變壓器故障油色譜診斷技術(shù)研究

馬海軍 馬夢(mèng)鴿 張君浩 徐雅新 馬繼元 鄭斌

摘要：變壓器的運(yùn)行質(zhì)量關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，雖然近年來(lái)對(duì)提高變壓器運(yùn)行質(zhì)量的研究不斷增加，但仍然無(wú)法完全避免變壓器故障的發(fā)生?？梢詮募訌?qiáng)變壓器故障診斷的角度著手，提高變壓器故障的處理效率，最大程度減少變壓器故障造成的不良影響。在變壓器故障診斷技術(shù)中，油色譜診斷技術(shù)的優(yōu)越性較高，不僅能夠根據(jù)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，還能夠快速和準(zhǔn)確的診斷變壓器的故障類型與產(chǎn)生原因，為變壓器故障處理提供科學(xué)依據(jù)，可以采取更加科學(xué)有效的措施解決故障問(wèn)題。還可以根據(jù)診斷經(jīng)驗(yàn)，制定科學(xué)的防范措施，避免變壓器故障的再次發(fā)生。所以對(duì)變壓器故障油色譜診斷技術(shù)的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于變壓器運(yùn)行質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：變壓器;油色譜;診斷技術(shù)

引言

變壓器故障油色譜診斷技術(shù)需要采用油色譜分析儀進(jìn)行，可以對(duì)變壓器的放電和過(guò)熱等現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，能夠盡快發(fā)現(xiàn)潛在的異常情況，掌握變壓器故障的實(shí)際情況。尤其是造成變壓器故障發(fā)生的因素較為復(fù)雜，導(dǎo)致變壓器故障類型較多，如果無(wú)法明確變壓器故障的影響因素和類型，將大大增加變壓器故障的處理難度，降低變壓器故障的處理效率，甚至造成變壓器故障影響范圍的擴(kuò)大和影響程度的加劇。加強(qiáng)對(duì)油色譜診斷技術(shù)的了解能夠充分提高其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為變壓器的良好運(yùn)行提供更強(qiáng)的技術(shù)保障。

一、油色譜診斷技術(shù)的重要性

通常在進(jìn)行變壓器故障檢測(cè)時(shí)，需要保證變壓器處于停止運(yùn)行的狀態(tài)，但部分運(yùn)行異常在停止?fàn)顟B(tài)下難以被檢測(cè)到，這就導(dǎo)致部分變壓器運(yùn)行問(wèn)題無(wú)法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)存在問(wèn)題的變壓器繼續(xù)運(yùn)行后，潛在的運(yùn)行問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致變壓器故障，對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)造成較大的不良影響，對(duì)變壓器的使用壽命也會(huì)造成損傷。油色譜診斷技術(shù)可以在變壓器保持運(yùn)行的狀態(tài)下，對(duì)變壓器的運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的檢測(cè)，只需要提取適當(dāng)?shù)挠蜆?，按照診斷技術(shù)要求進(jìn)行分析就可以掌握準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理，避免問(wèn)題的擴(kuò)大化?；谝酝脑\斷經(jīng)驗(yàn)和診斷結(jié)果來(lái)看，油色譜診斷技術(shù)的準(zhǔn)確率極高，可以達(dá)到保障變壓器運(yùn)行安全的理想效果。

二、變壓器故障分析

1、故障條件下產(chǎn)氣種類

變壓器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，存在油中氣體含量和空氣溶解平衡的情況，就會(huì)有較多氣體成分在變壓器油內(nèi)，氣體成分的構(gòu)成也較為復(fù)雜，通常以氮?dú)鉃橹?，能夠達(dá)到總體的70%左右，其次是氧氣，能夠達(dá)到總體的30%左右，其他少量氣體成分包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷和烴氣等。當(dāng)電故障或熱故障點(diǎn)的溫度還在持續(xù)增加時(shí)，特征氣體會(huì)根據(jù)氧氣、氮?dú)?、二氧化碳和烴氣等鍵能順序產(chǎn)生。

2、故障類型

熱故障和電故障在變壓器故障中最為常見，具有不同的故障特點(diǎn)。熱故障會(huì)造成大量烴類氣體的產(chǎn)生，可以根據(jù)溫度劃分成不同類型，其中低溫過(guò)熱是指300℃以下的熱故障，中溫過(guò)熱是指300-700℃內(nèi)的熱故障，高溫過(guò)熱是指700℃以上的熱故障。通常在150℃以下的低溫過(guò)熱故障是由于超負(fù)荷導(dǎo)致的，而其他過(guò)熱故障的原因更為復(fù)雜，通常以電導(dǎo)體過(guò)流、電導(dǎo)體焊接、鐵芯短路、鐵芯接地和開關(guān)觸頭、冷卻油道堵塞等原因相關(guān)。

電故障產(chǎn)生的氣體種類較多，主要以氫氣、甲烷和乙炔氣體最多。當(dāng)變壓器產(chǎn)生異常放電行為就可以診斷為電故障，根據(jù)異常放電行為的不同可以分為不同電故障類型，以局部放電、火花放電和電弧放電最為常見。在產(chǎn)生局部放電時(shí)，放電形式外部表現(xiàn)較為隱蔽，放電時(shí)間較長(zhǎng)，放電能量也較低。在產(chǎn)生火花放電時(shí)，最常見于導(dǎo)線連線不良位置的放電，放電頻率為間歇性，會(huì)導(dǎo)致氣體繼電器發(fā)出示警。在產(chǎn)生電弧放電時(shí)，放電現(xiàn)象較為突然和劇烈，繼電器會(huì)直接發(fā)生跳閘現(xiàn)象。變壓器故障產(chǎn)生的氣體還會(huì)受到其他故障因素影響，包括絕緣材料老化故障以一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w為主，變壓器內(nèi)部受潮故障以氫氣為主。

三、變壓器故障油色譜診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

油色譜診斷技術(shù)需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為診斷依據(jù)，尤其是特征氣體的含量注意值和產(chǎn)氣速率的數(shù)據(jù)，對(duì)診斷準(zhǔn)確性的影響較大。主要在于變壓器和電抗器設(shè)備包括氫氣、乙炔和總?cè)驳葰怏w組分，特征氣體含量在投運(yùn)前的注意值分別為30、0和20。當(dāng)運(yùn)行條件為220kV時(shí)，注意值分別為150、5和150;當(dāng)運(yùn)行條件為330kV時(shí)，注意值分別為150、1和150。套管設(shè)備包括氫氣、乙炔、總?cè)埠图淄榈葰怏w組分，特征氣體含量在投運(yùn)前的注意值分別為150、0和150，不需要對(duì)甲烷進(jìn)行考核。當(dāng)運(yùn)行條件為220kV時(shí)，注意值分別為500、2和100，不需要對(duì)總?cè)策M(jìn)行考核。當(dāng)運(yùn)行條件為330kV時(shí)，注意值分別為500、1和100，不需要對(duì)總?cè)策M(jìn)行考核。

特征氣體的絕對(duì)產(chǎn)氣速率和相對(duì)產(chǎn)氣速率都是特征氣體產(chǎn)氣速率的重要指標(biāo)，需要根據(jù)科學(xué)的計(jì)算方式對(duì)絕對(duì)產(chǎn)氣速率和相對(duì)產(chǎn)氣速率進(jìn)行分別計(jì)算。絕對(duì)產(chǎn)氣速率需要對(duì)兩次取樣氣體含量差值進(jìn)行計(jì)算，兩次取樣的時(shí)間間隔比值也需要計(jì)算，再與設(shè)備的總油量比油密度的值相乘。相對(duì)產(chǎn)氣速率需要對(duì)兩次取樣氣體含量差值與單次取樣氣體含量相比進(jìn)行計(jì)算，再與兩次取樣的時(shí)間間隔比值相乘，最后與百分比相乘。

四、變壓器故障油色譜診斷評(píng)估

1、故障判斷

變壓器的氣體組分最為明顯，可以根據(jù)氣體組分的情況對(duì)故障性質(zhì)進(jìn)行診斷。比如氫氣含量較大時(shí)，可診斷為變壓器內(nèi)部受潮故障;氫氣和甲烷含量較大時(shí)，可診斷為低能量放電故障;當(dāng)乙烷為主的總?cè)差悮怏w含量較大時(shí)，可診斷為電弧或火花放電故障;當(dāng)一氧化碳和二氧化碳含量較大時(shí)，可診斷為故障中有絕緣介質(zhì)相伴，包括絕緣老化或變壓器內(nèi)部油氧化等。但在進(jìn)行診斷過(guò)程中，還需要結(jié)合其他故障表現(xiàn)進(jìn)行綜合診斷，才能夠確保診斷的準(zhǔn)確性。

2、故障程度判斷

對(duì)故障程度的診斷會(huì)對(duì)后續(xù)的故障處理造成較大的影響，可以根據(jù)氣體組分的含量情況進(jìn)行故障程度的準(zhǔn)確診斷。比如當(dāng)故障較為嚴(yán)重時(shí)，特征氣體含量注意值能夠超過(guò)5倍以上。由于故障往往處于不確定性的發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，可以通過(guò)氣體產(chǎn)生速率和含量等數(shù)據(jù)進(jìn)行故障發(fā)展趨勢(shì)的診斷，有助于更具針對(duì)性和有效性的故障處理措施和變壓器檢測(cè)周期制定，避免故障的快速惡化。

3、故障類型判斷

故障類型的判斷需要綜合多方面的信息才能夠得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，部分故障類型具有較多的相似表現(xiàn)，但仍然存在其他表現(xiàn)的差異，可以通過(guò)對(duì)差異表現(xiàn)的分析提高故障類型判斷的準(zhǔn)確率。還可以采用科學(xué)的故障類型判斷方法進(jìn)行判斷，常見的判斷方法包括雙比值法和三比值法，可以根據(jù)實(shí)際情況采用不同的方法。

（1）雙比值法判定

雙比值法對(duì)熱故障、電故障和絕緣故障都可以達(dá)到較高的判定準(zhǔn)確率。在熱故障判定中，溫度產(chǎn)氣組分作為主要的判定依據(jù)，包括乙烷和乙烯的比值等。在電故障中，根據(jù)氣故障產(chǎn)氣組分比值作為判定依據(jù)，比如乙烷乙炔的比值在3以下時(shí)，就能夠判定為高能量放電表現(xiàn)。在絕緣故障中，二氧化碳和一氧化碳的比值作為主要依據(jù)，比如當(dāng)比值達(dá)到7以上時(shí)，可以判定為絕緣老化故障;當(dāng)比值在3-7中間時(shí)，可以判定絕緣狀態(tài)正常。

（2）三比值法判定

三比值包括乙炔和乙烯、甲烷和氫氣、乙烯和乙炔的比值，通過(guò)不同比值可以進(jìn)行不同故障類型的判定。但需要確定氣體含量和產(chǎn)氣速率達(dá)到了注意值以后，才可以采用三比指法進(jìn)行判定。

結(jié)語(yǔ)

變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行情況下，會(huì)受到較多因素的影響產(chǎn)生不同的故障，油色譜診斷技術(shù)可以根據(jù)油樣分析數(shù)據(jù)，對(duì)具體的故障類型和產(chǎn)生原因進(jìn)行診斷，具有較高的診斷準(zhǔn)確率和診斷效率。但仍然需要加強(qiáng)對(duì)油色譜診斷技術(shù)的了解，提高油色譜診斷技術(shù)的水平，才能夠確保油色譜診斷技術(shù)達(dá)到理想的診斷效果。

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