變壓器油中溶解氣體分析與故障診斷論文
摘要:在電力系統的各種電氣設備中,變壓器是其重要的組成部分。采用油中溶解氣體分析(DGA)技術(shù)對變壓器故障進(jìn)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運行有較大的作用。文章對變壓器油中溶解氣體的組分及故障診斷方法進(jìn)行了分析討論。
關(guān)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設備,用途非常廣泛。變壓器內的絕緣油和有機絕緣材料隨著(zhù)運行時(shí)間的增加,在熱和電的長(cháng)期作用下會(huì )逐漸老化和分解,并產(chǎn)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(shí),油中氣體的含量就會(huì )發(fā)生很大的變化。隨著(zhù)故障的發(fā)展,當產(chǎn)氣量大于溶解量時(shí),便有一部分氣體以游離氣體的形態(tài)釋放出來(lái)。實(shí)踐證明,絕大多數的變壓器初期缺陷都會(huì )出現早期跡象,因此,測量分析溶解于油中的氣體含量就能盡早的發(fā)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(chǎn)生的可燃和非可燃性氣體達20種左右。因此,為了有利于變壓器內部故障判斷,選定必要的氣體作為分析對象是很重要的。目前國內外所分析的氣體對象是不統一的,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。變壓器中的故障特征氣體種類(lèi)為:O2、N2、H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2。以這九種氣體作為分析對象的原因見(jiàn)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(méi)有局部放電;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(wú)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(wú)放電或高溫熱源。
2變壓器內部常見(jiàn)故障與油中溶解氣體的關(guān)系
變壓器內部常見(jiàn)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(diǎn)引起的周?chē)�、紙絕緣的電、熱分解本質(zhì)。氣體特征隨故障類(lèi)型、故障能量及其涉及的絕緣材料的不同而不同,即故障點(diǎn)產(chǎn)生烴類(lèi)氣體的不飽和度與故障源的能量密度之間有密切的聯(lián)系。如電性故障分高能量放電和低能量放電兩種類(lèi)型,高能量放電所產(chǎn)生的特征氣體是C2H2和H2,而低能量放電所產(chǎn)生的特征氣體主要是H2和CH4;熱性故障所產(chǎn)生的特征氣體以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(jìn)行早期故障診斷時(shí),除考慮氣體含量外,還需考慮氣體的產(chǎn)氣率,根據產(chǎn)氣速率來(lái)判斷變壓器內部故障的發(fā)展趨勢。實(shí)際分析時(shí),是以油中溶解氣體含量和產(chǎn)氣速率都超過(guò)其注意值時(shí),判定為存在故障。絕對產(chǎn)氣速率的計算式如下:
r■=■×■⑴
式中,ra為絕對產(chǎn)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(shí)際運行時(shí)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?jīng)]有考慮氣體的逸散損失,對于開(kāi)放式變壓器,這種氣體逸散損失是不可忽視的,計算式(1)只適用于封閉油箱或隔膜密封變壓器。變壓器絕對產(chǎn)氣率注意值如表1所示。
絕對產(chǎn)氣率表示法具有計算方法簡(jiǎn)單、能直接反映出故障性質(zhì)和發(fā)展程度等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)踐中得到了應用。
3.2故障類(lèi)型診斷方法
�、偃戎捣�。三比值法是指采用五種特征氣體的三對比值,以不同的三對比值和不同的比值范圍來(lái)進(jìn)行編碼,來(lái)判斷變壓器的故障。三比值法的編碼規則和故障類(lèi)型判斷分別如表2和表3。
在應用三比值法時(shí)要注意的是,只有當油中氣體和產(chǎn)氣速率超標時(shí)才能應用三比值法,對于氣體含量和產(chǎn)氣速率正常的變壓器,比值沒(méi)有意義。
�、谌戎捣ǖ牟蛔�。目前DL/T722-2000已推薦表2和表3的三比值法作為設備內部故障診斷的主要方法,此方法可以簡(jiǎn)單、有效的判斷變壓器的故障,但在實(shí)際應用中也存在一些不足。例如“編碼盲點(diǎn)”問(wèn)題,對于有些編碼,找不到對應的故障;對于復合故障的判別,也不令人滿(mǎn)意;而且,三比值法只能大致判斷出故障的性質(zhì),無(wú)法確定故障發(fā)生的部位,因而無(wú)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(diǎn),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
根據數據分析結果進(jìn)行內部故障診斷時(shí),應按如下思路進(jìn)行診斷:判斷有無(wú)故障;判斷故障類(lèi)型:如低溫過(guò)熱、高能量發(fā)電等;診斷故障的狀況:故障功率、故障源面積、故障點(diǎn)部位、嚴重程度等;提出處理措施:如能否正常運行,繼續運行能否保證設備本身的安全性,或是否需要停運檢修等。當通過(guò)氣相色譜儀分析得出油中氣體含量數據之后,建議按圖1進(jìn)行變壓器內部狀況的診斷。
5結語(yǔ)
油中溶解氣體分析的目的是用來(lái)檢測變壓器內部是否存在潛伏性故障,了解故障發(fā)生的原因、類(lèi)型和嚴重程度,并預測設備的未來(lái)狀態(tài)。但造成油中溶解氣體增長(cháng)的原因多種多樣,如有時(shí)油中故障特征氣體的產(chǎn)生與運行和檢修有關(guān)。因此,當根據油中氣體分析認為可能存在內部故障時(shí),還應結合電氣、化學(xué)實(shí)驗結果和運行檢修史,以及外部檢查等進(jìn)行綜合判斷。這樣,不僅有助于明確故障類(lèi)型,而且也有利于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.
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