变压器绝缘故障分析

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  [摘 要]本文主要就变压器绝缘故障的影响因素和分析方法进行了详细的探讨,大多变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。掌握电力变压器的绝缘性能及合理的运行维护,直接影响到变压器的安全运行、使用寿命和供电可靠性。
  [关键词]变压器; 绝缘; 故障; 分析; 技术;
  中图分类号:TM407 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)27-0303-01
  一、前言
  作为变压器应用中的重要问题之一,其绝缘故障问题在近期得到了有关方面的高度重视。该项课题的研究,将会更好地提升对变压器绝缘故障的掌控情况,从而有效通过合理化的措施对其进行优化解决。
  二、电力变压器故障诊断的意义
  实现电力变压器运行过程的稳定,必须加强对设备故障的分析和研究,提高对事故的分析能力和解决、预防能力。变压器的绝缘故障发生较为频繁,很多重大的电力事故也是由于变压器的绝缘物质性能降低,达不到运行标准,而造成严重的经济损失,影响了电力系统的正常运行。
  我国的电力系统电能的输出量日益增大,所承担的任务越来越重,必须加紧实现电网的自动化和智能化控制,提高对故障诊断和预防的能力,降低电力系统的运行风险。经济技术的不断发展,为电力行业提供了良好的技术支持和资金保障,近些年,各种新型的电力设备相继投入使用,提高了电力系统的运行安全,但同时,设备发生故障的频率和次数也较多,必须重视对设备的实时监测,尤其是设备绝缘性能的诊断。
  如果电力变压器出现故障,很容易造成电力系统的瘫痪,影响电力系统的正常供电,对各行各业造成严重的经济影响,并且,也增加了电力系统的维修成本和负担。另外,我国很多电网中的变压器已经超过了使用年限,零件老化,绝缘性能已经不能满足高速运转的电力设备,为电力系统的运行埋下了安全隐患。因此,及时对电力变压器的绝缘性能进行分析和诊断,对国民经济的发展具有重要的意义。
  三、影响变压器绝缘故障的主要因素
  1.温度的影响
  电力变压器为油、纸绝缘,在不同温度下油、纸中含水量有着不同的平衡关系曲线。一般情况下,温度升高,纸内水分要向泊中析出;反之,则纸要吸收油中水分。因此,当温度较高时,变压器内绝缘油的微水含量较大;反之,微水含量就小。温度不同时,使纤维素解环、断链并伴随气体产生的程度有所不同。在一定温度下,CO和CO2的产生速度恒定,即油中CO和CO2气体含量随时间呈线性关系。在温度不断升高时,CO和CO2的产生速率往往呈指数规律增大。因此,油中CO和CO2的含量与绝缘纸热老化有着直接的关系,并可将含量变化作为密封变压器中纸层有无异常的判据之一。变压器的寿命取决于绝缘的老化程度,而绝缘的老化又取决于运行的温度。如油浸变压器在额定负载下,绕组平均温升为65℃,最热点温升为78℃,若平均环境温度为20C,则最热点温度为98℃;在这个温度下,变压器可运行20-30年,若变压器超载运行,温度升高,促使寿命缩短。
  2.湿度的影响
  水分的存在将加速纸纤维素降解。因此,CO和叫的产生与纤维素材料的含水量也有关。当湿度一定时,含水量越高,分解出的CO2越多。反之,含水量越低,分解出的CO就越多。绝缘油中的微量水分是影响绝缘特性的重要因素之一。绝缘油中微量水分的存在,对绝缘介质的电气性能与理化性能都有极大的危害,水分可导致绝缘油的火花放电电压降低,介质损耗因数tg8增大,促进绝缘油老化,绝缘性能劣化。而设备受潮,不仅导致电力设备的运行可靠性和寿命降低,更可能导致设备损坏甚至危及人身安全。
  3.油保护方式的影响
  变压器油中氧的作用会加速绝缘分解反应,而含氧量与油保护方式有关。另外,油保护方式不同,使CO和CO2在油中分解和扩散状况不同。如CO的溶解小,使开放式变压器CO易扩散至油面空间,因此,开放式变压器一般情况CO的体积分数不大于300x10-6。密封式变压器,由于油面与空气绝缘,使CO和CO2不易挥发,所以其含量较高。
  4.过电压的影响
  (一)暂态过电压的影响。三相变压器正常运行产生的相、地间电压是相间电压的58%,但发生单相故障时主绝缘的电压对中性点接地系统将增加30%,对中性点不接地系统将增加73%,因而可能损伤绝缘。
  (二)雷电过电压的影响。雷电过电压由于波头陡,引起纵绝缘(匝问、并间、绝缘)上电压分布很不均匀,可能在绝缘上留下放电痕迹,从而使固体绝缘受到破坏。
  (三)操作过电压的影响。由于操作过电压的波头相当平缓,所以电压分布近似线性,操作过电压波由一个绕组转移到另一个绕组上时,约与这两个绕组间的匝数成正比,从而容易造成主绝缘或相间绝缘的劣化和损坏。
  (四)短路电动力的影响。出口短路时的电动力可能会使变压器绕组变形、引线移位,从而改变了原有的绝缘距离,使绝缘发热,加速老化或受到损伤造成放电、拉弧及短路故障。
  四、电力变压器绝缘故障诊断技术
  1.绝缘油硫腐蚀的故障诊断
  近年来,根据相关资源得知,变压设备的事故是因为油硫腐蚀造成的,在长时间的工作后,变压设备中的线圈会因为和硫接触出现被腐蚀的现象。这种事故主要表现的特点有:在电压高、容量大的变压设备上形成的次数较多,并且,还会在高压绕组中产生,这种腐蚀与变压设备在工作中设备各个位置的温度有着紧密的关系;被硫腐蚀的高压绕组会有蓝紫色亦或者浅灰色的物质形成,这种物质具有导电性,在很大程度上对绝缘体的绝缘性产生了不良的影响。
  2.绝缘油中溶解气体诊断
  电力变压器在运行过程中,会受到空气中氧气和水分渗入的影响,这些因素会引起绝缘材料的性能下降。在老化作用下,变压器中的绝缘油和绝缘纸在物理和化学性能上都会发生很大变化,故障时,变压器内部的烃类物质通过键断裂的形式产生大量的一氧化碳、二氧化碳等物质,随着故障的持续,这些气体会形成大量气泡,不断溶解于油中,因此,对油质进行分析,能够判断出变压器绝缘老化以及故障的严重程度。
  3.人工智能在线变压器故障诊断
  通过对电力变压器油中溶解气体的分析,对电力变压器内部故障的类型和问题进行分析和诊断,能够较大程度上降低变压器故障的出现。但是对于绝缘油中的溶解气体很难进行实时监控,并且变压器内绝缘故障产生的因素较多,较为复杂,必须有丰富经验的电力工作人员通过研究和诊断才能够排除故障。但是,这样既浪费了大量的人力物力,同时又降低了工作效率,因此,国内外的学者开发研究出了技术先进的人工智能诊断技术,实现了实时在线监测。人工智能技术,顾名思义,它能够模仿人类的思维方式,能够从电力变压器绝缘油中溶解的气体数据分析规律,找出故障,并解决各种故障之间的复杂关系,并且,人工智能诊断技术能够通过外界环境的不断变化进行判断并作出适当的调整,降低了电力系统人员的工作量,提高了工作效率,为电力行业的健康发展和安全运行提供了良好的技术支持和安全保障。
  五、结束语
  通过对变压器绝缘故障的相关研究,我们可以发现,在当前各種条件下,变压器绝缘故障的后果是较为严重的,有关人员应该从其客观实际情况出发,充分利用既有优势条件,研究制定最为符合实际的绝缘故障解决优化方案。
  参考文献
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