变压器常见故障及其在线检测技术

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1、第22卷第2期镇江高专学报Vol.22No.22009年4月JournalofZhenjiangCollegeApr.,2009变压器常见故障及其在线检测技术陈爱国(泰州师范高等专科学校财经系,江苏泰州225300)摘要:变压器是电力系统中关键的设备之一,它承担着电压变换、电能分配的任务。其在运行的过程中会发生不可预知的故障,必须快速诊断和排除故障,主要方法有油中溶解性气体分析及检验、局部放电检测、绕组温度检测等在线检测技术。关键词:变压器;故障分析;在线检测中图分类号:TM40文献标识码:C文章编号:100828148(2009)022003

2、72030引言电力变压器事故时有发生,这些事故会影响到电网运行安全。变压器的稳定运行是保证工农业生产各种设备正常运转的前提条件。通过对故障类型进行分析,及时准确地诊断出原因并采取有效措施,是保证电网和电力设施安全的一项十分重要的工作。1常见故障及原因[1]变压器常见故障有短路故障、放电故障、绝缘故障、声音异常故障等。下面列举其中几项进行简要分析:1.1短路故障变压器短路故障主要发生在变压器的出口电路,主要有相间短路和接地短路。若发生短路故障,变压器绕组可能通过额定电流数十倍的短路电流Ist,短路电流会在绕组上产生大量的热,从而使绕组变形甚至击穿

3、,严重时还会发生火灾。故障原因主要有:1)变压器设计缺陷导致抗短路电流能力小。2)绕组采用软导线,早期绕线装备及工艺比较简单,绕组一般不使用半硬导线。主要在农村老式变压器中使用。3)绕组绕制较松,电磁线悬空。4)出口短路故障频发,多次短路电流冲击后导致绝缘层击穿。1.2放电故障变压器的放电故障分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型。在变压器正常工作时,绝缘层内的气隙、油膜发生放电的现象称为局部放电。火花放电主要是油中掺入了杂质。电弧放电是高能量放电,常出现在绕组匝间层绝缘击穿后。1.3绝缘故障变压器绝缘是变压器正常工作和运行的基本条件。变压

4、器的使用寿命多由绝缘材料的寿命决定。以绝收稿日期:2009-01-12作者简介:陈爱国(1978—),男,江苏姜堰人,助教,硕士生,主要从事电气工程及其自动化教学研究。·37·缘材料角度来看,有油浸变压器和干式树脂变压器两种。以油浸变压器为例主要包括以下两种情况。1)固体纸绝缘故障。固体纸绝缘包括绝缘纸、绝缘板、绝缘垫、绝缘卷、绝缘绑扎带等,它们的寿命影响到变压器的整体寿命,这种故障出现的概率一般较小。[2]2)液体油绝缘故障。变压器绝缘油是各种烃、树脂、酸和其他物质的混合物,这些物质在一定条件下稳定性会发生变化,如在温度、电场及光合作用等影响

5、下会不断地氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢,但当油中混入了其它东西,如金属、杂质、气体等时,它的氧化过程就会发生变化,因为混入油中的金属、杂质、气体等会加速氧化的发展,使油质变坏,颜色变深,透明度下降,使油的性质劣化。2在线监测技术2.1油中溶解性气体分析及检测[3]由于变压器内部不同的故障会产生不同的气体,因此通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比,可以达到对变压器绝缘情况进行诊断的目的。如H2,CO,CH4,C2H6,C2H4和C2H2常被作为分析的特征气体。在检测出气体及成分后,用特征气体法或比值法判断变压器的内部故

6、障。利用气相色谱法(DGA)检测绝缘油中[4]溶解气体的含量(见图1),以此来判断充油电力设备内部故障的类型及其严重程度。这种方法在技术上非常成熟,已经成功地预防了很多变压器发生严重事故。绝缘油在热和电的作用下,能分解出H2,CO,CO2以及多种小分子烃类气体,充油电力设备内部故障的类型及其图1光的干涉原理图严重程度与这些气体组分及产气速率有着密切的关系。2.2局部放电在线检测技术变压器在内部出现故障或运行条件恶劣时会因局部场强过高而产生局部放电。放电水平及其增长率的明显变化,能够指示变压器内部正在发生的变化。但是变压器正常运行时,由于受到电网

7、的影响,其内部的局部放电不易被检测出来,需要在其内部安装传感器进行检测。[5]传感器的安装如图2所示。装置的原理是利用变压器绕组在特定频率范围内等值电路的特点,导出变压器绕组内部产生局部放电时首末端电压(或电图2变压器内部绕组安装传感器示意图流)比值与放电点位置的关系,据此定出故障点位置。变压器局部放电在线测量定位时,需要采集每一绕组的首端及末端信号并进行放大、滤波及数据处理。·38·采用多路模拟开关接入接口电路,利用单片机进行控制和数据处理,可依次对每个变压器的每个绕组进行测量及定位。2.3绕组温度在线检测技术[6]绕组温度检测(见图3)主要

8、用于监测变压器绕组的温度,给出越限报警,并在需要时启动保护跳闸。绕组温度检测系统主要由宽带光源、耦合器、测温探头、分析仪等组成。由宽带光源发出的光束经