电力变压器热性故障综合分析.doc

2012年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文
电力变压器热性故障综合分析
乌鲁木齐电业局变电检修工区 张艳
电话：2927639
【摘要】：本文介绍了变压器的故障机理与变压器故障模式及危害程度，通过对特征气体的色谱分析，可初步推断变压器内部故障的性质、部位，再结合电气试验等其他手段，综合分析判定，可提高变压器内部故障诊断的准确性通过变压器故障实例，获得数据进行归纳、分析，确定故障类型。
【关键词】 变压器 热性故障 综合分析
一、 前言
过热故障在变压器的各种故障中占有很大比重并且种类多样。色谱分析能够较为有效的判断出过热故障，电气试验则能对故障的原因和部位进行较准确的判断。提出了色谱分析和电气试验相结合的过热故障诊断方法，并给出了具体的流程和检测方法。通过具体实例，验证了方法的有效性。
二、变压器热性故障的分类
变压器的内部故障从性质上分为热性故障和电性故障两种，热性故障通常为变压器内部局部过热造成温度升高，而不是变压器正常运行时由铜损和铁损转化而来的热量。根据严重程度，人们可以按温度的升高范围分为四种情况：150℃以下属于轻微过热故障，150～300℃属于低温过热，300～700℃属于中温过热，大于700 ℃属于高温过热。
过热故障按出现在变压器的导电或磁回路区分，可分为导电回路过热故障、磁路回路过热故障和其他部位的过热故障等。
导电回路过热故障。导电回路的过热故障按部位分主要有分接开关故障、引线连接部分故障、高低压绕组故障和漏磁环流引起的的局部过热。
磁路回路过热故障。磁路回路过热故障按原因和部位可分为铁心故障及零序磁通引起的局部过热。
其他部位的过热故障。其他部位的过热故障有局部油道堵塞致使局部散热不良引起的过热，潜油泵、油冷却器故障等。这些故障的几率虽很小但不可忽视。
据有关统计的数据分析，导致变压器过热故障的原因所占的比例：一般分接开关接触不良引起的为50%，铁心多点接地和局部短路或漏磁环流占33%，导线过热和接头不良或紧固件松动占14.4%，因局部油道堵塞造成局部散热不良约占2.6%。
三、热性故障的产气特征：
3.1、热应力只影响到热源处变压器油的分解而不涉及固体绝缘时，产生的气体主要是低分子烃类气体，其中甲烷和乙烯是特征气体，两者总量一般占总烃的80％以上。当故障点温度较低时，甲烷占的比例大；随着故障点温度的升高（500℃以上），乙烯在总烃中所占的比例增大，甲烷次之，乙烷和氢气更次。据统计高温过热变压器，乙烯在总烃中所占的比例平均为62.5%，甲烷为27.3%，乙烷一般不超过总烃量的20%，氢气的含量一般在占氢烃总量的27％以下。通常热性故障是不产生乙炔的，但是，严重过热也会产生少量乙炔，其最大含量不超过总烃量的6%。
3.2、当过热涉及固体绝缘物时，除了产生上述气体外，也会产生大量的CO和CO2，并随着温度的升高CO和CO2比值逐渐增大。
四、热性故障产生的原因
产生热性故障的原因有下列三种情况：①接点接触不良，如引线连接不良，分接开关接触不良，导体接头焊接不良等，这种故障约占过热性故障的一半。②磁路故障，由于铁心两点或多点接地造成循环电流发热，如穿心螺丝轭铁夹件或压环压钉碰铁心；油箱及下轭铁等处有铁磁杂物；铁心用部分硅钢片短路造成涡流发热如连片短接，硅钢片间绝缘损坏或老化，以及漏磁引起的外壳、铁心夹件、压环等局部发热等。③导体故障，部分绕组短路，或不同电压比并列运行引起的循环，电流发热，绝缘导体因超负荷过流发热，绝缘膨胀，注油堵塞而引起的散热不良等。
五、热性故障的危害
热性故障的危害和故障部位有关，如果热点出现在固体绝缘材料中，则将引起材料的热解和劣化，热点范围和温度也会逐渐升高，最终导致电弧性热点而造成设备的损坏。如果热点出现在裸金属部分，则将发生烧坏铁心、螺栓、螺帽垫板等部件，最终也会使设备损坏。同时裸金属过热往往涉及到固体绝缘，造成固体绝缘的劣化和热解，进而损坏了固体绝缘材料的绝缘性能，最后造成更大的损坏后果。因此对热性故障决不可掉以轻心，必须防微杜渐，将故障在萌芽状态就予以消除。
六、过热故障实例分析
我局110KV腾飞变电站1号主变压器，其型号为：SFSZ8-31500/110，该变压器自投运到2009年3月3日周期试验油中色谱分析数据皆正常，2009年6月20日轻瓦斯动作，跟踪取样时，色谱分析中总烃为149.32μL/L，较3月3日总烃增长了7.4倍。其中主要成分乙烯为91.65μL/L，占总烃比重的61.3%；甲烷为43.83μL/L，占总烃比重的29.3%；二者之和占总烃的90.6%。6月21日轻瓦斯又动作，跟踪分析总烃为236.84μL/L，其中乙烯为143.26μL/L，占总烃比重的60.4%；甲烷为72.02μL/L，占总烃比重的30.4%；二者之和占总烃的90.8%。符合过热故障理论，可基本诊断为高温过热故障。上述三次色谱分析数据如下表所示：
腾飞变电站1号主变压器色谱分析数据 单位：μL/L
日期
CH4
C2H4
C2H6
C2H2
H2
CO
CO2
总烃
09.3.3
20.20
14.82
2.01
0.11
6.94
159.65
4946.61
20.14
09.6.20
43.83
91.65
11.26
2.19
17.46
150.12
4858.44
149.32
09.6.21
72.02
143.26
17.98
3.66
29.89
185.57
5865.96
236.84
再由各次的色谱分析进行三比值法对照（C2H2/C2H4 , CH4 / H2 , C2H4 / C2H6 ）编码为0、2、2，故障点的温度估算达764℃，故障源功率大于0．6w，属于高温过热故障。三比值法结合四比值电回路故障判据编码为02D2，判断为电回路故障。由于气体增加速度很快，有理由认为设备有异常,需停电检修。
停电电气试验分析：
(1)铁心接地电流测试
测试结果为2rnA，属于正常范围。
(2)直流电阻测试
为检查焊接质量；检查分接开关接触是否良好；检查层、匝间有无短路的现象；引线夹件螺丝松动等引起的故障，对主变线圈的直流电阻进行了测试，与历次试验结果相比增长很大。说明有可能引线夹件螺丝松动或接头焊接不良，绕组层、匝间绝缘不良等故障。
2009年6月22日，对1号主变进行吊罩检查，通过观察孔检查为10kV套管B相内部螺母松动，接触不良引，局部过热。打开时，接头接触面有大量烧伤痕迹，对接触面打磨并上紧螺丝。故障排除后，跟踪试验至今运行正常。
七、结论
通过这次变压器故障情况的排除，使我们更进一步认识到加强绝缘监督的重要性，变压器油色谱跟踪分析对于发现变压器早期故障是非常有效的方法。由于变压器内部故障形式和故障部位种类较多，要准确判断各种变压器故障的部位和性质，有赖于对设备结构和检修情况的全面掌握，还要结合电气试验如直流电阻等试验，并结合历史数据进行综合分析，以达到准确发现缺陷，消除故障，确保设备安全运行。同时也为今后类似的大型电力变压器缺陷的解决积累了非常宝贵的经验。
八、参考文献：
《变压器油及相关故障诊断处理技术》 钱旭耀 编著
《电力变压器故障与诊断》 董其国 编著
变压器油中溶解气体分析和判断导则 DL/T 722-2000
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