變壓器絕緣故障的分析與判斷論文

　　摘要：

　　變壓器內部出現絕緣故障時，不管故障的性質如何，我們都要引起足夠的重視。因為一旦絕緣材料的絕緣性能受到破壞，很可能進一步發展成為變壓器的主絕緣或縱絕緣的擊穿事故，導致變壓器的損壞，威脅著電網的安全運行，所以對變壓器的故障定位一定要準確，判斷變壓器發生異常或故障時，首先要通過變壓器油中溶解的特征氣體進行分析，判斷故障是涉及變壓器固體絕緣還是裸金屬，這為我們在設備維護和檢修工作中，提供了有力的理論依據和技術支持。

　　關鍵詞：變壓器；絕緣故障；故障分析；故障判斷

　　隨著變壓器運行時間的延長，變壓器可能產生早期故障，油中某些可燃性氣體則是變壓器內部故障的先兆，這些可燃氣體可降低變壓器油的閃點，從而引起初期故障。。

　　變壓器油和纖維絕緣材料在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產生的氣體大部分溶于油中，但產生氣體的速率是相當緩慢的。當變壓器內部存在初期故障或形成新的故障條件時，其產氣速率和產氣量則十分明顯，絕大多數的初期缺陷都會出現早期跡象，因此，對變壓器產生氣體進行適當分析即能檢測出故障。

　　一、變壓器油中的氣體類別。

　　氣相色譜法是對變壓器油中可燃性氣體進行分析的最切實可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測量兩個過程。礦物油是由大約2871種液態碳氫化合物組成的，通常只鑒別絕緣油中的氫氣（Hz）、氧氣（02）、氮氣（N2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H）、二氧化碳（CO：）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9種氣體，將這些氣體從油中脫出并經分析，證明它們的存在及含量，便可反映出產生這些氣體的故障類型和嚴重程度。

　　二、變壓器產氣故障的類型及特征。

　　變壓器內部故障一般分為兩大類：過熱性故障和放電性故障。過熱性故障又分為輕微過熱（150℃）、低溫過熱（150—300℃）、中溫過熱（300—700℃）、高溫過熱（大于700℃）。對于變壓器內部過熱性故障，按其發生的部位，通常將其歸納為3類：

　　（一）接點與接觸不良。如引線連接不好，分接開關接觸不良，導線接頭焊接有問題等。

　　（二）導體故障。如線圈不同電壓比并列運行引起循環電流發熱、導體超負荷過電流發熱、導體絕緣膨脹堵塞油道而引起的散熱不良等。

　　（三）磁路故障。如鐵芯兩點或多點接地、鐵芯短路引起鐵芯與穿芯螺絲短路、漏磁引起的夾件等局部過熱。

　　過熱故障產生的部位不同、能量不同，其產氣特征也不相同。

　　l、裸金屬過熱性故障。

　　對于不涉及固體絕緣的裸金屬過熱性故障，其氣體的來源是變壓器油的高溫裂解。變壓器油裂解產生的氣體，主要是低分子烴類，其中以甲烷、乙烯為主，一般二者之和占總烴的80%以上。當故障點溫度較低時，甲烷占的比例大；隨著熱點溫度的升高，乙烯、氫氣組分含量急劇增加，比例增大；當發生嚴重過熱，故障點達到800℃及以上時，也會產生少量的乙炔氣體。

　　2、涉及固體絕緣材料的過熱性故障。

　　變壓器油在正常老化過程產生WJ氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO：），當涉及該類過熱性故障除了引起變壓器油的裂解，產生低分子烴類氣體外，由于固體絕緣材料的裂解，還產生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO：）氣體，且隨著溫度的升高COJCO：的比值逐漸增大。

　　放電性故障主要分為高能量放電、低能量放電、局部放電三大類。

　　l、高能量放電也稱電弧放電。

　　在變壓器、套管內均會發生。引起電弧放電故障的原因，通常是線圈匝間絕緣擊穿、過電壓引起了內部閃絡、引線斷裂引起電弧、分接開關飛弧和電容屏擊穿等。此類故障的產氣特征主要是乙炔、氫氣的含量較高，其次是乙烯和甲烷。由于故障能量大，總烴含量很高。若電弧放電涉及到固體絕緣時，則瓦斯氣體和油的溶解氣體中，除了乙炔氣體含量較高外，一氧化碳的含量也很大。

　　2、低能量放電也稱火花放電，它是一種間歇性放電故障。

　　鐵芯鋼片之間、鐵芯接地不良造成的懸浮電位放電；分接開關拔叉懸浮放電；一次線圈支持螺帽松動，造成的線圈屏蔽鋁箔懸浮電位放電等。此類故障的產氣特征主要成分是乙炔、氫氣，其次是甲烷和乙烯，但由于故障能量較低，其總烴含量不高。

　　3、局部放電是指液體和固體絕緣材料內部形成橋路的一種放電現象。

　　局部放電常發生在油浸紙絕緣或懸浮帶電體的空間內。局部放電產氣特征主要為氫氣，其次是甲烷。當能量較高時，也會產生少量乙炔。無論哪種放電，只有涉及到固體絕緣材料，都會使油中的一氧化碳和二氧化碳氣體含量明顯增加。

　　三、如何判斷電氣設備的故障性質。

　　通過計算設備故障相對產氣速率，如果相對產氣速率遠大于10%能J要求，說明設備有異常，同時結合五種特征氣體的三比值法判斷電氣設備的故障性質：

　　（1）CzHz/C2I—L≤0.10.1C2I—L/C2H6<1時，屬變壓器已正常老化。

　　（2）0.1電），導致固體絕緣的放電痕跡。

　　（3）C2H7/C2H4≤O。lCHnL<0.1O.l≤C2I—L/CzH6放電，這種空腔是由于不完全浸漬、氣體飽和或高濕度等原因造成的。

　　（4）lC2I—L/CLH6>3時，屬電弧放電，有工頻續流的放電、線圈、線餅、線匝之間或線圈對地之間油的電弧擊穿。

　　（5）CzH2/CzH4——30.1C2H4/C2H6≈3時，屬低能量的放電，隨著火花放電強度的增長，特征氣體的比值逐漸增加到3，故障可能是懸浮電位體的連續火花放電或固體材料之間油的擊穿。

　　（6）0.1lC2H4/C2H6>0時。屬電弧放電兼過熱。

　　（7） C2H2/C2H4≥3CH4/H2≥1C2H4/C2H6>O時，屬火花放電兼過熱。

　　（8） CzHz/CzI—L≤0.1 0.11< C2H4/C2H6<3時，屬低于150℃的熱故障，氣體主要來自固體絕緣材料的分解，通常是包有絕緣層的導線過熱。

　　（9）C2HZ/C2H4≤O.1C2I—L/C2H6<1時，屬300℃以下的低溫熱故障。

　　（lO）C2H2/C2I—L≤0.11< C2H4/C2H6<3時，屬300～700℃的中溫熱故障。

　　（ll）CzH2/C2H4≤0.1C2FL/CzH6>3時，屬高于700℃的高溫熱故障。

　　造成（9）、（10）、（11）的主要原因是由于磁通集中引起的鐵芯局部過熱，鐵芯短路，由于渦流引起的銅過熱，接頭或接觸不良以及鐵芯和外殼的環流等原因造成的。

　　四、故障的發展趨勢。

　　當故障類型確認后，必要時應進一步了解故障的發展趨勢，提出合理的建議和處理方法，將有助于檢修計劃的合理安排。確定故障的發展趨勢主要從以下幾個方面著手：

　　（一）絕緣油，紙熱解產生的氣體種類和含量與故障的類型、故障源的溫度有關，因此，可利用相關氣體的組分濃度對故障點的溫度進行估算。

　　①當故障源不涉及固體絕緣材料，可用C：I—L/C2H。的濃度比估算故障點溫度T：3321g（C2H./C：H6）+525

　　②當故障源涉及固體絕緣材料，若CO/CO：的比值大于0。33，則存在固體絕緣的裂化現象，可用公式T=—11961g（C02/C0）+660。

　　（二）變壓器內部存在故障時，可用C：H4/C 7H。的濃度比值計算的熱點溫度與三比值法判斷的溫度進行對比，用來檢驗判斷的準確性。

　　（三）產氣速率是判斷充油設備中產氣性故障危害程度的重要參數，通過產氣速率的變化比較，對分析故障性質和發展程度具有重要的作用。

　　（四）在氣體繼電器內部出現氣體的情況下，利用平衡判據法將繼電器內氣樣的分析結果與油中取出氣體的分析結果作比較，確定故障的發展趨勢。

　　五、實例分析。

　　2006年5月26日，安徽省宣城供電公司方塘變電站1撐主變（25MVA/110），經運行人員反映，變壓器運行溫度過高，我們在一個月內，對變壓器油中溶解氣體組分含量進行了三次跟蹤分析，發現總烴的產氣速率很高，遠大于10%/月的要求；通過三比值法的計算，計算結果為022，判斷設備內部存在高于7000C的高溫過熱。并且C：H4是總烴的主要成分，并伴有很少的C：H：，因CO、CO：在故障前后有明顯的增長，因此，可判定變壓器高溫過熱并涉及到變壓器的絕緣材料。高壓試驗室也對變壓器的直流電阻進行了測試，發現高壓三相電阻不平衡率有所增加，且大小排序也發生了微小變化。經變壓器吊罩檢查發現，變壓器C相繞組高壓側第二餅白布帶上有一個3mm大小的黑點，剖開白布帶，發現絕緣板的墊條已經炭化，該匝導線也發現有焊接質量問題，引起過熱。

　　六、結論。

　　變壓器存在異常或故障時，利用變壓器油中特征氣體的分析，容易發現設備內部的潛伏性故障，當由于方法本身的技術特點，卻也有自身的局限性。如無法確定故障的具體部位，對涉及同一氣體特征的不同故障類型易于誤判。所以必須結合電氣試驗、油質分析、設備運行及檢修情況等進行綜合判斷，才能較準確地判斷設備的故障部位、原因、嚴重程度和發展趨勢，從而制定出合理的處理措施。

　　為了減少電力生產的損失，并不是設備一有異常就立即進行停電檢修，如變壓器低溫、中溫過熱等故障，就不必停電可以繼續運行，只需縮短分析期，跟蹤故障的發展趨勢，等故障發展到一定程度后在停電檢修，否則會造成電力企業的經濟損失，也會由于設備早期故障難以查找和發現；對高溫過熱或有電弧放電等惡劣性質的故障，則必須及時停電檢修，否則容易出現由于設備故障釀成嚴重的安全事故。

　　參考文獻：

　　[1]電力部熱工研究院，電力用油（氣），1996，06。

　　[2]電力用油與六氟化硫cMl。中國電力出版社，2007。

　　[3]變壓器運行維護與故障分析處理[M]。中國電力出版社，2008

　　[4]電力工程化學運行與檢修[M]。中國電力出版社，2001。

【變壓器絕緣故障的分析與判斷論文】相關文章：

有載調壓變壓器故障診斷分析論文10-09

維修電工故障排除的要點分析的論文10-11

關于A330火警環路故障的分析論文10-10

機床電氣設備故障與維修分析論文10-10

關于A330火警環路故障分析論文10-11

DCS數據通訊及故障分析論文10-09

關于飛機襟翼系統故障的分析論文10-10

組合機床故障診斷與項目修理分析論文10-09

YS型冷水機組故障分析論文10-11

有線數字電視故障解決路徑分析論文10-10