本文關(guān)鍵詞：電力設(shè)備故障診斷及狀態(tài)檢修的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第二章電力變壓器故障診斷方法；§２．４電力變壓器故障檢測技術(shù)；變壓器故障檢測技術(shù)是準(zhǔn)確診斷故障的主要手段，根據(jù)；油中溶解氣體分析法可以有效地檢測變壓器內(nèi)部的潛伏；小節(jié)介紹這種方法；§２．４．１油中溶解氣體分析（ＤＧＡ）；油中溶解氣體分析是指檢測溶解在油中各種氣體的含量；Ｃ２風(fēng)、乙烯ｃ２Ⅳ；§２．４．１．１故障特征氣體的來源；變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固

第二章電力變壓器故障診斷方法

§２．４電力變壓器故障檢測技術(shù)

變壓器故障檢測技術(shù)是準(zhǔn)確診斷故障的主要手段，根據(jù)ＤＬ／Ｔ５９６．１９９６電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)順序，主要包括油中氣體的色譜分析、直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測、絕緣介質(zhì)損耗角、油質(zhì)檢測、局部放電檢測及絕緣耐壓試驗(yàn)”“。目前對變壓器的檢測是以離線檢測為主，在線監(jiān)測為輔的方式。

油中溶解氣體分析法可以有效地檢測變壓器內(nèi)部的潛伏性故障及其發(fā)展程度，因此成為電力運(yùn)行部門和變壓器制造廠普遍采用的變壓器油質(zhì)最分析項(xiàng)目。在１９９６年我國頒布的電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中【“】，變壓器油的色譜分析放在了首要位置，因此下面單獨(dú)列出一

小節(jié)介紹這種方法。

§２．４．１油中溶解氣體分析（ＤＧＡ）

油中溶解氣體分析是指檢測溶解在油中各種氣體的含量及其增減變化規(guī)律。它的基本原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度而變化，即在某一較高溫度下，通常有某一種氣體的產(chǎn)氣率最大。隨著溫度的升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依次是甲烷ＣＨ。、乙烷

Ｃ２風(fēng)、乙烯ｃ２Ⅳ。和乙炔ｃ２吼。因此，，故障溫度和油中氣體含量之間存在著對應(yīng)關(guān)系。

§２．４．１．１故障特征氣體的來源

變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，并分解出極少量的氣

體（主要包括氫氣Ｈ２、甲烷明。、乙烷Ｃ２吼、乙烯ｃ２Ｈ。、乙炔ｃ２吼、一氧化碳ＣＯ、

＝氧化碳ＣＤ，等多種氣體）。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性赦障或者內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加。對應(yīng)這些故嫜所增加含量的氣體成分見表２—１。

表２－１故障類型及對應(yīng)增加的氣體成分

故障類型

油過熱油紙過熱油紙中局放

Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＣＯ主要增加的氣體成分

次要增加的氣體成分

日２、Ｃ２日６

ＣＨ４、Ｃ２乩

ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、ＣＯ、ＣＯ：

Ｈ２、ｃ２Ｈ６

Ｃ２Ｈ６、Ｃ０２

油中火花放電

油中電弧

Ｃ２Ｈ２、Ｈ２日２、Ｃ２Ｈ２

ＣＨ４、Ｃ２凰、Ｃ２日６

第７頁

油紙中電弧

符２、Ｃ２Ｉ－１２、ＣＯ、Ｃ０２

ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ⅳ６

受潮或油有氣泡

日２

§２。４．１．２故障的發(fā)現(xiàn)

一般情況下，變壓器油中是含有溶解氣體的，新油含有的氣體最大值約為ＣＯ一

１００肛／Ｌ，Ｃ０２—２００ａｚ／Ｌ，Ｈ２—１５肛／Ｌ，ＣＨ４—２．５肛／Ｌ。運(yùn)行油中有少量的ＣＯ

和烴類氣體。但是當(dāng)變壓器有內(nèi)部故障時(shí)油中溶鰓氣體含量就大不相同了。變壓器內(nèi)部故障時(shí)油中產(chǎn)生的各種氣體成分可以從變壓器中取油樣經(jīng)脫氣后用氣象色譜分析儀分析得出。根據(jù)這些氣體的含量、特征、成分比值（如三比值法）和產(chǎn)氣速率等方法判斷變壓器內(nèi)部故障。

但是實(shí)際應(yīng)用中不能僅僅根據(jù)油中氣體含量簡單作為劃分設(shè)備有無故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而

應(yīng)該結(jié)合各種可能的因素進(jìn)行綜合判斷。為此電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程ＤＬ門５９６－１９９６專門列出油中溶解氣含量的注意值，如表２－２。

表２－２

規(guī)程中對油中溶解氣體含量的注意值

氣體

圩２

１５０

ＣＨＩ

Ｃ２Ｈ６

３５

Ｃ２片４

６５

Ｃ２日２

５’

總烴

１５０

正常極限，正／工

２５

?（５００ｋＶ變壓器為１）。

規(guī)程要求，對運(yùn)行設(shè)備的油中氫氣與烴類氣體含量超過了表２－２中注意值，應(yīng)該跟蹤它

們的發(fā)展，以確定是否存在故障。

§２．４．１．３三比值法確定故障類型、性質(zhì)

所謂三比值法實(shí)際上是通過計(jì)算ｃ２凰，ｃ２乩、ＣＨ４／Ｈ２、Ｃ２月４／ｃ２Ｈ６，將選用的

五種特征氣體構(gòu)成三對比值，在相同的情況下將這些比值以不同的編碼表示，如表２－３所示。根據(jù)測試結(jié)果計(jì)算得出編碼，并把三對比值換算成相應(yīng)的編碼組，然后就可以查表找出對應(yīng)的故障類型和故障性質(zhì)，如表２．４所示。

表２－３

ＩＥＣ三比值法編碼規(guī)則和分類

比值范圍編碼

｝

特征氣體的比值

＜Ｏ．１

ｃ２凰／Ｃ２Ｈ４

Ｏ

１

ＣＨ４／Ｈ２

１０２２

Ｃ攀４｜Ｃ２Ｈ６

Ｏ０

１

ｏ．１～１１～３

＞３

１

２

２

表２－４

ＩＥＣ三比值法故障性質(zhì)對照表

第８頁

序號

０

１２３４５６７８

故障性質(zhì)

Ｃ２Ｈ

２

７Ｃ２Ｈ４

００ｌ

ＣＨ４／Ｈ２

Ｏ

ｌ

ＣｚＨ４／Ｃ２Ｈ

０

Ｏ

ｂ

無故障

低能量密度的局部放電

高能量密度的局部放電

ｌＯ０

０

低能量放電④高能量放電低溫過熱（＜１５０℃）②低溫過熱（１５０～３００＇ｃ）③中溫過熱（３００～７００＇ｃ）高溫過熱（＞７００℃）④

ｌ一２

１

Ｉ一２

２ｌ

０

Ｏ０Ｏ

０

２２２

ｏ

ｌ

２

注：

①隨著火花放電強(qiáng)度的增長。特征氣體的比值有如下增長趨勢：Ｃ２Ⅳ２／Ｃ２Ｈ４從Ｏ．１～３增加到３以上Ｃ２Ｈ４／Ｃ２Ｈ６從ｏ．１～３增加到３以上。

②在這一情況下，說明了Ｃ２以：Ｃ２風(fēng)比值的變化，氣味主要來自固體絕緣的分解。

③這種故障情況通常由氣體濃度的不斷增加來反映。（Ｈ。／Ⅳ，的值通常大約為１，實(shí)際值大于或小于１

與很多因素有關(guān)ｔ如油保護(hù)系統(tǒng)的方式，實(shí)際的溫度水平和油的質(zhì)量等。

④Ｃ２Ｈ２含量的增加表面熱點(diǎn)溫度可能高于１０００＂Ｃ。應(yīng)用三比值法應(yīng)當(dāng)注意的問題：

１）對于油中各種氣體含量正常的變壓器，其比值沒有意義。

２）只有油中氣體各成分含量超過了注意值，經(jīng)過綜合分析確定變壓器內(nèi)部存在故障后，才

能迸～步用三比值法分析其故障性質(zhì)。３）由于每一種故障對應(yīng)于一組比值，所以對多種故障的變壓器，可能找不到相應(yīng)的比值組

合。

４）實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)沒有列入的三比值組合，這時(shí)就要綜合分析以確定故障類型。５）三比值法不適用于氣體繼電器中收集的氣體分析判斷故障類型。

ＩＥＣ三比值法雖然可以簡單、有效的判斷變壓器的故障，但是，它存在著一些如上述列出的不足：而且，三比值法只能大致判斷出故障的性質(zhì)，無法確定故障發(fā)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。

§２．４．２電力變壓器的其他預(yù)防性試驗(yàn)

根據(jù)文【１４】的規(guī)定，電力變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目有以下項(xiàng)目，如表２－５所示

表２－５電力變壓器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目

第９頁

１

油中溶解氣體色譜分析

繞組直流電阻

繞組絕緣電阻、吸收比或（和）極化指數(shù)

繞組介質(zhì)損耗因數(shù)

電容型套管的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容值

１７

局部放電測量

有載調(diào)壓裝置的試驗(yàn)和檢查測溫裝置及其二次同路試驗(yàn)氣體繼電器及其二次回路試驗(yàn)

壓力釋放氣校驗(yàn)整體密封檢查

２３

４５６７８９

１０

１８１９

２０２１２２２３２４２５２６２７

絕緣油試驗(yàn)交流耐壓試驗(yàn)

鐵芯（有外引接地線的）絕緣電阻穿心螺栓、鐵軛夾件、綁扎鋼帶、鐵芯、

線圈壓環(huán)極屏蔽等的絕緣電阻

油中含水量

冷卻裝置及其二次回路檢查試驗(yàn)

套管中的絕緣試驗(yàn)

全電壓下空載合閘油中糖醛含量

１１

油中含氣量繞組泄漏電流繞組所有分接頭的電壓比

校核三相變壓器的組別和單相變壓器極

性

絕緣紙（板）聚合度絕緣紙（板）含水量

阻抗測量

振動(dòng)

噪聲

１２１３

１４】５

２８２９

３０３ｌ

空載電流和空載損耗斷路阻抗和負(fù)載損耗

１６３２

油箱表面溫度測量

其中油中色譜分析前面著重介紹過，故以下介紹其他重要的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目Ｉｌ”。

１．繞組直流電阻

繞組直流電阻檢測在變壓器所有試驗(yàn)項(xiàng)目中是一項(xiàng)較為方便而且有效地考核繞組縱絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn)，它能夠反映繞組匝問短路、繞組斷股、分接開關(guān)接觸狀態(tài)以及導(dǎo)線電阻的差異和接頭接觸不良等缺陷故障，也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔位是否正確的有效手段。繞組的直流電阻可以簡單地用電壓表一電流表法測量，更為準(zhǔn)確的測量可以采用惠斯登或凱爾文電橋進(jìn)行測量。當(dāng)三相的直流電阻不平衡時(shí)，則可能是繞組出現(xiàn)了匝間斷路或短路故障，或是繞組并聯(lián)支路的引線頭出現(xiàn)了開焊故障。２．絕緣電子和吸收比

絕緣電阻可以用于判斷變壓器絕緣受潮的嚴(yán)重程度以及絕緣內(nèi)部是否存在絕緣缺陷等。由于電氣設(shè)備多層絕緣的“吸收現(xiàn)象”，絕緣電阻的大小會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。對于大多數(shù)的

變壓器，在６０秒后試驗(yàn)電流基本趨于穩(wěn)定，因此，６０秒時(shí)的絕緣電阻值‰常用來檢測變

壓器的絕緣整體受潮、污穢或貫穿性缺陷等。

由于絕緣電阻值與試驗(yàn)溫度、濕度和絕緣的結(jié)構(gòu)尺寸、材料都有關(guān)系．因此單純以絕緣電阻的絕對值來檢測絕緣質(zhì)量并不十分可靠，通常，應(yīng)用吸收比Ｋ這一概念來反映絕緣的

情況，Ｋ的定義為

芷：＿Ｒ６０

Ｒ１５

式（２．１）

對于不均勻的絕緣材料，如果絕緣狀況良好，則吸收現(xiàn)象將比較明顯，Ｋ值便大于１。如果絕緣狀況不好，如受潮嚴(yán)重或絕緣內(nèi)部有集中性的導(dǎo)電通道，Ｋ值便接近于１。所以，利用吸收比Ｋ值的大小，可以有助于判斷絕緣狀況的好壞。

對于一些比較大型的電氣設(shè)備，如大型電力變壓器和大電機(jī)等，由于絕緣的電容值較大，吸收時(shí)間延長，因此還采用１０分鐘和１分鐘時(shí)的絕緣電阻之比，即極化指數(shù)Ｒ６０。，‰ｏ來判

別絕緣狀況，這在一定程度上彌補(bǔ)了吸收比的不足，提高了絕緣電阻測量的有效性。

第１０頁

實(shí)踐證明，用吸收比氏柵ｔｔｓ來檢測變壓器絕緣質(zhì)量，其數(shù)值分散性比較小，可靠性也比較高。

３．介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)

介質(zhì)損耗因數(shù)測定是變壓器的出廠試驗(yàn)之一，是判斷變壓器絕緣工藝質(zhì)量較為重要和較

為有效的方法之一。通過測量介質(zhì)損耗因數(shù)，可以反應(yīng)出絕緣的一系列缺陷：如絕緣受潮，油或浸漬物臟污或老化變質(zhì)，絕緣中有氣隙發(fā)生放電等。介質(zhì)損耗因數(shù)是反映絕緣功率損耗大小的特性參數(shù)，它與絕緣的體積大小無關(guān)。但是如果絕緣內(nèi)的缺陷是分布性而不是集中性的，那么介質(zhì)損耗因數(shù)的反映有時(shí)就不靈敏了。披試絕緣的體積越大，或者集中性缺陷所占的體積越小，則介質(zhì)損耗因數(shù)就越不靈敏。因此，對于電機(jī)、電纜一類的電氣設(shè)備，由于運(yùn)行中故障多為集中性缺陷發(fā)展所致，而且絕緣體積較大，介質(zhì)損耗因數(shù)的效果就較差，而對

于變壓器套管一類的電氣設(shè)備，體積較小，利用介質(zhì)損耗因數(shù)不僅可以反映套管絕緣的全面

情況，而且有時(shí)可以檢查出其中的集中性故障。

在通過介質(zhì)損耗因數(shù)的值來判斷絕緣狀況時(shí)，必須同樣著重于與該設(shè)備歷年的介質(zhì)損耗因數(shù)值相比較以及和處于同樣運(yùn)行條件下的同類型設(shè)備比較。即使介質(zhì)損耗因數(shù)值未超標(biāo)，但如果和過去眈或與同類設(shè)備比明顯增大，也必須進(jìn)行處理，以避免可能存在的故障。

４．泄漏電流試驗(yàn)

泄漏電流在本質(zhì)上也是測量絕緣電阻，但是測量泄漏電流所用的電壓比測量絕緣電阻時(shí)

要高，因此可以發(fā)現(xiàn)一些尚未貫通的集中性缺陷。良好的絕緣中，泄漏電流隨加壓時(shí)間下降

很快，最后穩(wěn)定的電流很小，而受潮或有缺陷的絕緣，泄漏電流變化緩慢，最后穩(wěn)定的電流也很大，所以通過分析泄漏電流與加壓時(shí)間的關(guān)系曲線，可以分析出絕緣狀況的好壞。通常為了簡化試驗(yàn)，只測量施加電壓后１５秒時(shí)的電流Ｉｌ５和６０秒時(shí)的電流１６０Ｊ用吸收比１６０／１１５來表示絕緣的優(yōu)劣，吸收比大，說明絕緣良好。

５．鐵芯接地電流

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地是一種很常見的故障。測量鐵芯的絕緣電阻，是一種很有效的檢測鐵芯多點(diǎn)接地故障的方法，實(shí)踐表明，在變壓器正常運(yùn)行情況下，鐵芯的絕緣電阻要求與以前測試結(jié)果比較無顯著變化，而且要求運(yùn)行中鐵芯接地電流不大于０．１Ａ�？梢杂勉Q形電流表檢測變壓器鐵芯外接地套管的接地引線上的接地電流，以便判斷是否存在鐵芯多點(diǎn)接地故

障。

６．局部放電

局部放電是指電氣設(shè)備絕緣中的一種區(qū)域放電現(xiàn)象．它對絕緣結(jié)構(gòu)起一種侵蝕作用，當(dāng)局部放電發(fā)展到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿。局部放電量是反映絕緣內(nèi)部缺陷的一項(xiàng)重要指標(biāo)。試驗(yàn)研究表明，超高壓變壓器在工作電壓下的長期運(yùn)行壽命與其絕緣中有無局部放電密切相關(guān)，即局部放電越弱，則正常運(yùn)行壽命越長。變壓器的局部放電故障可能發(fā)生在任何電場集中或絕緣不良的部位，如固體絕緣材料或變壓器油中的氣泡，高壓繞組靜電屏出線，高電壓引線，相間圍屏以及繞組匝間等處。嚴(yán)格來說，變壓器內(nèi)部總存在程度不同的局部放電。這是～種尚未貫通電極的放電，如果涉及固體絕緣，嚴(yán)熏時(shí)會(huì)在絕緣上留下痕跡，并最終發(fā)展為電極間的擊穿。局部放電測試包括電氣法和超聲波法，測試應(yīng)盡量按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加壓方法，使變壓器主、縱絕緣均承受較高的電壓，使放電缺陷明顯的暴露出來。而超聲波法還能幫助確定放電的位置。

§２．４．３在線檢測技術(shù)

電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)一般都是定期進(jìn)行的，對設(shè)備的實(shí)際工作狀況沒有作具體的考慮。因此可能出現(xiàn)在設(shè)備工作狀況良好的情況下不必要的停機(jī)，又有可能出現(xiàn)在設(shè)各出現(xiàn)故障時(shí)

第１１頁

　

　

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