大型变压器故障诊断技术研究

利用高效液相色谱分析技术测定油中糠醛含量，可发 现下列缺陷情况： • （1）已知内部存在故障，判断是否涉及固体绝缘； • （2）是否存在引起绕组绝缘局部老化的低温过热； • （3）判断运行年久设备的绝缘老化程度。 •
《规程》建议在以下情况下检测油中糠醛含量： （1）油中气体总烃超标或CO、CO2过高； （2）500kV变压器和电抗器及150MVA以上升压变压 器投运2-3年后； • （3）需要了解绝缘老化情况。 • • •
• 2 诊断性检测 • （1）变压器绕组绝缘电阻、吸收比、泄漏电流
绝缘电阻略有降低，吸收比和泄漏电流变化不大。
• 2 诊断性检测 • （2）变压器绕组直流电阻
直阻没有明显变化。
• 2 诊断性检测 • （3）变压器油中色谱分析
油色谱试验，气体含量超标，乙炔出现，说明发生了内部绝缘损伤、发生了高能放电。
• 优点：（1）取样方便，用油样量少。 • （2）不需变压器停运。 • （3）取油样不需要特别的容器，保存方便。 • （4）糠醛为高沸点液态产物，不易逸散损 失。 • （5）油老化不产生糠醛。 • 缺点：当对油在进行脱气或再生处理时，如油通 过硅胶吸附，则会损失部分糠醛，造成测量不准 确。
• 油中糠醛含量参考值
• （4）频响曲线相关系数是绕组变形诊断的必要判 据，峰值点数的减少，移动变化是变形诊断的充 分判据，二者应综合应用、全面分析。 • （5）完好的变压器绕组对于同一相来说，不同分 接位置的频响曲线相关性很好，若调压绕组发生 变形或分接开关有故障，位置装错，则频响曲线 相关性会变坏。因此比较同一相不同分接位置的 频响相关性，可以诊断调压绕组、分接开关的变 形和故障。 • （6）绕组频谱曲线出现严重的毛刺，表明分接开 关触头有严重烧伤，绕组焊头、导电杆接触不良二〇一四年三月
大型变压器故障诊断技术研究
汇报内容
1.变压器故障诊断技术概述
• 变压器的故障检测技术是准确 诊断变压器故障的主要手段， 传统检测手段主要有直流电阻 的检测、绝缘电阻及吸收比、 极化指数检测、绝缘介质损耗 角正切检测、油质检测、局部 放电检测（脉冲电流法）等； 随着技术的进步，又有许多新 的技术得到了发展应用，如油 中溶解气体的色谱分析、绕组 变形、油中糠醛含量分析、超 声法局部放电定位技术等。
2.变压器故障检测手段
变压器故障检测手段很多，这里选三种比较有效的进行经验 分享 A： 油中气体含量分析 B: 绕组变形测试 C: 油中糠醛含量分析
2.变压器故障检测手段
2.1油色谱 • 大量故障诊断的实践证明，通过变压器油中气体 含量的分析，可发现变压器内部的潜伏性故障和 早期发展性故障。 • 变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝 缘会逐渐老化、变质，分解出极少量的气体，主 要有氢、甲烷、乙烷、乙烯、一氧化碳、二氧化 碳，当变压器内部发生过热性故障、放电故障或 内部绝缘受潮时，这些气体的含量会迅速增加。
电力研究院做了大量的探索和实践，总结了一些经验，并 摸索出一些客观规律，如下： （1）110kV及以上大、中型变压器三相频响曲线相关性 很好，可以作三相之间相互比较；也可以用同一相投运前 的频响曲线为基准与运行后某一时期频响曲线作比较，进 行绕组变形分析。
（2）应用频响曲线在1-500kHz频段的相关系 数R，可以分析绕组整体变形状况。当R大于0.95 时，绕组无可见变形；当R接近0.9时有轻微变形； 当R小于0.9时，有可见的较严重的变形，甚至有 匝间、饼间短路故障。 • （3）绕组频响曲线在1-200kHz低频段的峰值点 数减少，起伏幅度变小，以及在频率方向位移， 可以诊断绕组的局部变形。如低压侧10kV或35kV 内柱绕组变形时，受到挤压，频响峰值一般向低 频方向移动；110kV和220kV外柱绕组变形时， 受向外拉张力，频响峰值点一般向高频方向移动。 •
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直流电阻接触不良不高 2 绝缘电阻受潮及贯穿性 缺陷不高3 吸收比受潮不高4 极化指数受潮不高5 介质损耗受潮不高6 局部放电电晕放电、悬 浮放电、沿面放电、绝 缘损伤高7 绕组变形绕组受电动力 或外力后发生局部变形 或整体位移高8
1.变压器故障诊断技术概述
在变压器故障诊断中应综合各种有效的检测手段和方法，对 得到的各种检测结果进行综合分析和评判。不可能具有一 种包罗万象的检测方法，也不可能存在一种面面俱到的检 测仪器直接就能对故障做出有效的诊断，只有通过各种有 效的途径和利用各种有效的技术手段，同时结合变压器的 运行状况、检修情况、外部环境等因素，进行相互补充、 验证和综合分析判断，才能取得较好的诊断效果。
2.1油色谱——经验分享
经验分享: 温度越高（100度到800度），放电能量越大（爬电、闪络、 放电、击穿），油分子被破坏的碳链越短，氢原子数量越 少。
2.1油色谱——经验分享
经验分享: • （1）随着温度的升高，产气率最大的气体依次为 乙烷、甲烷、乙烯、乙炔。 • （2）油过热（裸金属过热、油道堵塞等造成）， 产生甲烷、乙烯，伴随氢气、乙烷。 • （3）油纸过热，产生甲烷、乙烯、一氧化碳、二 氧化碳，伴随氢气、乙烷。 • （4）油中局放，产生乙炔、氢气。 • （5）油纸中放电，产生氢气、甲烷、乙炔、一氧 化碳，伴随乙烷、二氧化碳。 • （6）油中水分和气泡，产生氢气。
2.变压器故障检测手段
2.2绕组变形 绕组变形试验可有效判断变压器在发生出口短路或近区短路 故障后，变压器的绕组变形程度，目前，电力系统一般将 新安装即将投运的变压器进行绕组变形试验，将频谱响应 曲线进行保存，以作为变压器故障后的比较。
2.2绕组变形
频率响应法基本原理 变压器是一个复杂的电阻、电容和电感组成的非线 性的分布参数网络，当向某一个线端施加不同频 率的电压时，在每个频率下其他线端得到的响应 是不同的。即使是线性的，不同频率下Xl、Xc的 变化也有不同响应。如果在变压器正常时，录制 了某些线端的频响曲线，而在发生出口短路后重 新录制相应线端的频响曲线，比较这两次曲线的 重合程度，就可以知道绕组的变形情况。因为绕 组的变形必然导致分布参数的变化，从而使频响 曲线也改变。
变压器中有大量的绝缘纸,绝缘纸的主要成分是纤维素 ((C6H10O5)n),分子式中n 为聚合度,纤维素的分子结构式 见下图。
2.3糠醛含量
当绝缘纸劣化时,纤维素降解生成一部分D-葡萄 糖单体,D-葡萄糖单体在变压器运行条件下易分解, 最后产生一系列溶解在油中的氧杂环化合物,其中 糠醛(C5H4O2)是绝缘纸因老化裂解产生的主要特 征产物。因此,测试油中糠醛含量,可以反映变压器 纸绝缘的老化情况。
• 2 诊断性检测 • （4）变压器绕组变形
图1 高压三相频谱
图2 低压三相频谱
• 图3 中压三相频谱
图3 中压三相频谱
3.1短路故障案例
• 2 诊断性检测 • （4）变压器绕组变形
中压线间差值比高低压要大，说明中压变形较大
• 3 返厂拆检
谢谢观赏
• 运行年限 • 糠醛量mg/l
1-5年 0.1
5-10年 0.2
10-15年 0.4
15-20年 0.75
3.变压器典型故障案例
变压器故障很多，有短路故障、放电故障、绝缘故障、 分接开关故障、套管故障、铁心故障等。下面通过几个实 例，来介绍各种故障及如何诊断变压器故障。
3.变压器典型故障案例
案例1.短路故障 • 1 .故障情况 • 某变电站1000米处35kV线路发生A、C相短路故障，2 号变压器承受短路冲击100ms，检查变压器情况，外观良 好，油位正常。各零部件完好，瓦斯继电器内有300 mL 气体。变压器型号SFSZ9-31500/110，出厂时间1999年 12月。根据故障情况，对变压器进行了诊断性检测。
绕组变形时，频响特性曲线的变化可以用相关系数来表征。 一台新的无损伤的变压器有一个频响特性，当绕组变形后， 频响曲线上各点就可能偏离原来的坐标，于是出现了新的 一条频响曲线。比较两条频谱曲线的相关性就可以分析评 估绕组的整体变形情况。
频率响应法测量接线及波形比较 正常运行的变压器绕组，三相频谱特性相关性好。若发 生事故未造成绕组变形，事故前后的曲线基本重合。绕组 变形后，事故前后的曲线明显偏离且不重合，相关性差。 变形时曲线峰值会发生平移，或增频，或减频，峰值点对 应幅值分贝数也会改变。
表1.变压器检测项目及特点
序号 检测项目 可发现缺陷 预判事故有效性 序号 检测项目 可发现缺陷 预判事故有效性 序号 检测项目 可发现缺陷 预判事故有效性 序号 检测项目 可发现缺陷 预判事故有效性
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直流电阻接触不良不高 2 绝缘电阻受潮及贯穿性 缺陷不高3 吸收比受潮不高4 极化指数受潮不高5 介质损耗受潮不高6 局部放电电晕放电、悬 浮放电、沿面放电、绝 缘损伤高7 绕组变形绕组受电动力 或外力后发生局部变形 或整体位移高8
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直流电阻接触不良不高 2 绝缘电阻受潮及贯穿性 缺陷不高3 吸收比受潮不高4 极化指数受潮不高5 介质损耗受潮不高6 局部放电电晕放电、悬 浮放电、沿面放电、绝 缘损伤高7 绕组变形绕组受电动力 或外力后发生局部变形 或整体位移高8
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直流电阻接触不良不高 2 绝缘电阻受潮及贯穿性 缺陷不高3 吸收比受潮不高4 极化指数受潮不高5 介质损耗受潮不高6 局部放电电晕放电、悬 浮放电、沿面放电、绝 缘损伤高7 绕组变形绕组受电动力 或外力后发生局部变形 或整体位移高8