电力变压器故障诊断bstk.docx

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1、8 变变压器81 变压器器及其绝绝缘材料料811 概述受绝缘水水平的限限制，发发电机的的输出电电压不可可能太高高。从火火、水、核核等发电电站发出出的电能能，要经经过升压压电力变变压器将将电压升升高送到到电力网网，然后后又将电电力网的的高电压压经过电电力变压压器变成成符合用用户各种种电气设设备要求求的额定定电压；同时，为为了减少少输电线线路上的的电能损损耗，必必须采用用高压或或超高压压甚至特特高压输输电线路路输送电电能，但但从区域域电网到到大区电电网和大大区电网网之间的的互联，不不仅各区区域电网网的主系系统与分分系统间间需要各各种电压压等级和和容量的的变压器器连接，而而且其主主干网架架与受端端网

2、架之之间的电电压等级级变化也也是通过过电力变变压器来来实现。因因此，电电力变压压器和与与之配套套的电抗抗器、电电流互感感器、电电压互感感器等是是电力系系统最重重要的电电气设备备，这些些充有矿矿物绝缘缘油和以以纸或层层压纸板板为绝缘缘材料的的电气设设备的运运行状态态（特别别是电力力变压器器的运行行状态）对对电力系系统运行行的可靠靠性具有有决定性性意义。一般认为为，变压压器容量量为6330kVVA以下下的属小小型变压压器，880063000kVVA的变变压器属属中型变变压器，8800006330000kVAA的变压压器为大大型变压压器，990000kVAA以上的的统称为为特大型型变压器器。充油变压

3、压器是由由导电材材料（铜铜、铝合合金等）、矽矽钢片、绝绝缘材料料(纸、油油等)、结结构材料料(铁、不不锈钢)等很多多部件和和材料构构成的。充充油变压压器的构构造如图图8-11所示。绝缘纸通通常是使使用电缆缆纸和马马尼拉纸纸，但是是为满足足高电场场下高气气密性与与高耐热热化要求求，也采采用聚酰酰亚胺的的复合纸纸。 图8-1 充充油变压压器由于变压压器绝缘缘中的油油隙较大大，电压压基本上上都加在在油隙上上。根据据变压器器中电极极的形状状，一般般采用的的设计电电场强度度为3kkV/mmm。在充油变变压器中中，绝缘缘油也起起着作为为冷却媒媒体的重重要作用用。由于于变压器器的能量量损耗使使得其发发热量较

4、较大，而而且随着着外界负负载的变变化温度度的变化化也很大大。因此此，要求求变压器器油必须须热稳定定性好、且且不容易易发生化化学变化化、不易易氧化，为为此变压压器油以以使用矿矿物油为为主。另外，对对于以油油循环为为冷却方方式的变变压器，必必须在内内部形状状及绝缘缘油方面面采取措措施，避避免由于于油的流流动带电电而引起起的绝缘缘破坏。下面，对对变压器器的结构构加以说说明。小型变压压器的线线圈有用用双层纱纱包线和和漆包线线包覆的的圆截面面导体等等，大型型变压器器则使用用纸绝缘缘包覆的的矩形截截面导体体。以上上这些线线圈的成成型方法法有直绕绕式和模模绕式之之分。直直绕式如如图8-2所示示，在层层叠铁芯

5、芯上加上上绝缘材材料，然然后在其其上绕制制线圈，并并进一步步进行绝绝缘处理理之后，再再绕上高高压线圈圈。这种种方法主主要用于于小容量量(铁芯芯式构造造)的柱柱上变压压器。图8-22直绕式式绕组的的布置图 8-2 直直绕式绕绕组的布布置模绕式则则是在木木制的绕绕线模和和绝缘筒筒上绕上上线圈，在在进行绝绝缘处理理之后再再与铁芯芯组合起起来。这这种方法法的使用用范围很很广。图8-33所示为为各种模模绕式线线圈。图图上8-3(aa)所示示的是绕绕线方法法上最为为简单的的筒型线线圈。图图8-33(b)是沿径径向处将将图8.3(aa)中的的筒型线线圈进行行多重叠叠合得到到的。图图8-33(c)表示的的是将

6、绕绕成饼状状的线圈圈进行多多层重叠叠的结果果，这是是在大容容量高压压线圈中中使用最最为广泛泛的一种种方法。将将厚度为为144mm、宽宽度为55155mm的的纸包扁扁铜线重重叠卷好好后得到到的线圈圈作为一一个单元元，把两两个这样样的线圈圈连接起起来得到到双线圈圈。在这这个双线线圈之间间加上足足够数量量的间隔隔片，再再将其外外侧的出出口线进进行串联联。图88-3(d)表表示的是是将矩形形线圈螺螺旋状成成多层重重叠放，线线圈与线线圈之间间加入绝绝缘隔离离片，又又称这种种线圈为为螺旋线线圈。这这种方法法由于绝绝缘油可可在线圈圈间自由由通过故故其特点点是冷却却效果得得到加强强。（d）长方饼型线圈（c）饼

7、型线圈（b）筒型线圈（a）筒型线圈图8-33模绕绕式线圈圈变压器绝绝缘可以以区分为为线圈本本身的绝绝缘和铁铁芯、油油箱与线线圈间的的绝缘、线线圈之间间的绝缘缘以及线线圈的相相间绝缘缘几部分分。针对于不不同部位位的绝缘缘，在如如图8-4所示示的情况况下，使使用的是是电缆纸纸和层压压隔板等等。特别别是对于于端部绝绝缘，按按照电场场强度分分布的集集中程度度，使用用了符合合等电位位面形状状的压制制成型绝绝缘层。图8-44 主主绝缘第第一油隙隙的皱纹纹纸填充充绝缘结结构示例例812 油油浸式变变压器用用的绝缘缘材料1变压压器油这是最基基本的绝绝缘材料料，充满满整个变变压器油油箱，起起绝缘和和散热两两种重

8、要要作用。它它的耐电电强度、传传热性比比空气好好得多，热热容量也也比空气气大得多多。在电电压6千千伏、容容量100千伏安安以上的的变压器器几乎均均采用油油浸式。2绝缘缘纸和纸纸板绝缘纸（包包括绝缘缘纸板）由由未经漂漂白的硫硫酸盐纤纤维制成成。纤维维素(CC6H10O5)n分子结结构是链链状，含含有羟基基，耐油油和不熔熔；宏观观结构纤纤维呈管管状，纤纤维之间间呈多孔孔状，因因此具有有透气性性、吸水水性和吸吸油性；击穿电电场强度度、机械械强度和和耐热性性均不高高，但浸浸渍变压压器油后后，电气气性能良良好。透透气性愈愈小则击击穿电场场强度愈愈高。必必须指出出，透气气性小并并不意味味浸渍性性差，二二者

9、是不不同的性性能。绝缘纸和和纸板的的品种有有电容器器纸、电电缆纸、电电话纸、卷卷绕纸、浸浸渍纸、绝绝缘纸板板和钢纸纸（板和和管）。钢钢纸经氯氯化锌处处理，不不能用于于高压油油浸变压压器；胶胶纸板（或或筒）含含有游离离酚等杂杂质，也也不宜用用于高压压变压器器。用于于高压电电力变压压器主要要有电缆缆纸、电电话纸及及绝缘纸纸板和筒筒。3油纸纸绝缘 油与纸结结合使用用性能非非常良好好。这是是两种最最常见和和最经济济的绝缘缘材料，但但其组合合具有极极高的耐耐电强度度，比一一般其它它绝缘材材料高很很多，也也比二者者分开时时任何一一种材料料高得多多。纸在在低温下下无显著著性能下下降，也也能承受受短时较较高温

10、度度和一般般短路情情况下的的机械强强度要求求。其他的绝绝缘材料料还有漆漆布或带带绝缘漆漆、玻璃璃丝或石石棉电瓷瓷。813 变压器器绝缘结结构的分分类变压器绝绝缘可以以分为内内绝缘和和外绝缘缘。图88-5所所示为油油浸式电电力变压压器的绝绝缘分类类，（图图8-66 a）为为饼式或或连续式式绕组的的布置情情况。（图图8-66 b）为多多层圆筒筒式绕组组的布置置情况。内绝缘是是处于油油箱中的的各部分分绝缘，这这些绝缘缘是油、固固体绝缘缘材料和和二者的的组合。外外绝缘是是空气绝绝缘，这这是指套套管上部部对地和和彼此之之间的绝绝缘以及及保护间间隙。内绝缘可可以分为为主绝缘缘和纵绝绝缘两种种。主绝绝缘是某

11、某一绕组组与接地地部分以以及与其其它绕组组间的绝绝缘。主主绝缘由由变压器器的一分分钟工频频耐压和和冲击耐耐压所决决定。处于绕组组之外，连连接绕组组的各部部分及绕绕组与套套管的那那些连接接线本身身的绝缘缘，称为为引线绝绝缘，一一般根据据工频耐耐压试验验电压而而决定，但但有时也也要考虑虑冲击强强度。图8-55 油浸式式变压器器的绝缘缘分类图8-66变压压器绕组组的绝缘缘布置情情况a)饼饼式绕组组1电工工纸板角角环22匝间间纸绝缘缘3纸板角角环44纸板板端部垫垫圈55纸板板筒66纸板板垫块b）圆筒筒式绕组组1纸板板垫圈2纸纸板隔板板3纸板垫垫圈间的的折纸环环4屏蔽上上的折纸纸环55匝间间纸绝缘缘6线

12、圈间间纸板垫垫圈77胶纸纸筒88层间间纸绝缘缘9层间隔隔板同一绕组组各部分分间的绝绝缘称为为纵绝缘缘，如不不同线饼饼间、层层间和匝匝间的绝绝缘等。纵纵绝缘由由变压器器的冲击击耐压所所决定。决定变压压器绝缘缘的结构构首先是是变压器器的电压压等级，但但是变压压器的功功率也有有很大影影响。当当功率增增大时，绕绕组的尺尺寸、各各元件间间的距离离、绕组组间距离离和对地地距离都都增大了了，这由由结构，机机械强度度和冷却却等原因因所决定定，因此此也改变变了决定定绕组内内部的振振荡条件件和绝缘缘条件。当当额定电电压在335千伏伏以下时时，变压压器功率率增大引引起绕组组结构的的改变使使得绝缘缘各元件件间的耐耐电

13、强度度裕度很很大，因因而绝缘缘的电性性计算就就不很重重要，热热性能常常起主要要作用。82变压器器的绝缘缘诊断方方法821绝绝缘纸的的老化诊诊断法1油中中气体分分析在构成变变压器绝绝缘的材材料中，绝绝缘油的的老化可可以通过过目测检检查和电电性检测测等方法法进行检检测。另另外，即即使发生生了老化化，对油油进行净净化处理理、换油油等也是是可行的的。但当当绝缘纸纸的老化化不断发发展而不不能应用用时，一一般来讲讲是很难难进行修修理和替替换的。而而且与导导体直接接接触的的绝缘纸纸的温度度会升高高，因此此可以认认为变压压器的老老化由绝绝缘纸的的老化所所决定。如果变压压器的内内部发生生局部过过热或局局部放电电

14、，由于于绝缘纸纸的分解解、绝缘缘油的氧氧化、分分解气体体将溶入入油中。变变压器内内部的局局部过热热或局部部放电而而产生气气体的一一般情况况如表88-1所所示,过过热或放放电都会会产生其其特征气气体。只只要检测测出这类类气体，就就能诊断断变压器器的老化化程度。表8-11变压器器不同异异常种类类所产生生的气体体成分异常的种种类主要发生生的气体体过热绝缘油氢气(HH2),甲烷烷（CHH4）,乙烯烯(C22H4),乙烷烷（C22H6），丙烯烯（C33H6），丙烷烷（C33H8）浸油固体体绝缘一氧化碳碳(COO)，二二氧化碳碳（COO2），氢气气（H22），甲烷烷（CHH4），乙乙烯（CC2H4），乙烷

15、烷（C22H6），丙丙烯（CC3H6），丙丙烷（CC3H8）放电绝缘油氢气（HH2），甲烷烷（CHH4），乙炔炔（C22H2），乙烯烯（C22H4），乙乙烯（CC2H4），乙乙烷（CC2H6）浸油固体体绝缘一氧化碳碳(COO)，二二氧化碳碳（COO2），氢氢气（HH2），甲烷烷（CHH4），乙炔炔（C22H2），乙烯烯(C22H4)丙烯烯（C33H6）注：1.黑体字字表示特特征气体体。2.变压压器的绝绝缘诊断断是通过过分析溶溶入油中中的气体体来判定定老化程程度的。油中气体体的抽取取一般是是按照下下面的程程序进行行的。从变压器器油箱的的下部采采油利用鼓鼓泡方式式抽出气气体色谱分分析提出油油中的特

16、特定成分分。日本电气气协会研研究报告告书的119800年版提提出电压压等级划划分为2275kkV和5500kkV，其其容量划划分为110 MMVA以上上和100MVA以下下，但以以后的大大量数据据表明，容容量和电电压对于于分解气气体并没没有太大大的差别别，因而而19999年的的修正案案中去掉掉了这样样的分级级，对检检测出的的气体量量的规定定也做了了若干调调整。另外,修修正案中中追加了了一氧化化碳和二二氧化碳碳(下面面简写为为(COO+COO2)与与糠醛(C5H4O2)。(CO+CO22)与绝绝缘纸的的平均聚聚合度的的关系。这这里，将将糠醛与与绝缘纸纸的平均均聚合度度的关系系、糠醛醛与(CCO+

17、CCO2)的关关系分别别用图88-7和和图8-8表示示。图8-77 糠醛醛生成量量与平均均聚合度度剩余率率的关系系图8-8 糠醛生生成量与与(COO+COO2)的生生成量的的关系可以看出出,糠醛醛和(CCO+CCO2)与绝绝缘纸的的老化有有着密切切的关系系。19999年的新新修正案案是以这这些结果果为依据据的,提提出了变变压器的的寿命指指标是取取线圈绝绝缘纸的的平均聚聚合度为为4500，此时时(COO+COO2)与糠糠醛的发发生量为为表8-2所示示的值。表8-22 老化化指标成成分的判判定值老化指标标成分要注意水水平危险水平平CO+CCO20.2mmL/gg2. 00mL/g糠醛0.00015

18、mmg/gg0.0115mgg/g另一方面面,在其其他有关关发生气气体的修修正案中中,表示示变压器器异常的的各气体体量的判判定分区区,如表表8-33、表88-4及及表8-5所示示,区分分为：需需注意II级、需需注意III级,以及异异常级三三种类型型。表8-33 需注注意I级级TCGH2CH4C2H66C2H44C2H22CO500400100150100.5300注：只要要有一个个超过了了上面的的数值,就是需需注意II级。但但是, C2H2达到了了0.55以上时时即是需需注意III级。表8-44需注注意III级C2HH20.55ppmmC2HH410pppm并并且当TTCG5000ppmm时注

19、：、中的条条件只要要达到一一个,即即是需注注意III级。表8-55异常常级C2HH25pppmC2HH41000ppmm并且当当TCGG7000ppmm时C2HH41000ppmm并且当当TCGG的增加加量7000ppmm/月时时注：、中只要要达到一一个,即即可作为为异常级级这里,可可燃性气气体总量量（Taatall Coombuustiiblee Gaas,TTCG）是是指H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2以及CCO的总总和。但但是可燃燃性气体体总量中中不包含含C3、C4等碳氢氢化合物物气体。需注意II级表示示不能判判定是否否异常,只能判判定由于于某种内内部变化化而偏离离了正常常状态

20、。需注意III级表表示可以以判定变变压器内内部已出出现了异异常征兆兆的级别别。各气气体成分分中,选选择故障障判定有有效性高高的气体体为C22H2、C2H4。满足足表8-4中无无论哪一一个条件件时都判判定为需需注意III级。因因为C22H2是电弧弧放电，以以及发生生高温热热分解时时产生的的特征气气体，所所以对设设备尤其其需要注注意。异常级是是需注意意II级级的进一一步发展展，是可可以确定定变压器器内部已已发生了了异常的的级别。与与需注意意II级级一样，选选择故障障判定有有效性高高的气体体是C22H2、C2H4，气体体发生量量比需注注意III级约增增加一个个数量级级。另外外，对新新指标可可燃性气气

21、体总量量规定了了月增加加量限定定值。在各种油油所产生生气体中中，氢气气是最常常见的主主要气体体成分。因因此也有有只用氢氢气自动动检测装装置进行行在线监监测，以以捕捉异异常前兆兆的老化化诊断方方法。除此之外外，通过过发生气气体进行行老化诊诊断的方方法中，还还有以开开放型变变压器为为对象，使使用丙酮酮为老化化判定指指标的例例子。2绝缘缘纸的平平均聚合合度变压器的的寿命决决定于振振动和外外电路短短路时加加在线圈圈上机械械力和绝绝缘纸的的老化破破坏。由由于热老老化使绝绝缘纸的的拉伸强强度降低低，而拉拉伸强度度与绝缘缘纸的平平均聚合合度有着着密切的的关系。测测定油中中分解气气体(如如前所述述)的目目的本

22、就就是测定定绝缘纸纸平均聚聚合度降降低的情情况。例例如，从从正在使使用的变变压器中中只要取取得很少少一点绝绝缘纸作作为试验验样品，通通过测定定纸的拉拉伸强度度和绝缘缘纸的平平均聚合合度，就就可以直直接分析析得到变变压器老老化的程程度。判定变压压器老化化程度的的绝缘纸纸的平均均聚合度度有各种种各样的的评价标标准量。例例如，日日本电机机工业会会标准JJEM11463349993的的规定如如表8-6所示示。表中中的寿命命级的指指标为，当当外部短短路时，绝绝缘纸能能够承受受的最大大拉伸强强度剩余余率达到到初值的的60%。此外外，危险险级是指指拉伸强强度很低低(剩余余率为115%)时的情情况。表8-66

23、绝缘纸纸平均聚聚合度的的评价标标准分类平均聚合合度寿命级450以以下危险级250以以下822 油的老老化诊断断法变压器的的绝缘油油因过热热或空气气的混入入、以及及局部放放电等原原因而发发生氧化化，因而而造成击击穿电压压的降低低。绝缘缘油的酸酸度值是是以滴定定中和llg油所所需要的的氢氧化化钾（KKOH）的的量来表表示的。另另外，水水分混入入以后，绝绝缘油的的固有电电阻以及及击穿电电压(耐耐电压)也将降降低。按电压等等级区分分，变压压器的绝绝缘油的的总酸度度值、水水分含量量、绝缘缘击空电电压、体体积电阻阻率等的的维护管管理值示示于表88-7中中。表8-77 运行行开始后后绝缘油油性能参参数的维维

24、护管理理值注：为为正常值值；为要注注意值；为异常常值。823 变压器器本体的的老化诊诊断法以上所介介绍的是是从变压压器中采采取绝缘缘油进行行气体分分析，然然后推定定内部老老化情况况的诊断断方法，这这里将要要谈到的的是从变变压器的的外部测测量电气气特性来来了解变变压器绝绝缘老化化的方法法。1绝缘缘电阻测测定绝缘电阻阻的测定定是用来来推定绝绝缘纸或或绝缘油油的吸湿湿和老化化等情况况的简单单试验方方法。测测定设备备如图88-9所所示，一一般是使使用10000VV以上的的绝缘试试验器和和绝缘电电阻测定定仪，来来测试线线圈之间间、线圈圈与地之之间的绝绝缘电阻阻。其容容许指标标示于图图8-110。因因变压

25、器器的电压压等级的的不同，所所用的判判定值略略有差异异。图8-99 变压压器的绝绝缘电阻阻试验图8-110 根根据绝缘缘电阻进进行老化化判定的的标准图8-11 根据tan进行老化判定的标准2介质质损耗角角正切的的测定由于介质质损耗角角正切（ttan）对绝绝缘油和和绝缘纸纸中溶解解的水分分的变化化十分敏敏感，因因此在进进行吸湿湿和老化化程度的的判定时时是很有有效的。根根据测定定时的ttan值当然然可以进进行老化化判断，经经过运行行数年后后的介质质损耗角角正切的的增加值值也可以以用来进进行老化化判断。一般来讲讲测量是是使用便便携式介介质损耗耗仪（ttan计）、西西林电桥桥等，对对线圈之之间、线线圈

26、与地地之间的的tann值进行行测量。用tann判定变变压器绝绝缘老化化的标准准示于图图8-111。3局部部放电测测量变压器的的绝缘破破坏事故故以发生生局部放放电为前前兆的情情况是很很多的。因因此，只只要能够够检测出出局部放放电，就就可以使使很多的的绝缘破破坏事故故防范于于未然。变压器内内一旦发发生局部部放电，将将产生脉脉冲电流流和声波波（从音音频到超超声频范范围）。因因此，局局部放电电的测量量有脉冲冲电流检检测法和和透过绝绝缘油的的声波检检测法两两种。另另外，用用这两种种方法的的组合，还还可以去去掉从外外部进入入的噪声声和确定定局部放放电的位位置。图8-112所示示为变压压器局部部放电检检测装

27、置置的例子子。由图图可见，局局部放电电检测是是在变压压器外壳壳的接地地端连接接高频CCT，通通过线圈圈与壳体体或者线线圈与铁铁芯之间间的电容容，从变变压器外外壳的接接地处检检测脉冲冲电流的的方法，这这是一般般常用的的方法。为为消除外外来噪声声的干扰扰，对于于变压器器的在线线诊断可可以使用用极性判判别法、差差动电路路法，以以及延迟迟电路法法等。图8-112局部部放电测测量装置置的例子子关于变压压器局部部放电的的判定标标准，电电气学会会标准JJEC-22000-119955在变变压器部分规规定：“在整个个运行时时间中以以不产生生局部放放电为原原则。推推荐外部部噪声的的级别为为1000pC以以下”。154