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   我國(guó)電力系統(tǒng)使用的大型變壓器多為油浸式變壓器,其內(nèi)部變壓器油和固體絕緣材料由于受電場(chǎng)、熱、濕度、氧等因素的影響,會(huì)逐漸老化、分解,產(chǎn)生少量的氫、低分子烴類氣體、一氧化碳和二氧化碳等氣體,且大部分溶解在油中。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在潛伏性故障故障加劇時(shí),油中溶解氣體數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加,最終造成瓦斯保護(hù)動(dòng)作。顯然,故障氣體的組成、含量和產(chǎn)氣速率是診斷變壓器故障存在、發(fā)展以及故障性質(zhì)的重要依據(jù),通過(guò)檢測(cè)變壓器油的色譜情況,對(duì)早期診斷變壓器的內(nèi)部故障、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)至關(guān)重要。本文采用了變壓器油中溶解氣體分析使用的診斷方法。
1 電力變壓器故障診斷的優(yōu)點(diǎn)
  油中溶解氣體分析,在故障診斷方法上不僅是一門學(xué)科,而且是一門藝術(shù),正確的診斷離不開(kāi)科學(xué)原理與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合,離不開(kāi)不同學(xué)科知識(shí)的綜合以及不同專業(yè)(如:化學(xué)、電氣專業(yè)等)人員的配合。通過(guò)油中氣體分析,對(duì)早期診斷變壓器內(nèi)部故障故障性質(zhì)(包括故障類型、故障嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)等),提出針對(duì)性防范措施,實(shí)現(xiàn)變壓器不停電檢測(cè)和早期故障診斷等安全生產(chǎn)要求都具有極為重要的指導(dǎo)意義。
2 電力變壓器產(chǎn)氣故障類型及其油中氣體特性
2.1 過(guò)熱故障
  過(guò)熱故障產(chǎn)生的氣體主要是甲烷與乙烯,而乙烯是主導(dǎo)成分。若涉及固體絕緣材料,則會(huì)產(chǎn)生較多的CO、CO2。若無(wú)CO、CO2,就可能屬裸金屬局部過(guò)熱性故障。
2.2 放電故障
?。?)高能量放電故障,又稱電弧放電故障。這種故障產(chǎn)氣量大、氣體產(chǎn)生劇烈,運(yùn)用測(cè)定油中溶解氣體的方法不易對(duì)其進(jìn)行預(yù)診斷,往往是在出現(xiàn)故障(如:變壓器輕瓦斯發(fā)信)后,我們才可根據(jù)油中氣體、瓦斯成分的分析,對(duì)變壓器故障的性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行診斷。高能量放電故障氣體主要是乙炔和氫,其次是乙烯和甲烷;若涉及固體絕緣,CO的含量也較高。
 (2)低能量放電故障。一般是電火花放電,其故障氣體主要是乙烯和氫。由于其故障能量較小,總烴一般不會(huì)高。
?。?)局部放電故障。其產(chǎn)氣特征是氫組分最多(占?xì)錈N總量的85%以上),其次是甲烷。局部放電的后果是絕緣老化,如任其發(fā)展,會(huì)引起絕緣損壞,甚至造成事故。
2.3 受潮故障氣體特征
  其特征是存在大量的氫氣。若未及時(shí)處理,任其發(fā)展,勢(shì)必會(huì)引起放電性故障,甚至造成設(shè)備損壞。
3 電力變壓器故障診斷方法
3.1 有無(wú)故障診斷
 (1)測(cè)定故障特征氣體含量(分析數(shù)據(jù))并與油中溶解氣體含量的注意值進(jìn)行比較。若氣體濃度達(dá)到注意值(總烴、氫注意值均為150ppm,乙炔的注意值為5ppm),就應(yīng)引起注意,加強(qiáng)跟蹤分析,查明原因。
?。?)雖然注意值在反映故障的概率上有一定的可參考性,但由于受到油中氣體含量、變壓器容量、運(yùn)行方式、運(yùn)行年限等相關(guān)因素的影響,僅僅根據(jù)注意值的分析結(jié)果還難以正確診斷變壓器故障的嚴(yán)重性,絕不能作為劃分設(shè)備有無(wú)故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上,還應(yīng)充分考慮產(chǎn)氣速率等方面的影響,對(duì)所診斷的變壓器和查對(duì)的特征氣體應(yīng)有所側(cè)重、有所區(qū)別。只有這樣,我們才可根據(jù)分析進(jìn)一步確定變壓器有無(wú)故障,并對(duì)故障的性質(zhì)作出初步的估計(jì)。
?。?)產(chǎn)氣速率與故障能量大小、故障部位以及故障點(diǎn)溫度等情況直接相關(guān)。通過(guò)測(cè)定故障氣體產(chǎn)氣速率,便可對(duì)變壓器內(nèi)部狀況做進(jìn)一步的診斷。
?。?)為弄清氣體產(chǎn)生的真正原因,避免非故障原因所帶來(lái)的誤判斷,在變壓器故障診斷時(shí),我們還應(yīng)全面了解所診斷變壓器的結(jié)構(gòu)、制造、安裝和運(yùn)行、檢修以及輔助設(shè)備等諸多方面的情況,結(jié)合色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,以便正確診斷變壓器有無(wú)故障。
3.2 用三比值法(五種特征氣體的三對(duì)比值)來(lái)診斷變壓器故障類型  
?。?)三比值法的編碼規(guī)則和判斷方法詳見(jiàn)表1和表2。

   (2)應(yīng)用三比值法注意事項(xiàng)
    ①只有根據(jù)各組分含量的注意值或產(chǎn)氣速率的注意值,有理由判斷可能存在故障時(shí),才能進(jìn)一步用三比值法判斷其故障的性質(zhì),而對(duì)氣體含量正常的變壓器,其比值沒(méi)有意義。
    ②表2中每一種故障對(duì)應(yīng)于一組比值,對(duì)多種故障的聯(lián)合作用,可能找不到相對(duì)應(yīng)的比值組合。
    ③在實(shí)際工作中也可能出現(xiàn)沒(méi)有包括在表2中的比值組合,對(duì)于某些組合的判斷目前尚需進(jìn)一步研究、分析。例如:121或122對(duì)應(yīng)于某些過(guò)熱與放電同時(shí)存在的情況;202或201對(duì)于有載調(diào)壓變壓器,還應(yīng)考慮切換開(kāi)關(guān)油室有可能向變壓器本體油箱滲漏的情況。


3.3 用平衡判據(jù)法來(lái)診斷變壓器故障類型
?。?)通過(guò)分析和比較油中溶解氣體和氣體繼電器中的自由氣體濃度,便可判斷自由氣體與溶解氣體是否處于平衡狀態(tài),進(jìn)而判斷故障持續(xù)的時(shí)間。
?。?)利用各組分(i)的澳斯特瓦爾德系數(shù)(Ki),可計(jì)算出油中溶解氣體各組分濃度理論值(Coi),或從油中溶解氣體各組分濃度值(Coi)計(jì)算出自由氣體各組分理論值(Cgi),然后進(jìn)行比較。當(dāng)氣、液兩相達(dá)到平衡時(shí),對(duì)某特定氣體而言,Coi=Ki*Cgi。
 ?、佼?dāng)理論值與實(shí)測(cè)值近似相等時(shí),可認(rèn)為氣體是在平衡條件下釋放出來(lái)的。這里有兩種可能:一種是故障氣體各組分含量均很少,說(shuō)明設(shè)備是正常的;另一種是溶解氣體含量略高于自由氣體含量,則說(shuō)明設(shè)備存在產(chǎn)生氣體較慢的潛伏性故障。
 ?、谌绻麣怏w繼電器中的故障氣體含量明顯超過(guò)溶解氣體含量,則說(shuō)明釋放氣體較多,設(shè)備存在產(chǎn)生氣體較快的故障
4 電力變壓器故障診斷的步驟
?。?)將試驗(yàn)結(jié)果中的幾項(xiàng)主要指標(biāo),如:總烴、甲烷、乙炔、氫氣等,與油中溶解氣體含量注意值進(jìn)行比較,同時(shí)注意進(jìn)行產(chǎn)氣速率與總烴產(chǎn)氣速率注意值的比較,短期內(nèi)各種氣體含量迅速增加,但尚未超過(guò)油中溶解氣體含量注意值,也可判為內(nèi)部有異常情況;有的設(shè)備因某種原因氣體含量基值較高,超過(guò)其對(duì)應(yīng)設(shè)備油中溶解氣體含量注意值,但增長(zhǎng)速率低于其產(chǎn)氣速率注意值,仍可認(rèn)為屬正常設(shè)備。
 (2)當(dāng)認(rèn)為設(shè)備內(nèi)部存在故障時(shí),可用三比值法對(duì)故障的類型作出判斷。
 (3)在氣體繼電器內(nèi)出現(xiàn)氣體的情況下,應(yīng)將繼電器內(nèi)氣樣的分析結(jié)果按平衡判據(jù),與油中取出氣體的分析結(jié)果作比較。
  (4)根據(jù)上述結(jié)果及其他檢查性試驗(yàn)數(shù)據(jù),如:測(cè)量繞組直流電阻空載特性試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)和測(cè)量微量水分等結(jié)果,并結(jié)合該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行、檢修等情況,綜合分析、判斷故障的性質(zhì)及部位,依據(jù)具體情況對(duì)設(shè)備采取不同的處理措施,包括縮短試驗(yàn)周期、加強(qiáng)跟蹤監(jiān)視、限制負(fù)荷、近期安排內(nèi)部檢查、立即停止設(shè)備運(yùn)行等。通過(guò)合理安排檢修、落實(shí)針對(duì)性措施,防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生,避免非計(jì)劃停運(yùn),確保設(shè)備安全運(yùn)行。
5 結(jié)束語(yǔ)
  電力變壓器是供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。雖配有避雷器、差動(dòng)、接地等多重保護(hù),但由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電場(chǎng)及熱場(chǎng)不均等諸多因素,事故率仍很高,惡性事故和重大損失也時(shí)有發(fā)生。因此,利用先進(jìn)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備,開(kāi)展氣相色譜分析,實(shí)行狀態(tài)維護(hù)模式與檢修,對(duì)防止油質(zhì)劣化和早期診斷變壓器潛伏性故障具有積極的作用,可保證電力供應(yīng)更加安全可靠。

 

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