变压器过热性故障的诊断方法

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：(一) 色谱分析法气相色谱分析是诊断变压器过热故障的重要方法。实践证明,它对判断变压器磁回路过热性故障具有相当高的准确性。上述曲线表明,当变压器油中CO 和CO2超过曲线上相应值或产气速率大于曲线的斜率时,一般认为变压器可能存在异常。由此,结合变压器绕组结构,便能分析判断该变压器可能存在的过热性故障。由变压器上盖测温孔内放置的铂热电阻获得。目前,该装置已在变压器上投入运行,获得合理而准确的数据。

(一) 色谱分析法

气相色谱分析是诊断变压器过热故障的重要方法。实践表明,在局部过热的情况下,变压器油中含有大量的CH4和C2H4,故障涉及固体绝缘时,油中还含有大量的CO 和CO2,基于此特性,可以用气体图形法和比值法来判断故障的性质。

1.气体图形法

以最大浓度为1,画出气体组分的相对浓度,即为气体图形。典型的过热故障气体图形如图1-75所示,即为CH4—C2H4式图。

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图1-75　过热故障气体图形

2.气体组分比值法

(1)判断故障性质。判断故障性质的比值法有三比值法和四比值法。比较上述比值法,可以看出,C2H2/C2H4和CH4/H2两比值对确定故障性质是有效的。对过热故障,在三比值编码中C2H2/C2H4的编码为0,CH4/H2的编码为2;在四比值编码中C2H2/C2H4的编码为0,CH4/H2的编码为1或2。据此提出以下判据:

满足上述判据即为过热性故障。

过热故障的温度可分为低温、中温和高温三个范围。三比值法详细地列出了这种诊断结果。

(2)判断热故障回路。诊断时,将三比值法与四比值法相结合,可区分过热故障发生在磁回路还是导电回路。

在四比值法中,当CH4/H2=1～3,C2H6/CH4＜1,C2H4/C2H6≥3,C2H2/C2H4＜0.5 时,则表明变压器存在磁回路过热性故障。实践证明,它对判断变压器磁回路过热性故障具有相当高的准确性。

由上述可知,磁回路过热判据与三比值法比较,有三个比值项是共同的。在这三个比值项中,磁回路过热判据基本上与三比值法的比值组合0、2、2相同。因此当基于三比值法判断为0、2、2热故障后,再将其中的CH4/H2的比值按1～3和≥3划分为

CH4/H2=1～3,编码记为2C(C—磁);

CH4/H2≥3,编码记为2D(D—电)。

这样,当比值组合为:

0、2C、2时为磁回路过热性故障;

0、2D、2时为导电回路过热性故障。

例如,某变电所一台120MVA 主变压器的色谱分析结果如表1-41所示。

表1-41　色谱分析结果(×10-6)

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3.CO 和CO2含量曲线法

根据色谱分析结果给出的CO 和CO2含量,可以判断变压器绕组绝缘是否存在过热性故障。东北电力科学研究院对东北电管局直属局、厂约150台220kV及以上隔膜式 (含胶囊)密封变压器进行油中CO 和CO2含量分析,并提出初步判据。

判断方程式为

式中 X——运行年限。

将上述回归方程式绘成曲线,如图1-76所示。

上述曲线表明,当变压器油中CO 和CO2超过曲线上相应值或产气速率大于曲线的斜率时,一般认为变压器可能存在异常。

例如,某260 MVA 变压器的油中CO 和CO2的含量曲线如图1-77 所示。由图中曲线可以看出,无论从CO 和CO2增长速率,还是其绝对值都远远超过了判断所示曲线。中间下降是处理油的结果,但下降后仍按较高速度增长,只是运行年限较少,其绝对值尚未足够积累。

由此,结合变压器绕组结构,便能分析判断该变压器可能存在的过热性故障。

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图1-76　隔膜式变压器CO 和CO2含量判断指标

(a)CO 年均含量与运行年限的关系;(b)CO2年均含量与运行年限的关系

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图1-77　260MVA 变压器CO 和CO2含量与判断比较

(a)CO 含量比较;(b)CO2含量比较

(二) 测量直流电阻

测量直流电阻可以对导电回路热性故障做进一步判断。上述两例都是根据直流电阻作进一步判断的。前者为分接头开关接触不良,后者为低压绕组匝间短路。

(三) 测量绕组热点温度

目前,大型电力变压器绕组热点温度的测量方法如下:

(1)直接测量法。

该方法是在绕组靠近导线部位或导线上埋设传感器,由热点温度测量仪测温。传感器有多种结构型式,如声频传感器、结晶石英传感器、荧光式传感器、红外辐射激发式传感器、镓砷化合物晶粒光致发光传感器和分布型光纤沿全长测温传感器等。目前常用的各种类型的光纤传感器,已商品化的可供电力变压器应用的荧光光纤温度计,有美国Luxtron公司生产的“WTS—11 型变压器绕组温度光纤监测系统”等。这种方法测量结果比较准确,但维护技术复杂,绝缘处理比较困难,价格也十分昂贵。

(2)热模拟测量法。

日本、德国等国生产的变压器产品附有热模热式测量仪表。近年来我国生产的大型电力变压器也附有此类测温装置。经理论分析和应用情况调查,这种测量方法误差较大,所以有的国家已停止使用这种装置。

(3)间接计算法。

该方法是目前变压器绕组热点温度估算的传统的经典方法。它是根据假设的变压器热模型,结合各国实践经验,来估算变压器绕组的热点温度。在IEC354标准和国家标准《油浸式电力变压器负载导则》(GB/T 15164)中给出了热点温度计算公式。

(4)在线监测装置。

最近,辽宁电力科学院和辽宁省电力有限公司根据间接计算法的原理共同研制出变压器绕组热点在线监测装置,它由模拟部分与数字运算和显示部分组成。其基本功能如下:

1)显示变压器底层油温。由在冷却器出口测温孔处放置的铂热电阻RT (bc)获得。

2)显示变压器绕组顶层油温。由冷却器入口测温孔内放置的铂热电阻 (AC)获得。

3)显示油箱顶部温度。由变压器上盖测温孔内放置的铂热电阻获得。

4)显示高、低压绕组的热点温度。

5)报警。当顶层油温不小于98℃,绕组热点温度不小于140℃时有声音报警功能。

目前,该装置已在变压器上投入运行,获得合理而准确的数据。