2,31]还起着散热、冷却、固定、灭弧、改善

7、电位梯度、防潮和保护导体等作用。目前，我国110kV及以上等级的大型电力变压器主要采用油纸绝缘结构，主要的绝缘材料是绝缘油和绝缘纸以及纸板。纸、层压纸板或木块等固体绝缘绝缘材料成分主要是纤维素。纤维素是由长链的糖和单糖构成的线性高分子化合物。在变压器运行环境中的温度、电场、机械应力等因素的综合作用下，纤维素链发生断裂，从而导致机械强度下降。因此绝缘纸的强度取决于纤维的状况、强度及其化学键。一般新绝缘纸的聚合度为1300左右。当受损下降至250左右时，其机械强度已下降到超过一半3以上。当聚合度为150~200左右时，绝缘纸将由于极

8、度老化致使其寿命终止。当油[2,31,37]纸绝缘中存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是氢和甲烷。在故障温度稍高于正常运行温度时，产生的气体主要是甲烷。随着故障温度的升高，乙烯和乙烷逐渐成为主要特征气体。在温度高于1000℃时，例如在电弧弧道温度(3000℃以