电力变压器故障诊断之变压器诊断bstl.docx

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1、8 变压压器81变变压器及及其绝缘缘材料811 概述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6300kVAA以下的的属小型型变压器器，800063300kkVA的变压压器属中中型变压压器，800006630000kVVA的变压压器为大大型变压压器，90000kVAA以上的的统称为为特大型型变压器器。充油变压压器

3、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)、结构构材料(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8-1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8-11充油变变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3kVV/mmm。在充油变变压器中中，绝缘缘油也起起着作为为冷却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较大，而而且随

4、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，在在层叠铁芯上加加上绝缘缘材

5、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(铁芯式式构造)的柱上上变压器器。图8-22直绕式式绕组的的布置图 8-2直绕绕式绕组组的布置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8-33(a)所示的的是绕线线方法上上最为简简单的筒筒型线圈圈。图8-33(b)是沿径径向处将将图8.33(a)中的筒筒型线圈圈进行多多重叠合合得到的的。图8-33(c)表示的的是将绕绕成饼状状的线圈进进行多

6、层层重叠的的结果，这这是在大大容量高高压线圈圈中使用用最为广广泛的一一种方法法。将厚厚度为144mm、宽度度为5115mmm的纸包包扁铜线线重叠卷卷好后得得到的线线圈作为为一个单单元，把把两个这这样的线线圈连接接起来得得到双线线圈。在在这个双双线圈之之间加上上足够数数量的间间隔片，再再将其外外侧的出出口线进进行串联联。图8-33(d)表示的的是将矩矩形线圈圈螺旋状状成多层层重叠放放，线圈圈与线圈圈之间加加入绝缘缘隔离片片，又称称这种线线圈为螺螺旋线圈圈。这种种方法由由于绝缘缘油可在在线圈间间自由通通过故其其特点是是冷却效效果得到到加强。（d）长方饼型线圈（c）饼型线圈（b）筒型线圈（a）筒型线

7、圈图8-33模绕式式线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所示的的情况下下，使用用的是电电缆纸和和层压隔隔板等。特特别是对对于端部部绝缘，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主绝绝缘第一一油隙的的皱纹纸纸填充绝绝缘结构构示例812油浸式式变压器器用的绝绝缘材料料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要要作用。它它的耐电电强度、传传热性比比空

8、气好好得多，热容容量也比比空气大大得多。在在电压66千伏、容容量10千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(C6H10O5)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，二二者是不不同的性性能。绝缘纸和和纸板的的品种有有电容

9、器器纸、电电缆纸、电电话纸、卷卷绕纸、浸浸渍纸、绝绝缘纸板和钢纸纸（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

10、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 变压压器绝缘缘结构的的分类变压器绝绝缘可以以分为内内绝缘和和外绝缘缘。图8-5所示为为油浸式式电力变变压器的的绝缘分分类，（图8-6 a）为饼式或连续式绕组的布置情况。（图8-6 b）为多层圆筒式绕组的布置情况。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

11、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 油油浸式变变压器的的绝缘分分类图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2匝间间纸绝缘缘3纸板板角环44纸板板端部垫垫圈5纸板板筒6纸板板垫块b）圆筒筒式绕组组1纸板板垫圈22纸板板隔板33纸板板垫圈间间的折纸纸环4屏蔽蔽上的折折纸环55匝间间纸绝缘缘6线圈圈间纸板板垫圈77胶纸纸筒8层间间纸绝缘缘9层间隔板同一绕组组各部分分间的绝绝缘称为

12、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35千伏以以下时，变变压器功功率增大大引起绕绕组结构构的改变变使得绝绝缘各元元件间的的耐电强强度裕度度很大，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

13、器的绝缘缘诊断方法821绝缘缘纸的老老化诊断断法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，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

14、热或局部部放电而而产生气气体的一一般情况况如表8-1所示,过热或或放电都都会产生生其特征征气体。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（CH4）,乙烯(C2H4),乙烷（C2H6），丙烯烯（C3H6），丙烷烷（C3H8）浸油固体体绝缘一氧化碳碳(COO)，二氧氧化碳（CO2），氢气气（H2），甲烷烷（CH4），乙乙烯（C2H4），乙烷烷（C2H6），丙丙烯（C3H6），丙丙烷（C3H8）放电绝缘油氢气（HH2），甲烷烷（CH4），乙炔炔（C2H2），乙烯烯（

15、C2H4），乙烯烯（C2H4），乙乙烷（C2H6）浸油固体体绝缘一氧化碳碳(COO)，二氧氧化碳（CO2），氢氢气（H2），甲烷烷（CH4），乙炔炔（C2H2），乙烯(C2H4)丙烯（C3H6）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特定成分分。日本电气气协会研研究报告告书的19880年版提提出电压压等级划划分为2755kV和5000kV，其容容量划分分为10 MVA以上和10MMVA以下，

16、但但以后的的大量数数据表明明，容量量和电压压对于分分解气体体并没有有太大的的差别，因因而19999年的修修正案中中去掉了了这样的的分级，对对检测出出的气体体量的规规定也做做了若干干调整。另外,修修正案中中追加了了一氧化化碳和二二氧化碳碳(下面简简写为(COO+COO2)与糠醛(C5H4O2)。(COO+COO2)与绝缘缘纸的平平均聚合合度的关关系。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(COO+COO2)的关系系分别用用图8-7和图8-8表示。图8-77糠醛生生成量与与平均聚聚合度剩剩余率的的关系图图8-88 糠醛醛生成量量与(COO+COO2)的生成成量的关关系可以看

17、出出,糠醛和(COO+COO2)与绝缘缘纸的老老化有着着密切的的关系。19999年的新新修正案案是以这这些结果果为依据据的,提出了了变压器器的寿命命指标是是取线圈圈绝缘纸纸的平均均聚合度度为450，此时(COO+COO2)与糠醛醛的发生生量为表表8-2所示的的值。表8-22老化指指标成分分的判定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0.00015mmg/gg0.0115mgg/g另一方面面,在其他他有关发发生气体体的修正正案中,表示变变压器异异常的各各气体量量的判定定分区,如表8-3、表8-4及表8-5所示,区分为为：需注注意I级、需注注

18、意II级,以及异异常级三三种类型型。表8-33需注意I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I级。但但是, CC2H2达到了0.5以上时时即是需需注意II级。表8-44需注注意II级C2HH20.55ppmmC2HH410pppm并且当TCGG5000ppmm时注：、中的条条件只要要达到一一个,即是需需注意II级。表8-55异常常级C2HH25pppmC2HH41000ppmm并且当TCG7000ppmm时C2HH41000ppmm并且当TCG的增加加量7000ppmm/月时注：、中只要要

19、达到一一个,即可作作为异常常级这里,可可燃性气气体总量量（Tattal Commbusstibble Gass,TCCG）是指指H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2以及CO的总和和。但是是可燃性性气体总总量中不不包含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。需注意III级表示示可以判判定变压压器内部部已出现现了异常常征兆的的级别。各各气体成成分中,选择故故障判定定有效性性高的气气体为C2H2、C2H4。满足足表8-4中无论论哪一个个条件时时都判定定为需注注意II级。因因为C2H2是电弧弧放电，以以及发生生

20、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级的进进一步发发展，是是可以确确定变压压器内部部已发生生了异常常的级别别。与需需注意II级一样样，选择择故障判判定有效效性高的的气体是是C2H2、C2H4，气体体发生量量比需注注意II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

21、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(如前所所述)的目的的本就是是测定绝绝缘纸平平均聚合合度降低低的情况况。例如如，从正正在使用用的变压压器中只只要取得得很少一一点绝缘缘纸作为为试验样样品，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

22、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JEMM1466349993的规规定如表表8-6所示。表表中的寿寿命级的的指标为为，当外外部短路路时，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(剩余率率为15%)时的情情况。表8-66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 油的的老化诊诊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lg油所需要要

23、的氢氧氧化钾（KOH）的量量来表示示的。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8-7中。表8-77运行开开始后绝绝缘油性性能参数数的维护护管理值值注：为为正常值值；为要注注意值；为异常常值。823 变压压器本体体的老化化诊断法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。

24、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8-9所示，一一般是使使用10000V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。因变变压器的的电压等等级的不不同，所所用的判判定值略略有差异异。图8-99变压器器的绝缘缘电阻试试验图8-110根据据绝缘电电阻进行行老化判判定的标标准图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（tann）对绝绝缘油和和绝缘纸纸中溶解解的水分分的变化化十

25、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。根据测定时的tan值当然可以进行老化判断，经过运行数年后的介质损耗角正切的增加值也可以用来进行老化判断。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

26、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所示为为变压器器局部放放电检测测装置的的例子。由由图可见见，局部部放电检检测是在在变压器器外壳的的接地端端连接高高频CT，通过过线圈与与壳体或或者线圈圈与铁芯芯之间的的电容，从从变压器器外壳的的接地处处检测脉脉冲电流流的方法法，这是是一般常常用的方方法。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局部放放电测量量装置的的例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JECC-22200-19995在变压器部分规规定：“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以下”。