電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)的分析與應(yīng)用

鄭昆

（云南電網(wǎng)公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

1 油中溶解氣體分析

在變壓器診斷中，單靠電氣試驗(yàn)方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷，而通過(guò)變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測(cè)的方法，對(duì)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實(shí)踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變化，在特定溫度下，往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會(huì)出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依此為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而局部過(guò)熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，并分解出極少量的氣體（主要包括氫H2、甲烷 CH4、乙烯 C2H4、乙炔 C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等多種氣體）。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱性故障，放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加。這些氣體大部分溶解在絕緣油中，少部分上升至絕緣油的表面，并進(jìn)入氣體繼電器。經(jīng)驗(yàn)證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度有關(guān)，不同故障或不同能量密度其產(chǎn)生氣體的特征是不同的，因此在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，定期測(cè)量溶解于油中的氣體成分和含量，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障有非常重要的意義和現(xiàn)實(shí)的成效。

電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過(guò)熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關(guān)資料介紹，在對(duì)故障變壓器的統(tǒng)計(jì)表明:過(guò)熱性故障占63%；高能量放電故障占18.1%；過(guò)熱兼高能量放電故障占10%；火花放電故障占7%；受潮或局部放電故障占1.9%。而在過(guò)熱性故障中，分接開(kāi)關(guān)接觸不良占50%；鐵芯多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33%；導(dǎo)線過(guò)熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起過(guò)熱約占14.4%；其余2.1%為其他故障，如硅膠進(jìn)入本體引起的局部油道堵塞，致使局部散熱不良而造成的過(guò)熱性故障。而電弧放電以繞組匝、層間絕緣擊穿為主，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開(kāi)關(guān)飛狐等故障。火花放電常見(jiàn)于套管引線對(duì)電位未固定的套管導(dǎo)電管、均壓圈等的放電；引線局部接觸不良或鐵芯接地片接觸不良而引起的放電；分接開(kāi)關(guān)拔叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。對(duì)變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷，有賴于對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的全面掌握，并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其它預(yù)防性試驗(yàn)（直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等）進(jìn)行比較。

同時(shí)還要注意由于故障產(chǎn)氣與正常運(yùn)行產(chǎn)生的非故障氣體在技術(shù)上不可分離，在某些情況下有些氣體可能不是設(shè)備故障造成，如油中含水可與鐵作用生成氫氣，過(guò)熱時(shí)鐵芯層間油膜裂解也可生成氫，新的不銹鋼中也可能在加工過(guò)程中或焊接時(shí)吸附氫而運(yùn)行后又緩慢釋放，另外，某些操作也可生成故障氣體，如有載調(diào)壓變壓器中切換開(kāi)關(guān)油向變壓器主油箱滲漏或選擇開(kāi)關(guān)在某個(gè)位置動(dòng)作時(shí)懸浮電位放電的影響，設(shè)備油箱帶油補(bǔ)焊，原注入油含有某些氣體成分大修后濾油不徹底留有殘氣等。

2 繞組直流電阻的測(cè)量

它是一項(xiàng)方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn)，能反應(yīng)繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線接觸不良等故障，實(shí)際上它也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開(kāi)關(guān)檔是否正確的有效手段。長(zhǎng)期以來(lái)，繞組直流電阻測(cè)量一直被認(rèn)為是考察變壓器絕緣和判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。我們?cè)ㄟ^(guò)繞組直流電阻的測(cè)量分析準(zhǔn)確判斷了多起變壓器引出線連接、套管導(dǎo)電板、分接開(kāi)關(guān)等部位的接觸不良及匝間短路等缺陷，及時(shí)排除了變壓器運(yùn)行中的重大隱患。實(shí)踐說(shuō)明了繞組直流電阻試驗(yàn)的有效和重要性。

3 繞組絕緣電阻的測(cè)量

繞組連同套管一起的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，對(duì)變壓器整體的絕緣狀況具有較高靈敏度，它能有效檢查出變壓器絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷，如各種貫穿性短路、瓷件破裂、引線接殼、器身內(nèi)有銅線搭橋等現(xiàn)象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對(duì)來(lái)講，單純依靠絕緣電阻絕對(duì)值大小對(duì)繞組絕緣作判斷，其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測(cè)量時(shí)試驗(yàn)電壓太低，難以暴露缺陷；另一方面也因?yàn)榻^緣電阻與繞組絕緣結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度有關(guān)，但對(duì)于鐵芯夾件、穿心螺栓等部件，測(cè)量絕緣電阻往往能反映故障，這是因?yàn)檫@些部件絕緣結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，絕緣介質(zhì)單一，正常情況下基本不承受電壓，絕緣更多的是起隔離作用，而不像繞組絕緣要承受高電壓，比如我們預(yù)試中曾通過(guò)絕緣搖表發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的情況，也曾通過(guò)絕緣電阻的測(cè)量發(fā)現(xiàn)變壓器套管瓷件破裂、有裂紋現(xiàn)象。

4 測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ

它主要用來(lái)檢查變壓器整體受潮油質(zhì)劣化、繞組上附著油泥及嚴(yán)重的局部缺陷。介質(zhì)測(cè)量常受表面泄露和外界條件（如干擾電場(chǎng)和大氣條件）的影響，因而要采取措施減少和消除影響。現(xiàn)場(chǎng)我們一般測(cè)量的是連同套管一起的tgδ，但為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確和檢出缺陷的靈敏度，有時(shí)也進(jìn)行分解試驗(yàn)，以判斷缺陷所在位置。如在對(duì)變壓器做預(yù)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)一相套管介質(zhì)超標(biāo)，且絕緣不合格，讀數(shù)較低，經(jīng)分析后可能是由受潮引起，后拔出檢查發(fā)現(xiàn)套管末端底部有水分，套管已整體受潮，經(jīng)烘干處理后再做試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。測(cè)量泄漏電流和測(cè)量絕緣電阻相似，只是其靈敏度較高，能有效發(fā)現(xiàn)有些其他試驗(yàn)項(xiàng)目所不能發(fā)現(xiàn)的變壓器局部缺陷。介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ和泄漏電流試驗(yàn)的有效性正隨著變壓器電壓等級(jí)的提高、容量和體積的增大而下降，因此單純靠tgδ和泄漏電流來(lái)判斷繞組絕緣狀況的可能性也比較小，這主要也是因?yàn)閮身?xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)電壓太低，絕緣缺陷難以充分暴露。對(duì)于電容性設(shè)備，實(shí)踐證明如電容型套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等，測(cè)量tgδ和電容量Cx仍是故障診斷的有效手段。

5 交流耐壓試驗(yàn)

它是鑒定絕緣強(qiáng)度等有效的方法，特別是對(duì)考核主絕緣的局部缺陷，如繞組主絕緣受潮、開(kāi)裂或在運(yùn)輸過(guò)程中引起的繞組松動(dòng)、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等。交流耐壓試驗(yàn)雖對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷有效，但受試驗(yàn)條件限制，要對(duì)較高等級(jí)電壓和容量的變壓器進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，由于電容電流較大，要求高電壓試驗(yàn)變壓器的額定電流也較大`，目前這樣大型的高電壓試驗(yàn)變壓器及調(diào)壓器在配備及使用方便性受到一定限制。

6 線圈變形檢測(cè)

變壓器繞組變形是指在電動(dòng)力和機(jī)械力的作用下，繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化，包括軸向和徑向尺寸的變化、器身轉(zhuǎn)移、繞組扭曲、鼓包和匝間短路等。繞組變形是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一大隱患，一旦繞組變形而未被診斷繼續(xù)投入運(yùn)行則極可能導(dǎo)致事故，嚴(yán)重時(shí)燒毀線圈。所以大型變壓器在經(jīng)過(guò)吊裝、運(yùn)輸或短路電流沖擊之后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行繞組變形檢測(cè)，并與以前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，判斷變壓器繞組是否受力變形，能否正常運(yùn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們應(yīng)在日常工作中對(duì)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)的各項(xiàng)測(cè)試方法進(jìn)行理論上的深入研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有效積累，只有科學(xué)、客觀地進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)工作，才能使電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)發(fā)揮積極有效的作用，及時(shí)、準(zhǔn)確的判斷電氣設(shè)備的健康狀態(tài)，及時(shí)排除隱患，防止電氣故障擴(kuò)大和設(shè)備的損壞，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]黃志忠.變電站預(yù)防性試驗(yàn)中存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].機(jī)電工程技術(shù)，2009-03-15.