基于油中溶解氣體分析和局部放電檢測的變壓器故障診斷方法研究

在電力系統(tǒng)中，變壓器的運行直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全。在對變壓器進(jìn)行診斷的過程中，診斷技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用有著十分重要的意義。在運行變壓器的過程中，變壓器內(nèi)部的固體絕緣材料由于受到熱、電等方面的影響，分解成一氧化碳、甲烷以及氫氣等物質(zhì)停留在油中，產(chǎn)生溶解氣體。在變壓器出現(xiàn)故障的情況下，這些氣體的生成量也會隨之增加。通過變壓器油中所含有的氣體比值、含量以及組分可以對故障類型進(jìn)行比較明確的診斷，反映變壓器的運行狀態(tài)。局部放電是變壓器諸多有機(jī)絕緣材料故障的根源，局部放電檢測是電力變壓器絕緣性能及狀態(tài)檢測的重要手段，這種檢測方法的優(yōu)點在于判斷結(jié)果準(zhǔn)確、速度快，適用性強。

變壓器內(nèi)部典型故障

變壓器內(nèi)部故障主要包含以下幾種：局部受潮故障、局部放電故障、火花放電故障、高能放電故障以及過熱性故障等。其中造成局部放電的原因包括：不飽和、油溫過高以及油的不充分燃燒，絕緣件的制造和產(chǎn)品制造工藝不完善等。

診斷方法

變壓器局部放電檢測方法有：超聲波法、脈沖電流法、DGA法、光學(xué)檢測法、射線檢測法、特高頻法等。

DGA技術(shù)下的溶解氣體分析診斷方法

DGA法是通過測試變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來確定故障（局放、過熱等）狀態(tài)。IEC三比值法是利用DGA結(jié)果對充油電力設(shè)備進(jìn)行故障診斷的最常用的方法。三比值法指的是C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三種比值。具體的診斷原理是，在變壓器運行過程中，絕緣油內(nèi)部會產(chǎn)生各種氣體，由于故障種類都不同，絕緣油內(nèi)部氣體的比值會存在差異，在長期的實驗研究下，固定選取五種氣體，對比不同氣體之間的比值，形成編碼數(shù)據(jù)，依照已經(jīng)制定好的編碼規(guī)則來分析出具體的故障類型，這就是三比值法的思路與原理。而三比值法技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，變壓器設(shè)備內(nèi)部有著非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)安排，通過氣體比值的方法得到的編碼組合，對于全部的故障類型沒有辦法進(jìn)行全面的概括，所得出來的診斷結(jié)果只能夠用于初步判斷，無法進(jìn)行故障定位；第二，油中氣體量達(dá)到一定程度時才能夠?qū)收线M(jìn)行診斷，只有在變壓器存在明顯故障的情況下才能夠使用三比值法。

脈沖電流法

脈沖電流法是一種應(yīng)用最為廣泛、研究最早的局部放電檢測方法，該檢查技術(shù)能夠?qū)芈分械木植糠烹娦畔⑦M(jìn)行直接的采集，獲取繞組、鐵心接地線、外殼接地線以及末屏接地線中的脈沖電流。該檢測技術(shù)對于電流的靈敏度水平較高，結(jié)合超聲波法則能夠有效定位局部放電位置。然而該技術(shù)對于測試環(huán)境與試驗電源有著比較高的要求，頻率較低并且無法實現(xiàn)在線測量，抗干擾能力不足，所獲取的信息量相對較少。

光學(xué)檢測法

在變壓器油中，各種放電發(fā)出的光波長不同，光測法就是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測，光波長通常在500mm～700mm之間。光測法要求被檢測物質(zhì)對光是透明的，一般在實驗室采用光測法來分析變壓器的局放特征及絕緣劣化，現(xiàn)場使用較少。

特高頻法

特高頻法是目前局部放電檢測新方法之一，變壓器每一次局部放電都會發(fā)生正負(fù)電荷中和，伴隨有一個較陡的電流脈沖，放電脈沖的上升沿很陡，一般在1ns以內(nèi)。特高頻法在變壓器局放檢測中具有較高的抗干擾能力和有效性，可用于變壓器內(nèi)部缺陷查找、定位與分析。但該方法無法進(jìn)行視在放電量的標(biāo)定。

應(yīng)用實例

某站投運調(diào)試期間，變壓器投運后12小時，進(jìn)行取油樣色譜分析，數(shù)據(jù)顯示乙炔含量（本體上部：4.19，本體中部：4.09，本體下部：4.25）明顯超出注意值（C2H2≤1）。空載運行后，乙炔含量逐漸上升（本體上部：4.33，本體中部：4.46，本體下部：4.53），根據(jù)DGA結(jié)果初步判斷內(nèi)部存在電弧放電故障。為找出該變內(nèi)部是否存在局部放電導(dǎo)致的缺陷，對其進(jìn)行空載局部放電測試。采用高頻測試，發(fā)現(xiàn)高頻局放異常，幅值較高，幅值為73dB，與相鄰相相比具有明顯的懸浮特征。進(jìn)行超聲波局放測試，圖譜幅值大，發(fā)現(xiàn)變壓器頂部超聲異常。成功將放電部位定位，原因可能為變壓器上部鐵軛處存在導(dǎo)體接觸不良或斷線、金屬接觸不良、金屬異物等。廠家對變壓器進(jìn)行解體，局放測試結(jié)果與停電后廠家打開處理確定放電位置相同：變壓器鐵芯的柱側(cè)拉板與上軛末級片導(dǎo)通，證實了上述的判斷。

結(jié)論

變壓器故障診斷工作是一項專業(yè)性、復(fù)雜性比較強的工作，維護(hù)人員需要充分掌握各種不同的診斷技術(shù)，有助于判斷設(shè)備的運行狀況，掌握設(shè)備缺陷，最大程度上提高變壓器故障診斷結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

參考文獻(xiàn)

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（作者簡介：楊璐蕾，國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司。）endprint