变压器过热性故障地判断.docx
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变压器过热性故障地判断
变压器过热性故障的判断
摘要：
介绍了变压器内部故障诊断及查找的工作流程及方法。
关键词：
变压器；过热性故障；判断
1 前言
就一般情况而言，变压器内部潜伏性故障可分为过热和放电两大类。
所谓过热是指局部过热，又称热点，它和变压器正常运行下的发热有所区别。
正常运行时，温度的热源来自绕组和铁心，即所谓铜损和铁损。
过热性故障占变压器故障的比例较大，危害性严重。
存在于固体绝缘的热点会引起绝缘劣化与热解，对绝缘危害较大。
热点常会从低温逐步发展为高温，甚至会迅速发展为电弧性热点而造成设备损坏事故。
一些裸金属热点也常会烧坏铁心、螺栓等部件，严重时会造成设备永久性损坏。
过热性故障包括接点接触不良、磁路故障、导体故障等。
而预测分析变压器内部故障是确保安全发供电的一项重要的技术措施。
作为绝缘监督的手段，我们一直采取对设备进行直流泄漏、绝缘电阻、介损测量、交流耐压、直流电阻和局部放电等绝缘特性试验的措施。
但由于做这些试验时要求被试设备停电，同时亦很难测出变压器内部极小的潜伏性故障（如过热性故障），因此近几年来，我们在开展预防性试验中，主要通过色谱分析手段，来及时准确判断出变压器内部过热性故障。
本文结合现场生产情况，介绍变压器内部过热性故障判断的依据与方法。
2 变压器过热性故障判断的依据与方法
变压器油和固体绝缘材料在电或热的作用下分解产生一些特征气体。
在不同的运行状态下，外界对变压器油的理化作用亦不相同，产生的气体的成分和含量也不相同。
正常运行中，变压器内部绝缘油与固体绝缘材料除产生一些非气态的劣化产物外，还会产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物等。
其中碳的氧化物（CO、CO2）成分最多，其次是氢和烃类气体。
当发生过热性故障时，热点只影响到绝缘油的分解而不涉及固体绝缘的裸金属过热性故障。
油中溶解气体以CH4和C2H4为特征气体，二者之和常占总烃的80%以上。
故障点温度较低时，甲烷占的比例大。
随着热点温度的升高（500℃以上），乙烯、氢组分急剧增加，比例增大。
当严重过热（800℃）时，也会产生少量乙炔，但其含量不超过乙烯量的10%。
涉及固体绝缘的过热性故障时，除产生上述的低分子烃类气体外，还产生较多的CO、CO2。
随着温度的升高，CO/CO2比值逐渐增大。
因此，我们可以根据《电力系统预防性试验规程》及导则，通过分析油中溶解气体的成分、特征气体含量、变化趋势、IEC三比值法来判断变压器是否存在内部潜伏性故障及故障的性质。
而过热性故障的回路包括导电回路和磁回路，可用以下方法判断：
（1）磁回路过热性故障判据。
在四比值法中，当CH4/H2=1～3，C2H6/CH4＜1，C2H4/C2H6＞3，C2H2/C2H4＜，则变压器存在磁回路过热性故障。
（2）将三比值法与磁回路过热判据结合使用判断磁回路与导电回路的过热性故障。
由上述可知，磁场回路过热判据与《导则》中的三比值法比较，有三个比值项是共同的。
在这三个比值项中，磁回路过热判据基本上与三比值的比值组合“022”相同。
因此，当基于三比值法判断为“022”热故障后，再将其中的CH4/H2的比值按1～3和＞3划分为：
CH4/H2=1～3，编码记为2C（C为磁）；CH4/H2＞3，编码记为2D（D为电）。
这样，当比值组合为02C2时，为磁回路过热性故障；当比值组合为02D2时为导电回路过热性故障。
需要注意的是：
由于油中溶解气体产生有时与运行和检修情况有关，如冷却系统的油泵故障，油箱带油补焊，油流继电器接点火花，注入油本身未脱净气等，因此当油中气体分析认为可能存在有内部故障时，还应结合电气、化学试验结果和运行检修情况以及外部检查等进行综合判断，这样不仅有助于准确判断故障类型及对故障部位做出正确估计，同时可防止设备的遗漏或盲目停运造成浪费。
综合诊断流程如图1所示。
图1 综合判断工作流程图
3 应用实例说明
我局110kV中星变电站1号主变（SFZ7-31500/110）投运8个月后测试时发现氢和总烃有所增加，其中总烃已超过《电力系统预防性试验规程》所规定的注意值。
历次试验数据如表1所示。
从表1所列数据来看，特征气体产气速率很快，总烃达h，“IEC”三比值编码为“022”，表明该变压器内部存在大于700℃的高温过热，同时也可能存在电弧放电。
经初步分析，过热原因大致可能为：
①引线连接不良；②分接开关接触不紧；③铁心两点或多点接地；④铁心片间短路或被异物短路；⑤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等等。
为了查找该变压器的过热性质，对该变压器停电进行了直流电阻测量，未见异常；铁心对地绝缘检查也良好。
为了确定过热故障是导电回路引起还是磁路故障引起的，根据油溶解气体色谱分析数据按工作流程图进行逐项分析。
（1）由表1序号3数据计算得：
所以判断为磁回路过热性故障。
（2）通过带各种负荷、空载等不同运行方式进一步验证。
后来，通过转移部分负荷，将该站1号主变所带负荷减少一半，发现总烃产气速率为h，而这之前的总烃产气速率为h。
由此可见，产气速率并未下降。
这在以后2号主变投产后，1号变空载运行时也证明了这一点（见表1中序号9以后数据）。
这就说明油中特征气体的产生与负荷电流大小无关，只与电压有关。
从而进一步确认磁回路有过热性故障，而非导电回路故障。
从表1中序号4数据还可看出亦不可能是分接开关里的油渗入到本体中。
从以上分析可以判定，油中烃类大量产出是铁心故障导致铁心过热所致，是引起变压器产生过热性故障的原因所在。
表1 历次变压器油溶解气体分析结果 单位：
μL/L
序号
H2
CH4
C2H6
C2H4
C2H2
CO
CO2
备 注
1
—
—
59
521
2
79
170
96
371
—
403
1569
3
121
251
156
598
614
2567
4
457
79
54
190
309
1645
分接开关
5
178
307
181
751
709
3280
半负荷运行
6
173
369
201
827
—
786
3613
半负荷运行
7
148
435
247
946
866
3165
半负荷运行
8
218
489
333
1267
2
1110
3619
半负荷运行
9
171
704
379
1238
—
940
3696
空载运行
10
151
865
505
1685
—
1115
4519
空载运行
11
225
1285
637
2141
—
1627
5300
空载运行
通过对该台主变吊罩检查发现，铁心内部存在多点短路故障。
在铁心上铁轭油隙AB相之间的铁心接缝处的硅钢片变形，与油隙对面的硅钢片短路，另一短路点则在C相下铁轭油隙中，也是硅钢片与油隙对面的硅钢片短接造成。
正是由于铁心短路，多点接地造成铁心局部严重过热，变压器油受热裂解，导致油中烃类大量产出，并有游离碳沉积在上面，从而证明了上述分析正确。
故障点找到后迅速进行了处理，经处理投运后正常。
4 结论
实践证明油中溶解气体色谱分析是检测变压器内部故障的有效方法。
由于变压器内部故障形式和故障部位及故障种类较多，要准确判断各种变压器故障的部位和性质，有赖于对设备内部结构和运行状态的全面掌握，还要增做一些电气试验如直流电阻、电压比、空载试验等，并结合历年色谱分析数据进行比较分析，以达到及时准确发现缺陷，消除故障，确保设备安全经济运行的目的。
作者简介：
刘勇辉（1974-），男，广东惠州人，广东省惠州电力局变电工区助理工程师，从事输变电设备试验工作。
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