淺析變壓器故障類型分析與其繼電保護(hù)設(shè)計(jì)研究

熊興鵬 倪鵬

摘要：在電力系統(tǒng)中，電力變壓器具備重要作用，因此在輸變電、工廠運(yùn)行中得以廣泛應(yīng)用。在生產(chǎn)期間，科技技術(shù)的快速發(fā)展，相應(yīng)促進(jìn)了電力變壓器的發(fā)展，研發(fā)出大量新型變壓器，具備較多用途與功能。在變壓器創(chuàng)新發(fā)展中，開始應(yīng)用大量不同功能與型號(hào)的變壓器，導(dǎo)致電力變壓器的接線復(fù)雜，對(duì)于電力人員提出嚴(yán)格要求，還會(huì)對(duì)電力人員的專業(yè)判斷造成影響。在檢修電力變壓器故障時(shí)，極易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響非常大。所以必須注重變壓器設(shè)備的運(yùn)行故障檢測(cè)，同時(shí)應(yīng)用科學(xué)化檢修技術(shù)，維護(hù)變壓器運(yùn)行效益。

關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng);變壓器;繼電保護(hù)

引言：

變壓器作為電氣控制系統(tǒng)的核心零部件，其安全穩(wěn)定的運(yùn)行將直接影響電氣控制系統(tǒng)，甚至是自動(dòng)化設(shè)備使用的可靠性。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提升，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的依賴程度也越來越高，對(duì)變壓器保護(hù)的要求也隨之提高，針對(duì)變壓器故障類型以及繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與研究具有重要意義。本文介紹了變壓器保護(hù)的幾種常見故障以及其繼電保護(hù)的基本配置，對(duì)變壓器故障的排除與調(diào)試工作具有一定的參考價(jià)值。

1變壓器常見故障類型

1.1電性故障

在電應(yīng)力作用下，變壓器絕緣裂化所致故障，就被稱電性故障。按照能量密度大小，可以將電性故障劃分為低能放電、局部放電、高能放電等。對(duì)于局部放電，多位于變壓器內(nèi)腔空腔、絕緣介質(zhì)空隙、電極等位置。由于能量密度比較小，極易惡化為高能放電故障。低能放電故障，主要是在阻抗分壓作用下，變壓器內(nèi)部金屬部件接觸不良，在電壓異電級(jí)間，會(huì)產(chǎn)生懸浮電位，能量密度較小，存在間歇性特點(diǎn)。高能放電故障的突發(fā)性較強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致繞組間、層間擊穿故障等。在短時(shí)間內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生大量故障氣體。

1.2過熱故障

在熱應(yīng)力作用下，變壓器絕緣部件老化所致過熱現(xiàn)象，就被稱為過熱故障。故障產(chǎn)生的溫度高低，會(huì)細(xì)化為低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱等類型。不同溫度的過熱故障劃分標(biāo)準(zhǔn)為300℃、700℃。按照標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)顯示，大部分變壓器過熱故障，是由于分接開關(guān)接觸不良所致。所以，鐵芯多點(diǎn)接地故障、漏磁環(huán)流、局部短路等故障，也是由于變壓器過熱故障所致。

1.3變壓器的分接開關(guān)故障

雖然分接開關(guān)內(nèi)部機(jī)械部分的機(jī)械原理較為簡(jiǎn)單，但其實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)卻比較復(fù)雜，此外由于電氣控制系統(tǒng)的需要，分解開關(guān)還需要經(jīng)常進(jìn)行切換操作，也正如此，分接開關(guān)發(fā)生故障的機(jī)率也相對(duì)較高。一般情況下，引起分接開關(guān)發(fā)生故障的主要原因是其產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，一旦出現(xiàn)分接開關(guān)接觸不良、開合不到位時(shí)便會(huì)出現(xiàn)觸頭過熱、斷軸及放電燒損。同時(shí)，如果切換開關(guān)觸點(diǎn)出現(xiàn)接觸不良等問題，就會(huì)導(dǎo)致絕緣件的機(jī)械強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致切換開關(guān)直接損壞。

此外，油室密封情況如果出現(xiàn)問題，會(huì)直接導(dǎo)致大、小油兩個(gè)箱之間互相連通，進(jìn)而會(huì)間接增加變壓器油箱可燃性氣體含量，最終導(dǎo)致對(duì)故障的錯(cuò)誤判斷。變壓器的分接開關(guān)故障除了產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)所導(dǎo)致眾多故障外，還有一類常見的故障是絕緣故障。變壓器的絕緣故障與其本身的設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，如果變壓器采用小油路、薄絕緣設(shè)計(jì)，則會(huì)導(dǎo)致變壓器的使用壽命縮短，因?yàn)樵谧儔浩鬟\(yùn)行不久后就會(huì)因?yàn)榻^緣故障而無法正常使用。絕緣故障也會(huì)因?yàn)橄嚅g加入了絕緣隔板使電場(chǎng)強(qiáng)度的分布被破壞，從而造成變壓器相間絕緣裕度不足，引起相間短路。另一個(gè)導(dǎo)致絕緣板故障的重要因素是變壓器被污染。通常情況下，變壓器對(duì)內(nèi)部的清潔度要求是非常高的，因?yàn)橐坏﹥?nèi)部受到極少量金屬雜質(zhì)的污染后都會(huì)嚴(yán)重影響爬電距離，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。

2變壓器故障診斷方法

2.1油溶解性氣體分析法

現(xiàn)階段，利用絕緣油材料進(jìn)行絕緣散熱的變壓器應(yīng)用廣泛，該類變壓器會(huì)受到熱應(yīng)力影響，從而出現(xiàn)絕緣紙、絕緣油老化，還會(huì)出現(xiàn)不同故障性氣體。故障位置不同，故障氣體的成分差異比較大。通過對(duì)故障問題進(jìn)行分析，可以了解氣體不同成分比重與含量，從而對(duì)變壓器故障類型進(jìn)行診斷。

2.2外部特征監(jiān)測(cè)法

當(dāng)變壓器發(fā)生放電故障時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出較多外部特征，涉及到電磁脈沖、電脈沖等，同時(shí)會(huì)表現(xiàn)出異常噪聲、發(fā)光發(fā)熱特征。所以，通過監(jiān)測(cè)電性與電磁脈沖特征，能夠?qū)Ψ烹娔芰繌?qiáng)度、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確化判斷，確保變壓器放電故障判斷的準(zhǔn)確性。

2.3紅外測(cè)溫法

如果變壓器發(fā)生過熱故障時(shí)，因故障所致變壓器熱量散發(fā)異常，此時(shí)可以監(jiān)測(cè)熱量變化情況，準(zhǔn)確診斷故障問題。紅外測(cè)溫法為常用方法，通過紅外測(cè)溫技術(shù)，可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)變壓器熱量，之后將監(jiān)測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)，準(zhǔn)確定位和診斷故障類型。

3繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與研究

3.1差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)是變壓器保護(hù)中一種最常見也是最有效的方法之一。差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的主要原則是按照正常運(yùn)行時(shí)的環(huán)流接線安裝變壓器兩側(cè)的電流互感器二次側(cè)。在變壓器正常運(yùn)行情況下，差動(dòng)繼電器內(nèi)的電流與兩側(cè)電流互感器二次電流非常接近，兩者之間的差值幾乎等于零，這種情況下，變壓器處于正常運(yùn)行狀態(tài)，差動(dòng)保護(hù)機(jī)制也不會(huì)啟動(dòng)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展和改革，差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的功能也越來越完善，尤其是高性能微型計(jì)算機(jī)處理芯片引入到差動(dòng)保護(hù)機(jī)制的設(shè)計(jì)中，從而為進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的研究和應(yīng)用帶來了質(zhì)的飛躍。基于高性能微型計(jì)算機(jī)處理芯片，目前已經(jīng)研制出了一套包括主保護(hù)、后備保護(hù)兩套微機(jī)保護(hù)的裝置，大大提高了差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器的保護(hù)，這種保護(hù)技術(shù)也得到了業(yè)內(nèi)廣泛的認(rèn)可和普及應(yīng)用。包括主保護(hù)、后備保護(hù)兩套微機(jī)保護(hù)的裝置針對(duì)變壓器套管、引出線以及內(nèi)部短路等故障可以實(shí)現(xiàn)全面和充分的保護(hù)和反映，尤其是針對(duì)高壓側(cè)電壓在及以上的變壓器，兩套微機(jī)保護(hù)的裝置顯得尤為重要，不可或缺。兩套微機(jī)保護(hù)的裝置在高壓側(cè)電壓在及以上的變壓器故障保護(hù)上功能強(qiáng)大。一旦故障發(fā)生后，兩套微機(jī)保護(hù)的裝置可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)動(dòng)作斷開各側(cè)斷路器的目的，這種瞬時(shí)動(dòng)作斷開也大大降低了故障對(duì)整個(gè)變壓器的損壞，降低故障的發(fā)生幾率和危害程度。

3.2瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

差動(dòng)保護(hù)在變壓器故障保護(hù)方面有著重要的作用，不可或缺，但是也無法對(duì)所有的變壓器故障實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如匝間短路、鐵芯局部燒損、絕緣劣化、線圈燒損等，面對(duì)這些故障瓦斯保護(hù)能夠正常動(dòng)作的原因是由于瓦斯保護(hù)本身也是通過氣體繼電器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)下較為常見的瓦斯保護(hù)主要是分為兩種，一種是輕瓦斯保護(hù)，另外一種則是重瓦斯保護(hù)。輕瓦斯保護(hù)主要依據(jù)氣體的化學(xué)成為、含量、顏色以及可燃性等條件來分析保護(hù)原因以及故障性質(zhì)進(jìn)行判斷，有利于電氣調(diào)試人員迅速發(fā)現(xiàn)變壓器故障等問題，并根據(jù)指示對(duì)相應(yīng)問題進(jìn)行處理。重瓦斯保護(hù)則是斷路器跳閘。這種模式是對(duì)氣體產(chǎn)生的速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過對(duì)氣體成為及特征進(jìn)行分析，從而獲得故障原因以及具體的位置，在變壓器發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)切斷電源，以此來保護(hù)變壓器不被損壞。

結(jié)束語：

變壓器在電力系統(tǒng)中起著重要作用。加強(qiáng)對(duì)變壓器的診斷和管理，可以保證電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。變壓器作為電力系統(tǒng)的主要部件，一旦發(fā)生故障，直接影響人們生產(chǎn)和生活。企業(yè)必須做好變壓器故障診斷和狀態(tài)修復(fù)工作，確保供電企業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足人們對(duì)工業(yè)用電和日常用電的需求，促進(jìn)中國能源行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

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