毕业论文电力变压器状态监测与故障诊断.docx

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1、 网络教育学院专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目： 电力变压器状态监测与故障诊断 学习中心： 辽宁东港奥鹏 层 次： 高中起点专科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2010年 春 季 学 号： 学 生： 指导教师： 唐瑶 完成日期： 2012年2月2日 电力变压器状态监测与故障诊断摘要电力变压器指是电力系统一次回路中供输、配、供电用变压器。本文简要介绍了电力变压器分类和结构组成，并说明了电力变压器常见故障类型及检测与诊断方法。针对电力变压器常见缺陷和故障，分析了这些故障对变压器危害，并对消除故障方法进行了归纳总结，此外还分析了变压器常用监测技术，具有一定实用价值。关键词：变压器,故

2、障检测,故障诊断目录内容摘要I引 言11 电力变压器简要介绍21.1 电力变压器分类21.2 电力变压器主体结构21.2.1 油浸电力变压器21.2.2 干式变压器32 电力变压器常见故障类型及故障产生原因42.1 磁路中故障原因42.2 绕组中故障原因42.3 绝缘中故障原因52.4 结构件中发生故障原因63 电力变压器故障检测诊断方法73.1 油浸变压器外观检查73.2 机械类检测装置73.3 电气类检测装置83.4 利用仪器仪表检测诊断故障83.5 变压器油中气体类别84 变压器在线监测技术95 结论10参考文献：11引 言电力变压器指是电力系统一次回路中供输、配、供电用变压器。在供电系

3、统中变压器是非常重要电气设备。在电能传输和配送过程中，电力变压器是能量转换、传输核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源必经之路，是电网中最重要和最关键设备。电力设备安全运行是避免电网重大事故第一道防御系统，而电力变压器是这道防御系统中最关键设备。变压器严重事故不但会导致自身损坏，还会中断电力供应，给社会造成巨大经济损失。而在实际运行中对于电力变压器运行状态监测和故障诊断具有着非同一般实际意义。1 电力变压器简要介绍1.1 电力变压器分类按作用分，有升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等。按结构分，有双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器、自耦变压器等。按相数分，有单相变压器，三

4、相变压器。按冷却方式分，有油浸自冷变压器，干式空气自冷变压器、干式浇铸绝缘变压器、油浸风冷变压器、油浸水冷变压器、强迫油循环风冷变压器、强迫油循环水冷变压器等。按绕组使用材料分，有铜线变压器、铝线变压器1.2 电力变压器主体结构1.2.1 油浸电力变压器变压器由器身、油箱、冷却装置、保护装置和出线装置组成。器身包括铁心、绕组（绕圈）、绝缘、引线和分接开关；油箱包括油箱本体和油箱附件（放油阀、接地螺钉、小车、铭牌等）；冷却装置包括散热器和冷却器；保护装置包括储油柜、油标、安全气道、吸湿器、测温元件和气体继电器；出线装置包括高、低压套管。变压器铁芯是由铁芯柱和铁軛组成闭合磁路，用厚度0.350.5

5、mm硅钢片叠压或卷绕而成。硅钢具有良好导磁性能，是最常用导磁材料。薄片本身就能减小涡流损失，加之硅钢片间经过绝缘处理，更能减少涡流损耗。硅钢是软磁材料，磁滞回线很瘦，磁滞损耗小；硅钢电阻率较高，有利于限制涡流，减小涡流损耗。变压器绕组套装在铁芯（柱）上。绕组是变压器电路部分，用绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制而成。单绕组变压器（常称作自耦变压器）只有一组绕组，而且一次绕组与二次绕组有一部分是公用：一组一次绕组和一组二次绕组；三绕组变压器由三组绕组：即一组一次绕组和两组二次绕组。小容量变压器低压绕组和高压绕组都绕制成圆筒状，低压绕组在内，高压绕组在外，称为同心式绕组。大容量变压器低压绕组和高压绕组都绕

6、制成盘状，低压绕组与高压绕组交替套装在铁芯上，上下端部安放低压绕组。这种绕组称为交叠式绕组。绕组与绕组之间、绕组与铁芯之间都有良好绝缘，并留有一定形式槽道，以便于散热和循环冷却。油浸电力变压器铁芯和绕组都浸没在绝缘油里。变压器油兼有散热、绝缘、防止内部元件和材料老化以及内部发生故障时熄灭电弧作用。容量稍大变压器，油箱外焊有散热管，油经过油箱散热管循环流动，把绕组和铁芯发出热量散发到空气中去。大型变压器还可采用家装风扇、强迫油循环以及水内冷等冷却方式。1.2.2 干式变压器干式变压器铁芯和绕组冷却介质为空气。为了便于制造和维护，小容量、低电压特种变压器，也有做成干式。一般用于安全防火要求较高场合

7、。开启式干式变压器。这干式变压器是常用形式，其器身与大气直接接触，适用于比较干燥而洁净室内环境（环境温度20时，相对湿度不超过85%），一般有空气自冷和风冷两种冷却方式。封闭式干式变压器。其器身处于封闭外壳内，与外部大气不直接接触。可用于较为恶劣环境中。由于密封、散热条件差。主要用于矿用隔爆型变压器。封闭式也可充以23个大气压下六氟化硫气体，并加以强迫循环，则变压器绝缘和散热能力均可和油浸式相比拟，适用于高电压等级产品。不过，这种干式变压器已变为气体绝缘变压器了。浇注式干式变压器。用环氧树脂或其他树脂浇注作为主绝缘，结构简单、体积小，适用于较小容量产品。2 电力变压器常见故障类型及故障产生原因

8、电力变压器是静止电气设备，是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满足不同电压等级负荷要求核心器件，工厂里使用最多是三相油浸式电力变压器和环氧树脂浇注式干式变压器。工厂变电所中电力变压器属于直接向用电设备供电配电变压器，其绕组导体材质有铜绕组和铝绕组两种。低损耗铜绕组变压器现在得到了广泛使用。 电力变压器在运行中，由于其内部或外部原因会发生一些异常情况，影响变压器正常工作，造成事故。我单位现有供电66KV主变电所2座，其中一座变电所为2台6300KVA变压器供给粮食谷物公司；另一座为两台3150KVA变压器供给港区生产、施工用电，下级10KV变电所、箱式变电站计37座，10KV变电所变压器装机总

9、容量为21800KVA，自99年到港至今，各类变压器故障计72起，经具体分析总结，可以知道，变压器故障主要是因为绝缘材料（绝缘油、绝缘纸及压制板等）劣化。其原因是由于正常及过负荷下热劣化，另外是水分和氧气对热劣化促进作用；由于冲击等过电压产生电场劣化造成绝缘材料损伤，其征兆为局部放电和特征气体产生；由外部短路电磁机械力及振动引起机械劣化，使线圈及夹持件造成物理损伤和几何位移等。下面，针对实际情况分析故障原因如下：2.1 磁路中故障原因 1）夹紧铁芯芯柱和铁轭叠片穿心螺杆绝缘件击穿，引起铁心叠片局部短路，从而产生很大局部涡流； 2）铁心夹件及连接铁芯结构螺栓由于电磁力作用而引起振动，将削弱铁心绝

10、缘和铁心叠片之间绝缘； 3）铁心及铁轭叠片边缘毛刺，夹杂金属物质或铁心叠片产生微小弯折，可使铁心叠片产生局部短路； 4）磁路中高饱和磁密将产生相当大高次谐波电压或电流； 5）铁心叠片材料和涂在硅刚片绝缘变质引起铁损增加，使得变压器温度升高从而损坏铁心叠片。 2.2 绕组中故障原因 1）绕组纸包扁铝线棱曲率半径较小； 2）矩形导线上绕包绝缘纸达不到所要求紧度，产生隆起，使导线形状发生变形，引起匝间短路； 3）绕组绝缘由于空气带入水分或者油中带有水分而受潮； 4）当负荷发生迅速波动，绕组遭受电或磁冲击时，绕组导线膨胀和收缩将使匝间绝缘上所受机械力交替地增大和减小，使绝缘产生损坏； 5）多根并联连续

11、式绕组，它幅向尺寸比值过大，如果油道过窄，在绕组内侧将产生过热点，使导线绝缘产生脆化，引起匝间短路； 6）绕组内部导线焊接质量不佳，接触电阻较大，使绕组产生过热，导致绝缘油局部炭化； 7）绕组匝间短路及绕组对地短路原因有三方面： 当雷电及网络冲击波侵入变压器时，在变压器与线路之间过渡处冲击阻抗有变化，绕组线端端部线段容易产生电压和电流传输波反射现象，其结果是在变压器绕组中引起高电压，绕组绝缘被击穿。 正常开合闸、雷电冲击或对地弧光放电都可能产生冲击波，由冲击波引起过电压如加在绝缘导线末端、串联绕组连线及中性点上，都可能引起匝间短路。 当把一只感应绕组从线路中切除，或者迅速冷却遮断电弧（尤其是在

12、最后半个周期）时，会使铁心中磁通很快衰减，会在变压器中产生高电压。 8）严重持续过载可在整台变压器中引起高温，油道窄小加剧变压器过热现象，造成绝缘变脆，同时可能产生导线绝缘脱落因而导致匝间短路； 9）用螺栓夹紧载流接头，如未采取有效防松措施，则在变压器运行期间，将因振动而发生松动，接头将因此迅速发热，甚至使变压器不得不暂时出运行。 2.3 绝缘中故障原因 1）由于变压器没有全密封，或者隔膜、胶囊漏气，使潮湿空气进入绝缘油，降低了绝缘油绝缘强度，引起绕组或引线对油箱或对铁心构件击穿。 2）串联使用绝缘材料厚度搭配不合理，因电晕放电或过热可以导致某种绝缘材料损坏。 3）绝缘油中悬浮物里粒子在有电位

13、差裸导体之间形成“小桥”，引起暂时电气击穿。 4）变压器长时间过载可引起绝缘油老化，油温过高会加速油泥、水分及酸形成。 5）在变压器绕组表面及其身上可能会遗留下金属材料，对爬电距离产生极大影响。 6）绝缘成型件因其表面被污染而导致表面放电，使得绝缘材料失效。 2.4 结构件中发生故障原因 1）变压器绕组上压紧力应随着变压器运行过程绝缘收缩情况进行调整，但必须采取适当措施防止绕组压紧装置任何部分或部件形成短路匝。 2）由于焊接质量不佳、装配不细、运输过程中粗心地吊放变压器，会造成变压器油箱漏油，如不及时维护，则变压器将产生过热和击穿。 3）气体继电器内未按规定充油和检验时，继电器可能产生误动作。

14、另外，当变压器油箱内部发生故障时，由于缺乏正确保护，会造成变压器严重击穿。 4）变压器不满足并列运行条件要求。 5）冷却油及冷却介质故障原因。对于油浸变压器油受潮、氧化、造成电气绝缘性能下降；油泥沉积，阻塞，使散热器性能变坏；油绝缘下降造成闪络放电等。对于特种冷却介质变压器，如密封不严而渗漏，使气压下降，冷却效果差，绝缘性能下降也导致故障发生。 6）制造工艺欠妥及修理方法不当引起故障原因选用材料不良（导电材料、磁性材料、绝缘材料）；设计和工艺质量不好。在变压器修造、组装过程，由于不严格执行工艺标准，操作不当，绕组绕制不规范，浸烘不透不干，组装顺序不统一，附件不标准、不合格，修造后变压器存在隐患

15、，一旦投入运行，容易产生各类故障。 7）运行操作不当、维护不周引起故障。 3 电力变压器故障检测诊断方法利用人感官诊断变压器故障。通过人们对声音、振动、气味、变色、温度等感觉来判断电气设备运行状态，根据所发现各种现象变化来分析故障发生部位和程度。 变压器产生“嗡嗡”声原因有：硅钢片磁滞伸缩引起振动；铁心接缝与叠层之间磁力作用引起振动；绕组导线之间或线圈之间电磁力引起振动；强迫冷却式变压器，其风扇和冷却泵产生噪音等。 3.1 油浸变压器外观检查 1）漏油：变压器外面沾粘着黑色液体或者闪闪发光时候，首先应该怀疑是漏油。大中型变压器装有油位计，可以通过油面水平线降低而发现漏油。 2）变压器油温度。

16、3）呼吸器吸湿剂严重变色。吸湿剂严重变色原因是过度吸潮、垫圈损坏、呼吸器破损、进入油杯油太多等。通常用吸湿剂是活性氧化铝（矾士）、硅胶等，并着色成蓝色。然后当吸湿量达到吸湿剂重量20%25%以上时，吸湿剂就从蓝色变为粉红色，此时，就应进行再生处理。吸湿剂再生处理应加热至100140C直至恢复到蓝色。对呼吸器如果管理不善，就会加速油老化。 3.2 机械类检测装置 1）瓦斯气体继电器 这种继电器广泛应用于带油枕变压器。第1对触点供轻故障报警用，它是变压器中绝缘材料，结构件中有机材料烧毁时，油热分解而产生气体进入气体继电器气室，当气体积聚到一定时量，气体继电器轻瓦斯触点动作。第2对触点用于重故障，它

17、是在变压器内部因绝缘击穿、断线等而引起油中闪络放电弧、变压器内部压力剧增，油急速流向油枕时继电器重瓦斯触点动作。 2）防爆装置 防爆装置是当内部压力升高至一定数值时发生动作，使油箱内部压力向外部释放装置，用于保护油箱和散热器。 3.3 电气类检测装置 1）差动继电器 差动继电器动作原理是：在变压器一次侧和二次侧分别安装了按变压器匝数比选定电流互感器，利用变压器产生匝间短路之类事故时所引起电流差值，使继电器动作。因此，变压器运行中如果差动继电器发生动作，一般都是匝间短路之类内部故障。 2）过电流继电器 这是在电力设备或线路发生短路事故，或者过负荷时进行保护继电器。如果设备外部线路没有相间短路，也

18、没有过负荷，就应考虑是变压器内部短路。 检测变压器内部故障其他方法还有分析溶于油中气体方法，看温度计指示有否异常或根据内部有否异常声音而进行检查方法等。 3.4 利用仪器仪表检测诊断故障 保护继电器动作时或从外面观察认为内部有异常时，首先应查清当时喷油程度、响声大小与部位，保护继电器动作状态，负责情况和电力系统现状等情况作为参考。同时通过变压器电气试验，油中含气分析，变压器总绝缘性能试验，绝缘油试验等进行综合分析，以便对故障部位和程度作出一定检测，都需要用专用仪器仪表进行检测诊断。 3.5 变压器油中气体类别 气相色谱法是对变压器油中可燃性气体进行分析最切实可行方法，该方法包括从油中脱气和测量

19、两个过程。将绝缘油中氢气（H2）、氧气（O2）、氮气（N2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等气体从油中脱出并经分析，证明它们存在及含量，即可反映出产生这些气体故障类型和严重程度。油在正常老化过程产生气体主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油绝缘中存在局部放电时（如油中气泡击穿），油裂解产生气体主要是氢气（H2）和甲烷（CH4）。在故障温度高于正常运行温度不多时，产生气体主要是甲烷（CH4），随故障温度升高，乙烯（C2H2）和乙烷（C2H6）逐渐成为主要物征气体；当温度高于1000时（如在电弧弧道温度300以上

20、），油裂解产生气体中含有较多乙炔（C2H2），如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等。 4 变压器在线监测技术变压器在线监测目，就是通过对变压器特征信号采集和分析，判别出变压器状态，以期检测出变压器初期故障，并监测故障状态发展趋势。目前，电力变压器在线监测是国际上研究最多对象之一，提出了很多不同方法。油中溶解性气体分析技术。由于变压器内部不同故障会产生不同气体，因此通过分析油中气体成分、含量、产气率和相对百分比，就可达到对变压器绝缘诊断目。几种典型油中溶解气体，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析特征气体。在检测出各气体成分及

21、含量后，用特征气体法或比值法等方法判断变压器内部故障。 局部放电在线监测技术。变压器在内部出现故障或运行条件恶劣时，会由于局部场强过高而产生局部放电（PD）。PD水平及其增长速率明显变化，能够指示变压器内部正在发生变化或反映绝缘中由于某些缺陷状态而产生固体绝缘空洞、金属粒子和气泡等。 振动分析法。就是一种广泛用于监测这种变压器故障有效方法。通过对变压器振动信号监测和分析，从而达到对变压器状态监测目。 红外测温技术。红外热像技术是利用红外探测器接受被测目标红外辐射信号，经放大处理，转换成标准视频信号，然后通过电视屏或监视器显示红外热像图。当变压器引线接触不良、过负荷运行等情况时都会引起导电回路局

22、部过热，铁芯多点接地也会引起铁芯过热。 频率响应分析法。频率响应分析法是一种用于判断变压器绕组或引线结构是否偏移有效方法。绕组机械位移会产生细微电感或电容改变，而频率响应法正是通过测量这种细微改变来达到监测变压器绕组状态目。 绕组温度指示。绕组温度指示器就是用于监测变压器绕组温度，给出越限报警，并在需要时启动保护跳闸。目前已开发出一种用于大型变压器绕组温度监测新技术，即将一条光纤嵌入变压器绕组以便直接测量绕组实时温度，从而改进变压器预测建模技术，并达到实时监测变压器绕组温度状态目。 其他状态监测方法。低压脉冲响应测试（LowVoltageImpulseResponse，LVIR）也是一种有效变

23、压器状态监测测方法，并且已经是一种用于确定变压器是否能通过短路试验公认方法。此外，绕组间漏感测试、油相对湿度测试、绝缘电阻测试等也是变压器状态监测常用方法。5 结论文章介绍了电力变压器常见缺陷和故障，并分析了这些故障对变压器危害，并对消除故障方法进行了归纳总结，此外还分析了变压器常用在线监测技术，具有一定工程实用价值进入21世纪电力行业将有更大发展，电力变压器故障诊断与状态检修作为我国电力系统实现体制转变、提高电力设备科学管理水平有力措施，是今后在电力生产中努力和发展方向。参考文献： 1钱厚义，港口供电，第一版，上海：上海市新闻出版局（92）第079号，1992.16-79。2苑世光，对低压配电变压器常见问题探讨，黑龙江科技信息，2008年，20期。 3汤力明，对变压器常见故障及其大修项目分析，今日科苑，2009。4曲世惠，王怡范，刘衍胜，陈树奉，江志德等，电工作业，第一版，北京：气象出版社，2001.269-271。