扫一扫
访问手机端
|
变压器常见故障的分析与处理变压器是靠电磁感应原理工作的,改变电压、联络电网、传输和分配电能;电力变压器是变电站核心设备,结构复杂,运行环境恶劣,发生故障和事故对电网和供电可靠性影响大,需要针对具体情况立即采取措施;变压器故障的分析判别牵扯的学科领域多,既要有电工、高电压、绝缘材料、化学分析等基础知识,还要熟悉自动化、热学等;变压器的故障种类多,表现形式千差万别,需要熟悉结构原理、熟悉现场运行条件、熟悉每台设备特点等,具体问题,具体分析。
变压器在运行过程中发生异常和故障时,往往伴随相应外观特征,通过这些简单的外部现象,可以发现一些缺陷并对异常和故障进行定性分析提出进一步分析或处理的方案。而且可以对一些比较复杂的故障确定检修和试验方案。以下从几个方面进行分析和处理:
变压器的许多故障往往伴随发热现象,引起发热部位的颜色、温度变化或发出特殊气味。
目前运行的变压器,由于制造工艺质量,运输、安装和运行维护等原因,在变压器运行过程中,铁心接地故障往往时有发生,且在变压器各类故障中占相当的比例,而铁心多点接地故障点往往发生在视角不易发现之处,发生原因和表现的特征各式各样,给现场处理和查找带来一定的难度;下面将介绍对变压器铁心接地的要求,多点接地表现特征,现场处理办法及预防措施;结合多年来发生、判断和处理铁心接地故障的几起实例对铁心接地原因和现场处理过程进行叙述、分析和论证。
变压器的铁心只能有一个接地点,做为正常的工作接地,来限制铁心的电位和流过的电流;若不接地和出现两点及以上的接地,都将导致铁心出现故障,影响变压器的安全运行; 一是变压器在运行过程中,其带电的绕组和油箱之间存在电场,铁心和夹件等金属构件处于该电场之中,由于电容分布不均匀,场强各异若铁心没有可靠接地,则存在对地悬浮电位,A生铁心对地或线圈的充放电现象,破坏固体绝缘和油的绝缘强度;若铁心一点接地,即消除了铁心悬浮电位的可能。 二是当铁心出现两点或以上多点接地时铁心在工作磁通周围就会形成短路环,短路环在交变的磁场作用下,产生很大的短路电流,流过铁心,造成铁心局部过热:铁心的接地点越多,形成的环流回路越多,环流越使变压器大(取决于多余接地点的位置)铁损变大;同时,环流过热还会烧熔局部铁心硅钢片,使相邻硅钢片间的绝缘漆膜烧坏修复时不得不更换部分硅钢片,修复耗用资需要返厂工期较长,严重影响电网金巨大,今安全运行。 不管是不接地还是多点接地,两者在严重时在变压器内部产生大量都会因过热和放电的可燃性气体,引起轻瓦斯发信,甚至重瓦斯动作而使变压器开关掉闸,中断对外供电因此,变压器的铁心与其紧固件之间必须良好绝缘,且仅有一点可靠接地。
变压器发生铁心接地故障的原因和现场表现形式各种各样,但其故障特征往往有共同的规律可循,需要熟悉变压器的结构特点,了解容易发生多点接地的部位,并结合各类试验数据进行综合分析,就能对多余接地点准确定位;综合分析时,应重点把握铁心接地故障的如下表现特征: 1、油色谱分析的表现特征: 般情况下,铁心接地点之间会产生环流,直接表现在铁心的过热上,加快变压器油的裂化和分解,产生可燃性的特征气体,初期一般为300~700摄氏度的中温过热,故障编码一般为021,这就必然使变压器油的色谱分析异常。 <1>总烃升高,一般超过色谱导则规定的注意值(150u),其中乙烯和甲烷占主要成份乙炔微量或没有,变压器若不带病长期运行乙炔值一般不会超过导则规定注意值(5uIM); <2>故障严重时,由于环流过热而无高能量放电,若用导则推荐的三比值法分析,故障编码一般为022或002,系高于700摄氏度的高温热故障; <3>若产气速率较快,超过导则规定的注意值,将伴随大量乙炔出现,超过导则规定注意值(5u/); <4>有些铁心接地故障涉及绝缘材料,也会引起CO和CO2的伴随增长; <5>一些间歇性接地故障,由于伴随放电火花,往往会产生一定量的乙炔,C2H2占主要成份,并超过5u1/1。 2、电气测量的表现特征 一是大部分变压器铁心多点接地的接地点,不是从接地套管一处引出,而是在不同的位置形成环流通道,故在变压器正常运行时,从引出的接地线上,测量铁心接地的电流,将明显增大,往往超出《电力设备预防性试验规程》般不大于0.1A的要求,停电用兆欧摇测铁心绝缘,阻值很低,往往小于5MQ,甚至用万用表即可测量出其接触电阻值。 为减少误判,用钳型表接地电流测量时,由于变压器箱体周围存在漏磁通,应水平放置并选择在油箱高度的1/2处。若测量数据的分散性天,可在变压器铁心接地引下线上,并联可靠短路线并串入测量交流电流表后,再打开固定的接地引下线,直接测量其准确接地电流值,另外,对间歇性的多点接地,测得的电流值会不断变化,有时甚至为0,不能判断是否有铁心多点接地,需要不断观察和多次测量;在停电摇测绝缘电阻可能正常。 二是多点接地故障点是从接地套管一处引出,往往通过电气测量不能判定,测的铁心绝缘电阻和接地电流正常,只能结合色谱分析在有怀疑时,对变压器停电进行检查可在放出部分油后,打开接地套管观察接地引线是否过长、裸漏,该部位的硅钢片有无放电和烧伤痕迹直接找到多余接地点。 3、吊罩检查的表现特征: 变压器大修和铁心接地处理需要吊罩时,查找多点接地部位应注意如下特征。 一是首先检查铁心的外观,有无明显的放电和烧伤、过热痕迹,有无运输定位钉、铁心夹件等金属物碰及铁心,有无焊渣、铜丝金属屑或脏杂物。 二是从铁心引线处施加交流电压,可能会有放电声音或烧熔的烟气,发现多余接地点三是将铁心与夹件的联结片打开,在铁轭两侧施加直流电压,用万用表依次测量各级铁心叠片的电压,多余接地点处的电压指示为零。
1、变压器安装和检修单位,应珍惜变压器安装和大修时的吊罩机会。 一是测量铁心及夹件的绝缘电阻, 二是对未绝缘处理的铁心接地联结片(或联结线)绝缘包扎处理, 三是将接地线外引至运行中便于测量处,定期检测铁心接地申流,一般在0.5A左右或更小, 2、加强变压器运行监督,将电气试验和定期气相色谱分析结合起来。 一是结合运行巡视定期测量铁心接地电流。 二是严格变压器油色谱分析周期;注意:用三比值法判断铁心接地故障,必须在油中各种气体含量足对各种气体够高(一般是超出注意值)的前提文含量正常的变压器,其比值没有意否则,容易误判,造成不必要的经济损失。 3、铁心接地故障的变压器,若立即停电查找和消缺困难,可采取临时措施,对接地电流大的情况,可在接地回路中临时串入电阻(电阻两侧并入220V~380V的低压避雷器为易,已防止电阻开路),此时接地电流可以限制在100mA,也可打开正常的铁心接地点,这样可以减少流过硅钢片的电流,降低铁心发热程度防止故障的发展;但在此期间必须加强色谱的跟踪分析和接地电流的测量。 4、现场一旦发现变压器铁心多点接地,一般可不要急于采取吊罩查找和处理多余接地故障点的办法;若绝缘电阻低,可通过正常接地点,对铁心施加交流电烧熔或直流电容器储能脉冲放电,烧除多余接地点,变压器不吊罩处理接地故障可以节省大量人力和物力,而且可以避免变压器长期停电带来的各种损失和影响是一种行之有效的方案若绝缘电阻并不低,可少量廖放油后通过检查和处理接地引线进打开接地套行消缺。处理前后要有色谱分析数据给予支撑。 5、吊罩后铁心外观检查,若不能直接发现故障点可采取如下方法查找; 一是测量穿芯螺栓和绝缘紧固件的绝缘电阻,判定夹件是否碰及铁心; 二是在铁心和地之间接入万用表,通过电阻的变化寻找,对可能接地点可用绝缘纸板横扫,观察万用表指针变化,确定具体位置; 三是交流或直流加压,观察放电声音或烧熔的烟气等等。一旦找出了绝缘薄弱环节,结合具体情况均要采取加强绝缘的措施,不得已时需要吊器身或返厂修理。 6、在变压器的设计和制造时,应充分考虑铁心对地及夹件绝缘的余度,合理空间布置,对有可能影响绝缘的部位或金属部件,应重点进行绝缘包扎处理。
随着国民经济和工农业生产的持续发展电力系统装机容量日益增长,系统内的短路容量和短路电流大为提高,而在系统中运行的电力变压器,就难免碰到近距离出口的各类短路事故,事故的短路电流流经变压器,使变压器由承受正常的负载电流骤变为数一倍负载电流的短路电流在暂态过程中往往产生较正常运行大数百倍的机械应力而使变压器损坏;变压器近距离出口短路引发绕组变形、绝缘损坏、线圈烧毁,甚至涉及铁心损坏、油箱变形,一般造成变压器掉闸,退出运行,影响对社会供电,就变压器本身都需要立即进行修理,造成的损失巨大。
电力变压器是靠绝缘的高压导线、母线导流排或高压电缆,通过断路器分别与发电机组、电力系统、配电母线和用户配电线路相联结,在现场实际运行中,时常遇到二次侧发生的各种短路故障,使回路阻抗大幅度减小,在一、二次绕组中产生一个大的短路电流,该电流的大小往往与多种因素有关,如:短路的位置、短路发生瞬间的相位、短路阻抗和短路时的系统运行方式等,并随系统短路容量和单台变压器容量的增加而增大,由于断路器及相关自动装置存在固有的动作时间,短路故障点也就不可能零时间切除,变压器难免受到短路电流的冲击,通常短路电流为额定运行电流的十几倍至几十倍,这样大的短路电流产生的电动力和热量,将危及电力变压器的动稳定和热稳定性能,使之遭到严重破坏,影响电力变压器的正常运行。 1、出口短路产生的电动力对电力变压器的危害 电力变压器运行过程中绕组通过电流,由于电流和漏磁场的存在,绕组上将产生电动力,该电动力与漏磁通密度和通过电流的大小成正比,也即与通过电流的平方成正比,电力变压器正常运行时作用在导线上的电动力很小,但,突然短路时,十几倍至几十倍的短路电流将产生几百至上千倍额定时的电动力,可能造成电力变压器的绕组失稳变形,绝缘受伤,匝间(饼间)短路,进而使变压器损坏。电力变压器承受电动力的破坏作用往往表现在:绕组的压紧件变形损坏,严重时上夹件的钢支板被顶弯、压钉支板脱落,压钉弯曲位移,端部纸(木)压包环崩裂,引线木支架断裂损坏等,同时还会造成绕组变形,内侧绕组被局部压弯,外侧绕组被拉松动或拉断;绕组线饼沿轴向发生变形,线饼间的油间隙变小,垫块发生位移,破坏匝(饼)间绝缘,引起绝缘击穿。 另外,电力变压器多次承受出口短路冲击,有些即使没有发生绝缘击穿而引起变压器掉闸,但其绕组已经产生多次累积变形,这些变形使绕组的机械和绝缘强度降低在再次受到过电流或过电压冲击,甚至在正常铁磁谐振过电压的作用下,都可能造成内部绝缘击穿,致使变压器损坏。 2、出口短路引起过热对电力变压器的危害 电力变压器绕组的电阻损耗与通过电流的平方和通过电流的时间呈正比,即W=IRt,在短路过程中,几十倍额定的短路电流,会使其电阻损耗增加几百倍,这是铁心和漏次损耗也会大幅度增加;这些损耗都将转化为热能使绕组的温度上升,由于短路的时间很短,一般仅为几秒钟,IEC76-5规定t=2s,产生的热能来不及向外扩散,将全部用来使绕组温度升高;按国标《电力变压器第5部分:承受短路的能力》规定,电力变压器设计时,绕组铜导线允许温度为2500C(2),设计起始温度1050C,此时,只要变压器保护装置和断路器能够可靠、及时动作,短路电流的持续时间一般不会超过变压器的热稳定要求,因此,电力变压器热稳定破坏的可能性也就较小,只有在继电保护装置拒动,短路电流长时间通过绕组,才有可能破坏电力变压器的热稳定性能,烧坏变压器。 电力变压器在出口短路时巨大短路电流引起的过热和电动力共同作用下,会遭到不同程度的破坏,有关技术人员需要针对短路故障的性质、短路电流的大小,短路点距出口距离的远近、变压器继电保护及自动装置的动作情况、油色谱分析可燃性特征气体含量,掉闸后的变压器还要根据直流电阻、绕组变形、空载损耗等电气试验参数等,进行综合的分析判断,根据损坏程度,迅速确定变压器是否可以继续运行,制定修复方案。 二、电力变压器经受出口短路后的检查试验及要求 电力变压器在实际运行中一旦发生出口短路,特别是电气距离不足2km范围内的近距离短路故障,不管与否引起变压器掉闸都必须进行相应的检查和试验,必要时要停电进行全面电气试验和根据试验结果吊开钟置进行内部检查。 1、外观检查。仔细检查变压器外壳有无明显凹凸,箱体焊缝是否渗漏油,检查压力释放装置的动作情况,检查瓦斯继电器是否动作或发出信号、是否集有可燃性气体,对仍在运行的电力变压器要注意辨别声音是否异常,正常运行会发出连续均匀、轻微的“嗡嗡”声,若声音不均匀或有特殊声音,即视为不正常,如出现电焊机声音、劈啪放电声音等。 2、取油样进行气相色谱分析。变压器油在电力变压器中主要起绝缘和冷却散热的作用,但变压器内部一旦发生过热和放电故障时,变压器油和其它绝缘材料就会发生化学分解,产生特定的烃类气体和H、碳氧化物等,这些气体的数量和产气速度往往又与故障的温度密切相关;随着故障温度的升高,产气量最大的烃类气体依次为CHC,H、C,H、CH。测量特征气体的成分和含量(3)来分析电力变压器内部发热或放电点的温度,可以确定电力变压器经受出口短路后是否遭到破坏;出口短路会引起绕组的匝间(饼间)短路,系瞬间高能量的工频续流放电,有时涉及固体绝缘;因此C,H含量的变化往往较大,其次是CH、CH6CH等。若经受短路破坏的时间较长,C0、C0的含量也会明显增加。 3、直流电阻测量。电力变压器绕组的直流电阻在出厂和良好状态下,三相数值基本平衡:测量直流电阻可以方便有效的考核绕组纵绝缘和回路的联结情况,能发现电力变压器出口短路引起的匝(饼)间短路,绕组断股等故障,如某相电阻异常增加,该相绕组即可能有断股现象,说明电力变压器遭受了严重的冲击破坏,不能投入运行。 4、绕组的介质损耗和电容量测量。当电力变压器发生局部机械变形时,其绕组间以及对铁心和外壳的相对位置会发生变化,其电容量也将随之变化;虽然电力设备预防性试验规程仅从绝缘的角度对介质损耗值做了规定;但严重的绕组变形会引起电容量的明显变化,所以,在检查承受短路冲击后的电力变压器是否发生严重变形时被测电容值与历史数据比较也非常重要当变化值超过10%时就要引起注意。 5、绕组变形试验。电力变压器局部机械变形后的绕组,其内部的电感、电容等分布参数必然发生相对变化;用频率响应法诊断绕组变形情况因其灵敏度高,抗干扰能力强,近几年被得到广泛应用;可以通过比较两次测得的频响特性曲线的相关系数,判定绕组是否发生变形和变形的严重程度。在没有原始数据的情况下,也可以通过比较三相绕组间的频响特性曲线的差异,或同厂家、同类型电力变压器绕组之间的差异,对绕组变形情况作出判断。若试验时发现频响特性曲线的相关系数小于0.5,电力变压器应立即退出运行。 6、低电压短路阻抗试验。短路阻抗法是判断电力变压器绕组变形的传统方法,虽然其灵敏度低于频率响应法,仅对绕组变形比较严重的电力变压器有效,但该试验方法相对简单,对试验设备要求低,有出厂和历次试验数据相比较,现场实施非常简便;通过测量绕组的短路阻抗变化判断绕组是否发生变形,现场实践证明:当绕组的三相短路阻抗值超过3%的差异时,就应该引起注意。 7、空载损耗和空载电流试验。电力变压器经受出口短路电流冲击,当出现线圈匝间短路或涉及铁心绝缘时,会引起电力变压器的励磁电流增加和空载损耗损耗增大,与历次试验数据比较,空载损耗增加10%时就应该引起注意。 8、其他检查试验项目。电力变压器经受出口短路后通常的试验项目还有:绝缘电阳测量,变压比试验,油、纸绝缘材料的分析化验等等,所有试验项目应严格执行电力设备预防性试验规程的相关标准,发现试验结果异常都要引起注意。 9、吊开钟置的内部检查。经过外观检查和各类试验怀疑电力变压器内部确实存在短路冲击故障,进一步的检查一般都安排在返厂进行;若需要现场吊罩检查,在吊开钟罩后,首先检查绕组的外部可见部分有无变形、变色和断匝,紧固件是否完整无损;铁心和线圈引线有无明显的烧伤痕迹,线圈和铁心表面有无烧熔的金属颗粒和绕组内部喷出的绝缘纸灰等异常,然后依次吊出各绕组逐一进行检查,视现场情况可以一直检查至内侧绕组的绝缘纸筒。若外观检查即发现损坏程度严重,需要更换线圈或有关绝缘件,应立即停止检查,以便减少变压器器身在空气中的暴露时间,减轻绝缘受潮程度,为下一步修复提供方便。
1、气相色谱法 2、直流电阻 3、绝缘电阻 4、介损测量 5、油质分析 6、油中糠醛含量判断绝缘老化。 7、测量绝缘纸的聚合度判断绝缘老化。 8、局部放电测量 9、频率响应法测量绕组变形 10、短路阻抗法判断绕组变形 11、红外测温 12、在线检测技术 上一篇干式变压器需要做哪些试验呢?下一篇绝缘预防性试验 |