電力變壓器固體絕緣故障診斷

當變壓器內部故障涉及固體絕緣時(shí)，無(wú)論故障的性質(zhì)如何，通常認為是相當嚴重的。因為一旦固體材料的絕緣性能受到破壞，很可能進(jìn)一步發(fā)展成主絕緣或縱絕緣的擊穿事故。所以纖維材料劣化引起的影響在故障診斷中格外受到重視。而且，如能確定變壓器發(fā)生異?；蚬收蠒r(shí)是否涉及固體絕緣，也就初步確定了故障的部位，對設備檢修工作很有幫助。

　　本文通過(guò)研究在故障涉及固體絕緣時(shí)，其它特征氣體組分與CO、CO2間的伴生增長(cháng)情況，提出了一種動(dòng)態(tài)分析變壓器絕緣故障的方法。并著(zhù)手建立故障氣體的增長(cháng)模式，為預測故障的發(fā)展提供了新的判據。

　　1、判斷固體絕緣故障的常規方法

　　CO、CO2是纖維材料的老化產(chǎn)物，一般在非故障情況下也有大量積累，往往很難判斷經(jīng)分析所得的CO、CO2含量是因纖維材料正常老化產(chǎn)生的，還是故障的分解產(chǎn)物。

　　月崗淑郎[1]研究了使用變壓器單位紙重分解并溶于油中的碳的氧化物總量，即(CO+CO2)mL/g(紙)來(lái)診斷固體絕緣故障。但是，已投運的變壓器的絕緣結構、選用材料和油紙比例隨電壓等級、容量、型號及生產(chǎn)工藝的不同而差別很大，不可能逐一計算每臺變壓器中絕緣紙的合計質(zhì)量，該方法因實(shí)際操作困難，難以應用;并且，考慮全部紙重在分析整體老化時(shí)是比較合理的，如故障點(diǎn)僅涉及固體絕緣很小的一部分時(shí)，使用這種方法也很難比單獨考慮CO、CO2含量更有效。

　　IEC599[2]推薦以CO/CO2的比值作為判據，來(lái)確定故障與固體絕緣間的關(guān)系。認為CO/CO2>0.33或0.09時(shí)表示可能有纖維絕緣分解故障，在實(shí)踐中這種方法也有相當大的局限性[3]。本文對59例過(guò)熱性故障和69例放電性故障進(jìn)行了統計。結果表明，應用CO/CO2比例的方法正判率僅為49.2%，這種方法對懸浮放電故障的識別正確率較高，可達74.5%;但對圍屏放電的正判率僅為23.1%.

　　2、固體絕緣故障的動(dòng)態(tài)分析方法

　　新的預防性試驗規程規定，運行中330kV及以上等級變壓器每隔3個(gè)月進(jìn)行一次油中溶解氣體分析，但目前很多電業(yè)局為保證這些重要設備的安全，有的已將該時(shí)間間隔縮短為1個(gè)月。也有部分電業(yè)局已開(kāi)展了油色譜在線(xiàn)監測的嘗試，這為實(shí)現故障的連續追蹤，提供了良好的技術(shù)基礎。

　　電力變壓器內部涉及固體絕緣的故障包括：圍屏放電、匝間短路、過(guò)負荷或冷卻不良引起的繞組過(guò)熱、絕緣浸漬不良等引起的局部放電等。無(wú)論是電性故障或過(guò)熱故障，當故障點(diǎn)涉及固體絕緣時(shí)，在故障點(diǎn)釋放能量的作用下，油紙絕緣將發(fā)生裂解，釋放出CO和CO2.但它們的產(chǎn)生不是孤立的，必然因絕緣油的分解產(chǎn)生各種低分子烴和氫氣，并能通過(guò)分析各特征氣體與CO和CO2間的伴生增長(cháng)情況，來(lái)判斷故障原因。

　　判斷故障的各特征氣體與CO和CO2含量間是否是伴隨增長(cháng)的，需要一個(gè)定量的標準。本文通過(guò)對變壓器連續色譜監測的結果進(jìn)行相關(guān)性分析，來(lái)獲得對這一標準的統計性描述。這樣可以克服溶解氣體累積效應的影響，消除測量的隨機誤差干擾。

　　本文采用Pearson積矩相關(guān)來(lái)衡量變量間的關(guān)聯(lián)程度，被測變量序列對(xi，yi)，i=1，…，相關(guān)系數γ的顯著(zhù)性選擇兩種檢驗水平：以α=1%作為變量是否顯著(zhù)相關(guān)的標準，而以α=5%作為變量間是否具有相關(guān)性的標準。即：當相關(guān)系數γ>γ0.01時(shí)，認為變量間是顯著(zhù)相關(guān)的;γγ0.05時(shí)，二者沒(méi)有明確的關(guān)聯(lián)。γ0.01、γ0.05的取值與抽樣個(gè)數N有關(guān)，可通過(guò)查相關(guān)系數檢驗表獲得。

　　由于CO為纖維素劣化的中間產(chǎn)物，更能反映故障的發(fā)展過(guò)程，故通過(guò)對故障的主要特征氣體與CO的連續監測值進(jìn)行相關(guān)性分析可進(jìn)一步判斷故障是否涉及固體絕緣。當通過(guò)其它分析方法確定設備內部存在放電性故障時(shí)，可以CO與H2的相關(guān)程度作為判斷電性故障是否與

　　固體絕緣有關(guān)的標準;而過(guò)熱性故障則以CO與CH4的相關(guān)性作為判斷標準。通過(guò)對59例過(guò)熱性故障和69例放電性故障實(shí)例的分析。

　　這種方法在一定程度上可以反映故障的嚴重程度，在過(guò)熱性故障的情況下，如果CO不僅與CH4有較強的相關(guān)性，還與C2H4相關(guān)，表明故障點(diǎn)的溫度較高;而在發(fā)生放電性故障時(shí)，如果CO與H2和C2H2都有較強的相關(guān)性，說(shuō)明故障的性質(zhì)可能是火花放電或電弧放電

3　故障的發(fā)展趨勢

　　確認故障類(lèi)型后，如能進(jìn)一步了解故障的發(fā)展趨勢，將有助于維修計劃的合理安排。而產(chǎn)氣速率作為判斷充油設備中產(chǎn)氣性故障危害程度的重要參數，對分析故障性質(zhì)和發(fā)展程度(包括故障源的功率、溫度和面積等)都很有價(jià)值[4]。

　　通過(guò)回歸分析，可將這3種典型模式歸納為：

　　(a)正二次型：總烴隨時(shí)間的變化規律大致為Ci=a.t2+b.t+c(a>0)，即產(chǎn)氣速率γ=a.t+b不斷增大，與時(shí)間成正比。這常與突發(fā)性故障相對應，故障功率及所涉及的面積不斷變大，這種故障增長(cháng)模式往往非常危險。

　　(b)負二次型：總烴和產(chǎn)氣速率的變化規律與(a)相同，只是a0.即總烴Ci增高到一定程度后，在該值附近波動(dòng)而不再發(fā)生顯著(zhù)變化。多與逐漸減弱的或暫時(shí)性的故障形式相對應，如在系統短路情況下的繞組過(guò)熱及系統過(guò)電壓情況下發(fā)生的局部放電等。

　　(c)一次型：即線(xiàn)性增長(cháng)模型，是一種與穩定存在的故障點(diǎn)相對應的產(chǎn)氣形式?？偀N的變化規律為Ci=k.t+j，產(chǎn)氣速率為固定的常數k，通常只有當故障產(chǎn)氣率k或總烴Ci大于注意值時(shí)才認為故障嚴重。

　　本文對59例過(guò)熱性故障和69例放電性故障變壓器總烴含量的增長(cháng)模式與故障嚴重程度的對應關(guān)系進(jìn)行了統計，結果如表2所示。

　　4、實(shí)例分析

　　故障產(chǎn)氣的增長(cháng)模型為正二次型，在較短的時(shí)間里產(chǎn)氣速率呈明顯的增長(cháng)趨勢，是一種發(fā)展迅速的故障，反映出故障功率及故障所涉及的面積在不斷變大。

　　1985年3月14日進(jìn)行吊芯檢查發(fā)現，高壓線(xiàn)圈與低壓線(xiàn)圈間圍屏有7層存在不同程度的燒傷、穿孔、爬電等明顯的樹(shù)枝狀放電痕跡，屬?lài)练烹姽收?，與分析結果相符。

　　5、結　論

　　a.電力變壓器油中溶解氣體的產(chǎn)生總有其內在的原因，根據故障的主要特征氣體與CO的伴生增長(cháng)情況，即可判斷故障點(diǎn)是否涉及固體絕緣。這種方法基本上不受累積效應的影響，不存在注意值的限制，可以隨時(shí)分析溶解氣體的變化規律，及時(shí)發(fā)現可能存在的潛伏性故障。

　　b.對運行中的電力變壓器，其故障的產(chǎn)氣過(guò)程并不都是線(xiàn)性增長(cháng)的，存在著(zhù)其它的增長(cháng)模式。統計結果表明：總烴含量如果呈正二次型增長(cháng)，則大多為嚴重的破壞性故障;而當故障產(chǎn)氣線(xiàn)性增長(cháng)時(shí)，則故障點(diǎn)相對穩定;若總烴呈負二次型增長(cháng)，多為暫時(shí)性故障，一般危害不大。