變壓器油中溶解氣體分析與故障診斷論文

　　摘要:在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中,變壓器是其重要的組成部分。采用油中溶解氣體分析(DGA)技術(shù)對變壓器故障進行早期故障診斷,可減少變壓器不必要的事故停用,對保證電力系統(tǒng)安全可靠運行有較大的作用。文章對變壓器油中溶解氣體的組分及故障診斷方法進行了分析討論。

　　關(guān)鍵詞:變壓器;油中溶解氣體;故障診斷

　　變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備,用途非常廣泛。變壓器內(nèi)的絕緣油和有機絕緣材料隨著運行時間的增加,在熱和電的長期作用下會逐漸老化和分解,并產(chǎn)生極少量的氣體,這些油中溶解氣體包括氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。但是,當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時,油中氣體的含量就會發(fā)生很大的變化。隨著故障的發(fā)展,當產(chǎn)氣量大于溶解量時,便有一部分氣體以游離氣體的形態(tài)釋放出來。實踐證明,絕大多數(shù)的變壓器初期缺陷都會出現(xiàn)早期跡象,因此,測量分析溶解于油中的氣體含量就能盡早的發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障。

　　1油中溶解氣體的成分分析

　　變壓器絕緣材料熱分解所產(chǎn)生的可燃和非可燃性氣體達20種左右。因此,為了有利于變壓器內(nèi)部故障判斷,選定必要的氣體作為分析對象是很重要的。目前國內(nèi)外所分析的氣體對象是不統(tǒng)一的,我國按DL/722-2000要求一般分析9種或8種氣體,最少必須分析七種氣體。變壓器中的故障特征氣體種類為:O2、N2、H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2。以這九種氣體作為分析對象的原因見如下:O2主要了解脫氣程度和密封好壞;N2主要了解氮氣飽和程度;H2主要了解熱源溫度或有沒有局部放電;CO2主要了解固體絕緣老化或平均溫度是否高;CO主要了解固體絕緣有無熱分解;CH4、C2H6、C2H4三種氣體主要了解熱源溫度;C2H2主要了解有無放電或高溫熱源。

　　2變壓器內(nèi)部常見故障與油中溶解氣體的關(guān)系

　　變壓器內(nèi)部常見故障可大致分為電性故障和熱性故障兩種。油中溶解的氣體可反映故障點引起的周圍油、紙絕緣的電、熱分解本質(zhì)。氣體特征隨故障類型、故障能量及其涉及的絕緣材料的不同而不同,即故障點產(chǎn)生烴類氣體的不飽和度與故障源的能量密度之間有密切的聯(lián)系。如電性故障分高能量放電和低能量放電兩種類型,高能量放電所產(chǎn)生的特征氣體是C2H2和H2,而低能量放電所產(chǎn)生的特征氣體主要是H2和CH4;熱性故障所產(chǎn)生的特征氣體以CH4和C2H4為主。

　　3 變壓器故障診斷方法

　　3.1故障嚴重程度診斷

　　對變壓器進行早期故障診斷時,除考慮氣體含量外,還需考慮氣體的產(chǎn)氣率,根據(jù)產(chǎn)氣速率來判斷變壓器內(nèi)部故障的發(fā)展趨勢。實際分析時,是以油中溶解氣體含量和產(chǎn)氣速率都超過其注意值時,判定為存在故障。絕對產(chǎn)氣速率的計算式如下:

　　r■=■×■⑴

　　式中,ra為絕對產(chǎn)氣率,ml/d ;ci1 ,ci2 分別表示第一次取樣和第二次取樣測得油中組分i 氣體濃度,?滋L/L ; △t 表示二次取樣間隔中的實際運行時間, d;m 表示變壓器總油量, t; ?籽表示油的密度,t/m3 。該計算式?jīng)]有考慮氣體的逸散損失,對于開放式變壓器,這種氣體逸散損失是不可忽視的,計算式(1)只適用于封閉油箱或隔膜密封變壓器。變壓器絕對產(chǎn)氣率注意值如表1所示。

　　絕對產(chǎn)氣率表示法具有計算方法簡單、能直接反映出故障性質(zhì)和發(fā)展程度等優(yōu)點,在實踐中得到了應(yīng)用。

　　3.2故障類型診斷方法

　�、偃�比值法。三比值法是指采用五種特征氣體的三對比值,以不同的三對比值和不同的比值范圍來進行編碼,來判斷變壓器的故障。三比值法的編碼規(guī)則和故障類型判斷分別如表2和表3。

　　在應(yīng)用三比值法時要注意的是,只有當油中氣體和產(chǎn)氣速率超標時才能應(yīng)用三比值法,對于氣體含量和產(chǎn)氣速率正常的變壓器,比值沒有意義。

　�、谌�比值法的不足。目前DL/T722-2000已推薦表2和表3的三比值法作為設(shè)備內(nèi)部故障診斷的主要方法,此方法可以簡單、有效的判斷變壓器的故障,但在實際應(yīng)用中也存在一些不足。例如“編碼盲點”問題,對于有些編碼,找不到對應(yīng)的故障;對于復合故障的判別,也不令人滿意;而且,三比值法只能大致判斷出故障的性質(zhì),無法確定故障發(fā)生的部位,因而無法提出具有針對性的維修措施以迅速排除故障。雖然三比值法有上述一些缺點,但是三比值法作為一種有效診斷變壓器內(nèi)部故障的方法的重要性是毋容置疑的。

　　4變壓器故障診斷步驟

　　根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行內(nèi)部故障診斷時,應(yīng)按如下思路進行診斷:判斷有無故障;判斷故障類型:如低溫過熱、高能量發(fā)電等;診斷故障的狀況:故障功率、故障源面積、故障點部位、嚴重程度等;提出處理措施:如能否正常運行,繼續(xù)運行能否保證設(shè)備本身的安全性,或是否需要停運檢修等。當通過氣相色譜儀分析得出油中氣體含量數(shù)據(jù)之后,建議按圖1進行變壓器內(nèi)部狀況的診斷。

　　5結(jié)語

　　油中溶解氣體分析的目的是用來檢測變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障,了解故障發(fā)生的原因、類型和嚴重程度,并預(yù)測設(shè)備的未來狀態(tài)。但造成油中溶解氣體增長的原因多種多樣,如有時油中故障特征氣體的產(chǎn)生與運行和檢修有關(guān)。因此,當根據(jù)油中氣體分析認為可能存在內(nèi)部故障時,還應(yīng)結(jié)合電氣、化學實驗結(jié)果和運行檢修史,以及外部檢查等進行綜合判斷。這樣,不僅有助于明確故障類型,而且也有利于對故障部位做出估計。

　　參考文獻:

　　[1] 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中 國電力出版社,2005.

　　[2] 許青山.電力系統(tǒng)故障診斷及故障恢復[M].北京:中國電力 出版社,2001.

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