摘要:在電力系統的各種電氣裝置中,變壓器是其重要的組成部分。採用油中溶解氣體分析(DGA)技術對變壓器故障進行早期故障診斷,可減少變壓器不必要的事故停用,對保證電力系統安全可靠執行有較大的作用。文章對變壓器油中溶解氣體的組分及故障診斷方法進行了分析討論。
關鍵詞:變壓器;油中溶解氣體;故障診斷
變壓器是電力系統中最重要的裝置,用途非常廣泛。變壓器內的絕緣油和有機絕緣材料隨著執行時間的增加,在熱和電的長期作用下會逐漸老化和分解,併產生極少量的氣體,這些油中溶解氣體包括氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。但是,當變壓器內部出現故障時,油中氣體的含量就會發生很大的變化。隨著故障的發展,當產氣量大於溶解量時,便有一部分氣體以遊離氣體的形態釋放出來。實踐證明,絕大多數的變壓器初期缺陷都會出現早期跡象,因此,測量分析溶解於油中的氣體含量就能儘早的發現變壓器內部故障。
1油中溶解氣體的成分分析
變壓器絕緣材料熱分解所產生的可燃和非可燃性氣體達20種左右。因此,為了有利於變壓器內部故障判斷,選定必要的氣體作為分析物件是很重要的。目前國內外所分析的氣體物件是不統一的,我國按DL/722-2000要求一般分析9種或8種氣體,最少必須分析七種氣體。變壓器中的故障特徵氣體種類為:O2、N2、H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2。以這九種氣體作為分析物件的原因見如下:O2主要了解脫氣程度和密封好壞;N2主要了解氮氣飽和程度;H2主要了解熱源溫度或有沒有區域性放電;CO2主要了解固體絕緣老化或平均溫度是否高;CO主要了解固體絕緣有無熱分解;CH4、C2H6、C2H4三種氣體主要了解熱源溫度;C2H2主要了解有無放電或高溫熱源。
2變壓器內部常見故障與油中溶解氣體的關係
變壓器內部常見故障可大致分為電性故障和熱性故障兩種。油中溶解的氣體可反映故障點引起的周圍油、紙絕緣的電、熱分解本質。氣體特徵隨故障型別、故障能量及其涉及的絕緣材料的不同而不同,即故障點產生烴類氣體的不飽和度與故障源的能量密度之間有密切的聯絡。如電性故障分高能量放電和低能量放電兩種型別,高能量放電所產生的特徵氣體是C2H2和H2,而低能量放電所產生的特徵氣體主要是H2和CH4;熱性故障所產生的特徵氣體以CH4和C2H4為主。
3 變壓器故障診斷方法
3.1故障嚴重程度診斷
對變壓器進行早期故障診斷時,除考慮氣體含量外,還需考慮氣體的產氣率,根據產氣速率來判斷變壓器內部故障的發展趨勢。實際分析時,是以油中溶解氣體含量和產氣速率都超過其注意值時,判定為存在故障。絕對產氣速率的計算式如下:
r■=■×■⑴
式中,ra為絕對產氣率,ml/d ;ci1 ,ci2 分別表示第一次取樣和第二次取樣測得油中組分i 氣體濃度,?滋L/L ; △t 表示二次取樣間隔中的實際執行時間, d;m 表示變壓器總油量, t; ?籽表示油的密度,t/m3 。該計算式沒有考慮氣體的逸散損失,對於開放式變壓器,這種氣體逸散損失是不可忽視的,計算式(1)只適用於封閉油箱或隔膜密封變壓器。變壓器絕對產氣率注意值如表1所示。
絕對產氣率表示法具有計算方法簡單、能直接反映出故障性質和發展程度等優點,在實踐中得到了應用。
3.2故障型別診斷方法
①三比值法。三比值法是指採用五種特徵氣體的三對比值,以不同的三對比值和不同的比值範圍來進行編碼,來判斷變壓器的故障。三比值法的編碼規則和故障型別判斷分別如表2和表3。
在應用三比值法時要注意的是,只有當油中氣體和產氣速率超標時才能應用三比值法,對於氣體含量和產氣速率正常的變壓器,比值沒有意義。
②三比值法的不足。目前DL/T722-2000已推薦表2和表3的三比值法作為裝置內部故障診斷的主要方法,此方法可以簡單、有效的判斷變壓器的故障,但在實際應用中也存在一些不足。例如“編碼盲點”問題,對於有些編碼,找不到對應的.故障;對於複合故障的判別,也不令人滿意;而且,三比值法只能大致判斷出故障的性質,無法確定故障發生的部位,因而無法提出具有針對性的維修措施以迅速排除故障。雖然三比值法有上述一些缺點,但是三比值法作為一種有效診斷變壓器內部故障的方法的重要性是毋容置疑的。
4變壓器故障診斷步驟
根據資料分析結果進行內部故障診斷時,應按如下思路進行診斷:判斷有無故障;判斷故障型別:如低溫過熱、高能量發電等;診斷故障的狀況:故障功率、故障源面積、故障點部位、嚴重程度等;提出處理措施:如能否正常執行,繼續執行能否保證裝置本身的安全性,或是否需要停運檢修等。當通過氣相色譜儀分析得出油中氣體含量資料之後,建議按圖1進行變壓器內部狀況的診斷。
5結語
油中溶解氣體分析的目的是用來檢測變壓器內部是否存在潛伏性故障,瞭解故障發生的原因、型別和嚴重程度,並預測裝置的未來狀態。但造成油中溶解氣體增長的原因多種多樣,如有時油中故障特徵氣體的產生與執行和檢修有關。因此,當根據油中氣體分析認為可能存在內部故障時,還應結合電氣、化學實驗結果和執行檢修史,以及外部檢查等進行綜合判斷。這樣,不僅有助於明確故障型別,而且也有利於對故障部位做出估計。
參考文獻:
[1] 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中 國電力出版社,2005.
[2] 許青山.電力系統故障診斷及故障恢復[M].北京:中國電力 出版社,2001.