电力变压器的故障诊断分析教学提纲文档格式.docx
《电力变压器的故障诊断分析教学提纲文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力变压器的故障诊断分析教学提纲文档格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
andanalysis
College：
Subject：
Name：
Director：
Oct2011
1.2变压器故障的种类8
第二章电力变压器故障检测的现状9
第三章目前电力变压器故障检测存在的问题.11
第四章电力变压器故障诊断的方法12
4.1油中溶解气体分析法12
4.1.1单项成分超标分析法13
4.1.2特征气体色谱的分析和判断13
4.2在线检测技术14
4.2.1局部放电在线监测15
4.2.1油中气体含量的在线监测16
4.4.3绕组故障的在线监测17
4.3建立完备的变压器历史资料库...................................18
结束语20
参考文献............................................................21
致谢…………………………………………………………………………………….22
摘要
电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，它一旦发生事故，则所需的修复时间较长，造成的影响也比较严重。
随着我国电力工业的迅速发展，电网规模不断扩大，电力变压器的单机容量和安装容量随之不断增加，电压等级也在不断地提高。
一般而言，容量越大，电压等级越高，变压器故障造成的损失也就越大。
本文主要研究了电力变压器状态监测与故障诊断的现状以及存在的问题，并对电力变压器的相关故障诊断方法进行了分析。
关键词：
电力变压器；
故障；
诊断
Abstract
Powertransformerisanimportantequipmentinpowersystem,itonceanaccidentoccurs,therequiredrepairtimeislonger,theeffectismoreserious.Withtherapiddevelopmentofpowerindustry,expandingthescaleofpowergrids,powertransformercapacityandinstalledcapacityincreasesceaselesslysubsequently,voltagelevelsarealsocontinuouslyimprove.Generallyspeaking,thelargercapacity,highervoltagelevels,thetransformerfaultcausedbylossisbigger.Thispapermainlystudiesthepowertransformerconditionmonitoringandfaultdiagnosisofthestatusquoandtheexistingproblems,andforpowertransformerfaultdiagnosisrelatedmethodsareanalyzed.
Keyword:
Powertransformer;
faultdiagnosis
第一章电力变压器故障检测绪论
电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，它一旦发生事故，则所需的修复时间较长，造成的影响也比较严重[1]。
随着我国电力工业的迅速发展，电网规模不断扩大，
电力变压器的单机容量和安装容量随之不断增加，电压等级也在不断地提高。
近年来，电力变压器虽然由于材料的改进、设计方法和制造技术的提高，运行可靠率有所提高，但仍会发生料想不到的事故。
1.1造成变压器故障的原因
主要可以分为如下几种:
l）选用材料或安装不当
包括绝缘等级选择错误，电压分接头选择不当以及保护继电器、断路器不完善等。
2）制造质量不好
由于选取的制造材料（导电材料、磁性材料、绝缘材料等）不好，或是设计的结构不合理，工艺水平不高，造成变压器发生故障。
3）运行、维护不当
由于操作不当或其他故障造成变压器过负荷，或者检修维护时造成连接松动，甚至使异物进入变压器，都会使变压器发生故障。
4）异常电压
主要是雷电过电压和内部过电压。
过电压的作用时间虽然很短，但是过电压的数值却大大超过了变压器的正常工作电压，因而容易造成变压器绝缘损坏，导致变压器不能正常工作。
5）绝缘老化
这一方面是由于绝缘材料的自然老化而造成的;
另一方面，当变压器过负荷运行或内部出现某些异常（如局部放电、局部过热等）时，将会加速变压器绝缘材料的老化，从而引发故障。
1.2变压器故障的种类
按照故障发生的部位，可以大致将变压器故障分为以下几类:
l）变压器的内部故障
（l）绕组故障:
包括绝缘击穿、断线、变形等;
（2）铁芯故障:
包括铁芯叠片之间绝缘损坏、接地、铁芯的穿芯螺栓绝缘击穿等:
（3）内部的装配金具故障:
包括焊接不良、部件脱落等;
（4）电压分接开关故障:
包括分接开关接触不良或电弧等;
（5）引线接地故障:
包括引接线对地闪烙、断裂等;
（6）绝缘油老化。
2）变压器的外部故障
（l）油箱故障:
包括焊接质量不好、密封线圈不好等;
（2）附件故障:
包括绝缘套管、各种继电器的故障等;
（3）其他外部装置故障:
包括冷却装置及控制设备的故障等。
运行的变压器发生不同程度的故障时，会产生异常现象或信息。
故障诊断就是搜集变压器的异常现象或信息，根据这些现象或信息进行分析，从而判断故障的性质、严重程度和部位。
诊断故障的作用是:
l）及时发现局部故障和轻微故障，以便采取措施消除故障，防止变压器损坏而停运，提高电力系统运行可靠性，减少损失;
2）发现运行中的问题，为改进运行维护措施和修订运行规程提供依据;
3）发现产品质量问题，为改进设计和制造工艺提供依据。
因此，加强对电力变压器绝缘状态的监视以防事故于未然以及在事故发生时尽快确定故障的性质及部位是很有必要的。
第二章电力变压器故障检测的现状
近年来，随着大型变压器制造水平的不断提高，变压器的可靠性也越来越高，同时对电网运行单位的生产效率和经济效益的要求也不断提高，鉴于传统的定期维修制度及离线试验所暴露出来的问题，即一方面盲目地对多数完好设备定期维修，造成人力物力浪费，而且这种过度维修还可能引入新的故障隐患;
另一方面还存在因一些产品性能缺陷包括绝缘缺陷未能得到及时发现检修而发展成重大故障的可能。
因此，人们开始关注变压器状态维修的研究和应用。
[7]状态维修可分为三层内容:
（1）在线监测是状态维修的前提和基础，通过在线监测，在不影响设备运行的前提下提取各种状态参数信息;
（2）故障诊断是状态维修的核心，根据在线监测数据诊断其绝缘状况，识别故障种类和程度;
（3）维修策略的制订是状态维修的目标。
随着电力系统自动化水平的提高，越来越多的变电站引入了变压器在线监测装置。
目前在线监测项目主要包括绝缘油中气体在线监测、局部放电在线监测、介质损坏因数在线监测等。
这些在线数据可以及时反映变压器绝缘的变化，对于及早发现故障，防止故障进一步扩大有很大帮助。
将在线数据引入到变压器的故障诊断中，可以极大地提高诊断的实时性和准确性。
由于电力变压器故障的多样性，再加上引发这些故障的原因非常复杂且不明显，使得要准确地判断电力变压器故障性质及故障发生部位变得相当困难。
目前，在变压器故障诊断中应用较多的是传统的油中溶解气体分析法（DGA），即通过对变压器油中溶解气体的分析来判断变压器存在的故障，国内外众多专家对DGA方法的研究取得了许多有价值的成果，形成了一些实用性算法，如IEC推荐的三比值法、Rogers法、Dornerburg法等，它们的共同特点是对变压器油中溶解的H，、CH4、C，HZ、C:
H;
、C:
H6、CO、CO:
的比值进行编码，然后由相应的编码查出对应的故障。
为了弥补这些方法存在的“编码盲点”问题，一些学者又在这些方法的基础上，引入专家系统、人工神经网络、模糊数学、进化遗传算法等方法来对变压器故障进行判别，取得了一定的进展[3]。
DGA方法己被证明是检测变压器故障的一种简单有效的方法，但是，DGA方法也存在一些缺陷，其作业程序复杂，人工操作不可靠，且不易及早发现两次试验之间的故障或缺陷，它一般只能简单区分过热、电晕放电和电弧放电故障，无法对故障的具体类型作进一步判断，也无法对故障的具体部位进行准确地定位，而且，由于油中气体的累积效应，它的准确程度也不令人满意。
所以单凭DGA方法来诊断变压器故障，很难取得满意的结果。
除了色谱试验以外的其他变压器预防性试验也是检测变压器故障的重要手段。
在变压器的离线故障诊断中，预防性试验的结果仍然是不可缺少的诊断依据，要准确地判断故障的具体类型以及故障发生的具体部位，必须通过预防性试验的结果来进行。
因此，充分利用预防性试验的结果来对变压器故障进行诊断，可以得到更为详尽的故障信息，也可以使得诊断系统提供的维修建议更具有针对性，弥补D以方法的不足，减少维护工作量，缩短变压器重新投入运行所需的时间。
总之，电力变压器故障诊断是个复杂的问题，需要综合在线的、离线的多种检测手段，而且变压器故障现象与故障原因之间存在着密切的联系，且是复杂模糊的，存在许多模糊性的概念难以直接由测量值判断变压器状态，故可以引用模糊逻辑和多参数、多层逐步推理方法评估。
结合模糊数学工具构成模糊专家系统对变压器运行状况进行综合分析，判断变压器的运行状况、故障类型、故障可能部位并向运行人员作出合适的建议。
而且，随着电力系统自动化程度的提高，电力系统正日益成为一个密切联系的整体，在这种趋势下，变压器的故障诊断不应成为一个孤立的部分，而应当与电力系统的其他部分结合起来，实现数据的共享和服务。
第三章目前电力变压器故障检测存在的问题
（一）[6]测试精度及其稳定性校验是在线监测系统面临的一个重要技术问题。
由于现场清况的复杂性，使监测结果无法进行校准，更难跟停电试验结果进行对比，而且由于其监测的实时连续性，所以干扰信号的准确判断成为影响监测结果的重要因素。
（二）传感器的特性是在线监测的关键。
现在用量最大的传感器是罗可斯基线圈，为了追求小信号大灵敏度多采用软磁心，其磁性易受外界条件（如温度、压力、冲击）的影响，甚至被测信号的大小不同也会影响传感器自身的角差。
所以研制高精度、高稳定、零角差的传感器仍是一个重要的研究课题。
（三）基准电压的特性将影响结果的分析。
目前抽取基准电压的方法大多是从TV的二次侧抽取，实践证明，其误差较大，同时也增加了现场安装的复杂性。
（四）[8]干扰问题一直是影响在线监测系统安全可靠运行的重要因素。
由于高压变电站复杂的电磁干扰环境，使微量信号的监测（如局部放电，难度增加，同时偶然的强干扰信号（如雷电冲击、操作冲击）甚至会直接击毁在线监测的入口电子电路。
因此，在这里防干扰具有两方面的含义:
一是采用滤波器排除干扰信号对监测信号的影响，这就要求研究更先进的数字滤波技术（如小波变换）;
二是设置灵敏的过电压防护器件，以及采取降低千扰电平的措施和方法。
（五）积累运行经验，建立专家系统和报警值以及相应的监测标准。
由于目前运行经验缺乏，所以往往使报警值无法确定，这正如预防性试验标准的制定一样，需要不断总结运行经验。
专家系统的建立则要求进行大量的基础性研究工作，如绝缘老化规律的研究，以确定多种形式的绝缘特性参数的变化与残余击穿电压的关系等。
第四章电力变压器故障诊断的方法
4.1油中溶解气体分析法
正常情况下充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的低分子烃类及一氧化碳、二氧化碳等气体，这些气体大都溶解在油中，当存在潜伏性故障和过热性故障时，就会加快这些气体的产生速度，随着故障发展，分解出的气体形成气泡在油中经对流、扩散、不断地溶解在油中，大量的研究结果表明，变压器油中溶解气体的组成和含量与故障类型和故障严重程度有密切关系，并且与绝缘油的种类和牌号没有关系。
表1示出了不同故障类型时产生的气体组。
根据产气组分及HZ、C氏、CZ风、CZH:
和CZH6构成的三比值法，可以诊断出变压器常见的一些故障。
常用的变压器色谱分析法就是通过对油中溶解气体的色谱分析来诊断变压器存在的上述故障或缺陷。
国内外普遍采用这种方法来监视变压器的运行状态，收到良好的效果，其诊断正确率可高达80%左右。
因此，分析溶解于油中的气体，就能尽早发现设备的潜伏性故障并随时掌握故障的发展情况。
表1不同故障类型所产生的气体
4.1.1单项成分超标分析法
1）HZ超标
变压器内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障，其特征气体H:
含量很高。
如果色谱分析发现H:
含量超标，而其他组分并没有增加时，可判断为设备含有水分。
为进一步判断，可加做微水分析。
导致水分分解出氢有两种可能:
一是水分和铁产生化学反应;
二是在高电场作用下水分子本身分解。
设备受潮时固体绝缘材料含水量比油中含水量要大100多倍，而HZ含量高大多数是由于油纸绝缘内含有气体和水分，故在现场处理设备受潮时仅靠采用真空滤油法不能长久地降低设备中的含水量，原因在于真空滤油对于设备整体的水分影响不大。
2）CZH:
超标
C:
HZ的产生与放电性故障有关。
当C:
H:
含量占主要成分且超标时，则很可能是
设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放电所致。
另外，如果其它组分没超标，而CZHZ超标且增长速率较快，则可能是设备内部存在高能量放电故障。
4.1.2特征气体色谱的分析和判断
通常可以用下面两种方法判断设备有无故障:
l）与油中溶解气体的正常值作比较判定有无故障
若氢和烃类气体不超过表2所列的含量，则认为电力变压器运行正常。
表2变压器油中溶解气体的正常值
2）根据总烃产气速率判定有无故障
当总烃含量超过正常值时，应考虑采用产气速率判断有无故障。
绝对产气速V:
相对产气速率Vr:
4.1.3故障是否涉及固体绝缘的判断
当电力变压器内部故障涉及固体绝缘时，无论故障性质如何都认为是相当严重的，而且如能确定故障时是否涉及固体绝缘，也就初步确定了故障部位，对变压器检修工作很有帮助。
通常当故障点涉及固体绝缘时，在故障点释放能量的作用下，油纸绝缘将发生解，释放出Co和Co:
，它们的产生不是孤立的，必然因绝缘油的分解产生各种低分子烃和氢气。
[9]通过对变压器连续色谱监测的结果进行动态相关性分析，根据故障的各特征气体与CO和CO:
含量间是否是伴随增长来判断故障是否涉及固体绝缘，这样可以克服传统的方法即油中CO、CO:
总量判断法和CO/CO:
比值法所存在的溶解气体累积效应的影响，同时消除测量的随机误差干扰。
采用Pearson积矩相关11’l可以分析变量间的关联程度，衡量故障特征气体与CO和CO:
含量间增长的相关性，由于CO为纤维素劣化的中间产物，更能反映故障的发展过程，故通过对故障的主要特征气体与CO的连续在线监测值进行相关性分析可判断故障是否涉及固体绝缘。
当用DGA法确定设备内部存在放电性故障时，可以CO与H:
的相关程度作为判断电性故障是否与固体绝缘有关的标准;
在过热性故障的情况下，可以CO与CH4的相关程度作为判断过热性故障是否与固体绝缘有关的标准。
反过来，由固体绝缘损坏能推断为变压器内部己有高能量放电或电弧放电故障存在，而这二种放电现象可能是导致绕组短路故障的主要原因之一。
因此，借助油色谱分析对色谱监测数据进行分析，可以预警变压器内部故障是否涉及固体绝缘。
4.2在线检测技术
[8]目前，对于电气设备的预防性试验都是定期进行的，没有考虑设备的实际工作状况，这样，可能出现在设备工作状况良好的情况下不必要的停机，又有可能出现在设备出现故障的情况时得不到及时的维修。
另一方面，现行的预防性试验其施加的电压一般远远低于设备的实际运行电压，因此难以暴露一些实际存在的绝缘缺陷，不能反映设备在真实运行电压下的绝缘性能。
随着传感器、光纤、计算机技术的发展，利用运行电压本身来对设备绝缘进行不停电的在线监测已成为可能，电力部门在越来越多地引入电气设备的在线监测装置。
在线监测测得的变压器绝缘参数更能反映设备的真实工况，而且具有快速、及时的特点，可以在故障开始时检测到故障，防止故障进一步扩大。
目前比较常用的在线监测项目主要有以下几种:
4.2.1局部放电在线监测
随着电压等级的提高和各种有机绝缘材料的广泛应用，电力设备的局部放电问题越来越突出，局部放电既是设备绝缘劣化，早期故障的征兆，又是造成绝缘劣化的重要原因，因此对局部放电进行有效地离线或在线监测对于电力设备的安全稳定运行具有重要意义。
局部放电在线监测所面临的关键问题是如何有效地识别和抑制干扰，获得可靠的局放信号。
变压器内部存在缺陷时会产生局部放电，局部放电试验已被列为大型变压器的出厂试验项目，在线监测变压器内部局部放电信号能及时反映其绝缘状况和发展趋势，是预防变压器绝缘突发性事故的最有效手段之一。
在已开发的变压器局放在线测量装置中，大多采用宽带检测系统获取局放信息，人们在硬件上采取了许多抑制干扰的措施，但在实际应用中效果不佳，现场环境中局放信号的提取较为困难，由于局部放电是窄脉冲信号，频谱范围很宽，而外部的电晕放电、电弧放电等干扰脉冲信号，其特征与变压器内部局部放电信号相似，且这些脉冲型千扰和连续的周期型干扰以及白噪可能比内部放电信号强得多，干扰有时比局放脉冲信号强2~3个数量级，在线情况下提取局放信号较为困难。
因此，如何有效地识别和抑制干扰，获得可靠的局放信号就成为局放在线监测中的重要研究课题。
近年来，随着计算机技术及数字信号处理技术的发展，人们广泛采取软件抗干扰技术进行处理，比如相关分析法、干扰自适应抑制法、傅立叶变换等时域频域的分析方法，近年来发展起来的小波分析因其具有的多分辨率特性，更适合于处理具有瞬态突变特性的信号，在故障诊断技术中有很大的应用前景。
故障定位对于大型电力变压器是重要的。
局部放电的超声定位法的原理是在变压器油箱外壁上装多个超声传感器，以其中某一路声信号作为基准信号，触发其余信号，测量同一局部放电信号传播到各传感器的相对时差，以等值声速乘以时延而得到放电点到各传感器的空间距离，将该组相对时差代入满足该组传感器几何关系的一组方程求解，即可求得局部放电源的几何位置。
但当放电发生在围屏内部时，超声信号无法传播到外部，则超声法难于定位。
电一声联合定位法以局部放电的电脉冲作为触发基准信号，同时记录电脉冲信号和多路超声信号，以电信号与各超声波信号的时差作为局部放电点到达各传感器的传播时间，根据方程组算得放电位置。
电气定位法的原理是假定变压器的等值电路在某特定频率范围内是纯容性电路，则对于某一变压器，此容性电路是已知的，当变压器内部发生局部放电时，其首末端电压的比值与放电点位置满足特定的函数关系，测量变压器绕组首末端电压，可据此求得放电点位置。
但是目前局部放电在线监测理论上研究的比较多，但真正要应用到工程实践中还需募综合考虑复杂多变的现场环境，某电业局投入运行的一套变压器局部放电在线监测系统在实际运行中效果并不好。
因此，局部放电在线监测仍然具有一定的局限性，需要研究出更加切实可行的电力变压器电气量在线监测系统。
4.2.2油中气体含量的在线监测
大量的实践经验和研究资料表明:
导致电力变压器事故的主要原因是其绝缘性能的劣化。
几十年来，检测油中气体成分和含量的气相色谱法一直是判断变压器等充油设备潜伏性故障的重要手段，但是其作业程序复杂，人工操作不可靠，且不易及早发现两次试验之间的故障或缺陷。
[9]色谱分析相对于在线局部放电测量而言，外界电磁干扰对测量的影响要小得多。
因此，近年来，国内外在变压器的油中气体在线分析和诊断方面进行了大量的研究工作，现在已有厂家生产在线检测6种故障特征气体的油色谱分析仪，可安装在变压器附近或直接安装在变压器上。
使用在线油色谱分析仪，在线监视油中气体含量的变化，应用前面介绍的油中溶解气体分析法并运用专家系统、模糊理论等人工智能技术可以及时发现变压器内部缺陷，预期故障的存在和发展，并能将分析结果采集后传输到故障综合诊断系统[2]。
该诊断系统根据在线气相色谱分析数据进行实时综合分析，可以更好地进行故障诊断分析，提高状态检测的准确性。
但此法只能定性地发现变压器内部的异常，不能定位和定量地判断故障具体部位和程度。
4.2.3绕组故障的在线监测
绕组是变压器中最重要、最复杂也是最容易出现故障的部件，当变压器在遭受短路冲击后，往往可能造成绕组扭曲变形，其累积效应会使变形进一步发展;
另外由于绕组绝缘损坏，会造成匝间短路甚至是相间短路。
统计资料表明:
绕组的损坏率约占整个变压器故障的60%一70%，随着输电电压越来越高，目前变压器多采用纠结式线圈，使得变压器绕组的匝间短路故障明显增加。
电力变压器是电力系统中最重要的设备，准确及时地发现变压器潜在的和现有的故障是保证电力系统安全运行的重要措施。
通常由于变压器长期受到潮湿、绝缘老化、机械振动和机械损伤等原因的影响，其绕组内部难免会发生匝间短路故障，传统的保护措施是通过整定继电保护的参数来实现的，这对一些尚不致于产生保护动作的匝间短路故障的诊断就无能为力。
因此，如何在继电保护动作之前及时地检测出这种潜伏性故障，并且进行有针对性的维修，使故障部件在故障初期就能得到及时替换，避免变压器非正常退出运行就显得非常必要。
目前的变压器在线故障诊断还不完善，其整体故障定位功能由于容易受到强干扰而不尽人意，既然变压器的整体故障定位实现起来尚有困难，那么当绕组发生故障时，如果能够通过绕组在线监测而发现在哪个绕组上发生故障，实现变压器故障部分定位，提高变压器故障诊断的准确性。
大型变压器绕组匝间短路的客观原因是因其高电压和大容量，使得匝间电压较高和导线截面大。
但匝间短路的发生一般并非由于匝绝缘的设计电气强度不够或导线的设计电流密度过高而发热导致绝缘破坏所致，匝间短路的发生，除选用材料不当外，多属绕组工艺问题，如纸包绝缘导线符合设计又是合格品，则匝间绝缘破坏的主要原因为工艺不良，例如纸包线污脏，纸包擦伤、绕线时夹杂外物刺破纸包或曲折使纸包层破裂等。
对多根并绕的线匝，内外层每根导线的电压就不相等，即使同一层也不相同。
如果绝缘破坏，也会产生环流，此环流的热量能加速绝缘的老化，形成恶性循环。
匝间绝缘不良引起的事故，事故点往往己被烧坏。
所以怎样在事故发生前找到匝间短路点至关重要。
匝间短路无论发生在高压侧还是低压侧，一般出厂试验、交接试验以及运行后的预防性试验都很难发现。
但是，匝间短路往往发生在某一相的某一绕组，匝间短路环流将造成一定的损耗，会出现三相损耗的不平衡，此一机理可帮助查找是否存在匝间短路以及
升级会员 