【正文】 ............. 23 提高在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用水平的幾點(diǎn)建議 .................................. 23 5總結(jié)與展望 .............................................................. 25 總結(jié) ................................................................ 25 展望 ................................................................ 25 致謝 ..................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ................................................................. 28 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 1 緒論 選題背景及其意義 工業(yè)革命的出現(xiàn)和發(fā)展，表現(xiàn)在各種工業(yè)設(shè)備的大量應(yīng)用，設(shè)備的使用必然伴隨著維修活動(dòng)。早期的設(shè)備維修是設(shè)備操作與使用中的一種技藝，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，維修活動(dòng)愈顯得重要和不可或缺。電力設(shè)備的維修一直是電力企業(yè)不可缺少的一項(xiàng)重要活動(dòng) ，并較早的把維修活動(dòng)從設(shè)備運(yùn)行、操作中分開(kāi)，形成專門(mén)的維修人員和組織。然而，隨著電力系統(tǒng)容量的增大和電力網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電力設(shè)備故障給人們的生產(chǎn)和現(xiàn)代生活所帶來(lái)的影響越來(lái)越大，電力用戶對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行和可靠供電也提出了越來(lái)越高的要求 。 早期電力設(shè)備采用的是故障后維修的方式，即使用設(shè)備直到它發(fā)生故障后進(jìn)行維修，因此，對(duì)于大型設(shè)備，發(fā)生突發(fā)性事故將造成巨大損失。其后，發(fā)展為對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行定期檢驗(yàn)和維修，即預(yù)防性維修。但存在很多不足之處： (1)需停電進(jìn)行維修，但有不少設(shè)備受生產(chǎn)制約，輕易不能停止運(yùn)行 。 (2） 停電后設(shè) 備狀態(tài)和運(yùn)行中狀態(tài)不一致，影響判斷的準(zhǔn)確性。 (3） 采用這種檢修模式容易造成設(shè)備的過(guò)修或欠修。實(shí)踐證明，電力設(shè)備的大多數(shù)部件的故障模式有一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，即在設(shè)備或部件功能喪失之前，有跡象表明或征兆出現(xiàn)，可以根據(jù)這些跡象或征兆所表現(xiàn)出的物理、化學(xué)狀態(tài)特征或工作參數(shù)的變化來(lái)判斷：設(shè)備故障功能是否即將發(fā)生。特別是設(shè)備部件的磨損、疲勞、電氣絕緣的受潮、老化，接觸導(dǎo)體發(fā)熱、燒蝕，部件失調(diào)等等，這些故障模式大都存在由潛在故障擴(kuò)大、發(fā)展到功能故障?；谶@一認(rèn)識(shí)，為滿足電力設(shè)備的運(yùn)行要求，出現(xiàn)了一種新的檢修策略 — 電力設(shè)備狀態(tài) 檢修。所謂狀態(tài)檢修就是指根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況而執(zhí)行檢修的預(yù)知性作業(yè)。 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和各種傳感技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行在線或離線的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，及時(shí)地取得各種信息即使是很微弱的，對(duì)這些信息進(jìn)行處理和綜合分析后，根據(jù)其數(shù)值的大小或發(fā)展的趨勢(shì)，可對(duì)設(shè)備的可靠性隨時(shí)作出判斷和對(duì)設(shè)備的的剩余壽命作出預(yù)測(cè)，從而及時(shí)地發(fā)現(xiàn)潛在故障，必要時(shí)可提供預(yù)警和規(guī)定的操作。本課題的意義在于通過(guò)對(duì)變壓器的監(jiān)測(cè)與故障診斷 進(jìn)行概括分析 ，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供理論依據(jù)。 第 2 頁(yè) 共 37 頁(yè) 國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)及 現(xiàn)狀 狀態(tài)檢修（ CBM， condition based maintenance）或預(yù)知性維修（ PDM， predictive diagnostic maintenance），這種維修方式以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際狀況為依據(jù)，通過(guò)高科技的檢測(cè)手段，識(shí)別故障的早期征兆，對(duì)故障部位、故障嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)作出判斷，從而確定最佳的維修時(shí)機(jī)。狀態(tài)維修始于 1970 年，由美國(guó)杜邦公司 首先倡議。到上世紀(jì) 80年代，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在線診斷技術(shù)才真正的得到迅速發(fā)展。 1986 年美國(guó) EPRI 所屬的監(jiān)測(cè)與診斷中心（ Mamp。I）在美國(guó)費(fèi)城成立，研究發(fā)電廠變電站的在線和定期監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，與艾迪斯通電廠開(kāi)展?fàn)顟B(tài)維修工作，振動(dòng)分析、聲像分析、化學(xué)分析、熱成像技術(shù)及應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量等的應(yīng)用，取得較好成績(jī)。根據(jù)這些監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)等信息，進(jìn)行綜合分析，從中得到有關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息，并對(duì)該廠設(shè)備狀況進(jìn)行評(píng)估和論證，以分析、判斷設(shè)備目前的狀態(tài)是否超過(guò)警戒線，對(duì)發(fā)展趨勢(shì)、維修成本進(jìn)行綜合分析，提出建議和報(bào)告，推動(dòng)開(kāi)展?fàn)顟B(tài)維修。大電網(wǎng)會(huì)議發(fā)表了關(guān)于電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù)的綜合性論文，對(duì)截止上世 紀(jì) 80年代末在這一領(lǐng)域的研究成果作了系統(tǒng)的總結(jié)。 我國(guó)電力企業(yè)與上世紀(jì) 80年代末開(kāi)始試行， 之后 有少數(shù)電力企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用，特別是絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的探討 ，同時(shí)一些在線監(jiān)測(cè)裝置儀器在實(shí)踐中獲得應(yīng)用，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。 由原電力部主持，先后三次（分別在安徽、湖北、廣東三?。┱匍_(kāi)了“全國(guó)電力設(shè)備絕緣帶電測(cè)試、診斷技術(shù)交流會(huì)”， 之后 國(guó)家電力公司安運(yùn)部在上海又召開(kāi)了電力設(shè)備實(shí)施狀態(tài)維修研討會(huì)，對(duì)如何實(shí)施狀態(tài)維修，實(shí)施狀態(tài)維修的目標(biāo)，指出現(xiàn)行我國(guó)電力設(shè)備的預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修所存在的檢修周期短、檢修工期長(zhǎng)、檢修費(fèi)用高等問(wèn)題，提出電力 設(shè)備實(shí)施狀態(tài)維修的必要性和如何積極穩(wěn)妥地實(shí)施檢修體制改革的必要性。電力變壓器是電力系統(tǒng)不可或缺的重要設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行，因此對(duì)電力變壓器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一直是電力工作者的夢(mèng)想和追求。電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，可將傳統(tǒng)的定期維護(hù)轉(zhuǎn)為狀態(tài)維護(hù)，從而提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前，變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是國(guó)際上研究最多的對(duì)象之一。 第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè) 本課題研究的內(nèi)容 論文共分五章，第一章為緒論部分，闡述了本課題研究的意義、背景以及電力變壓器在線監(jiān)測(cè)和故障的診斷；第二 章對(duì)電力變壓器的常見(jiàn)故障及特征、故障原因以及目前常用的電力變壓器故障的檢測(cè)與診斷方法進(jìn)行分析；第三章主要介紹油性能指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷方法；第四章針對(duì)目前電力變壓器實(shí)際出現(xiàn)的故障多為突發(fā)性故障而常規(guī)診斷方法無(wú)法正確解決的情況，提出了在線監(jiān)測(cè)技術(shù)；第五章是總結(jié)和展望部分，對(duì)本文的成果和不足分別進(jìn)行介紹。 第 4 頁(yè) 共 37 頁(yè) 2 電力變壓器的常見(jiàn)故障及特征 電力變壓器簡(jiǎn)介 電力變壓器的結(jié)構(gòu)由變壓器本體和變壓器附件這兩大部分構(gòu)成。變壓器本體的主要部件包括以下幾個(gè)部分：變壓器器身（線圈、鐵心及 其夾緊裝置等構(gòu)成），用于容納變壓器油的油箱，變壓器附件（是指變壓器套管、變壓器油枕、有載分接開(kāi)關(guān)、變壓器冷卻系統(tǒng)、變壓器本體保護(hù)裝置及其測(cè)示儀表等）。 變壓器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)應(yīng)用推廣，為適應(yīng)不同的使用目的和工作條件， 變壓器的類(lèi)型很多，且各種類(lèi)型的變壓器在結(jié)構(gòu)上、性能上的差異很大。一般按照變壓器的用途進(jìn)行 分類(lèi)，也有按照結(jié)構(gòu)特征、相數(shù)多少、冷卻方式進(jìn)行分類(lèi)的。按用途分： 變壓器分為電力變壓器（升壓變壓器、 降壓變壓器、配電變壓器），特種變壓器（電爐變壓器、整流變壓器）； 按照電力變壓器冷卻和絕緣介質(zhì)的不同，可歸納為三大 類(lèi)：油浸變壓器等、儀用變壓器（電流互感器和電壓互感器）、實(shí)驗(yàn)用的高壓變壓器等。按繞組分，變壓器分為雙繞組、三繞組和多繞組變壓器；按相數(shù)的多少，分為單相變壓器和三相變壓器等。 變壓器故障的類(lèi)型及產(chǎn)生的原因 變壓器故障特點(diǎn) 電力變壓器是重要的供電設(shè)備，盡管制造過(guò)程有嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與控制，制造工藝和經(jīng)驗(yàn)都已較成熟，但仍存在一定的年故障率，且故障率大小與變壓器容量和結(jié)構(gòu)有關(guān)系。 （ 1）變壓器的故障率隨著額定電壓的增高而增加。無(wú)論從全國(guó)，還是區(qū)域電網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到， 220KV 及以上變壓器其 故障率達(dá)到百臺(tái)年幾次，而配電變壓器則在千分之幾的數(shù)量級(jí)， 35～ 110KV 變壓器的故障率則在這兩者之間，其原因是變壓器故障主要是絕緣問(wèn)題，而電壓等級(jí)愈高，相應(yīng)的絕緣材料、絕緣工藝等要求也愈多，其過(guò)電壓的欲度較小，因而總的來(lái)說(shuō)，絕緣引起的故障明顯增加。 （ 2）變壓器的故障率隨著變壓器的容量的增大而增加 。容量顯著增大后，其結(jié)構(gòu)變得較復(fù)雜，變壓器的散熱問(wèn)題，過(guò)載問(wèn)題也變得突出，變壓器的組件 、部件相應(yīng)增加許多，如冷卻器系統(tǒng)等，這些原因均使變壓器故障的機(jī)率 增加。 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè) 變壓器的故障類(lèi)型 及產(chǎn)生的原因 （ 1）變壓器 的過(guò)熱故障是最常見(jiàn)的故障之一。因?yàn)槠湓谶\(yùn)行中缺乏監(jiān)視，巡視檢查不到位使其過(guò)載的情況得不到及時(shí)掌握和控制。在正常運(yùn)行負(fù)載下，其發(fā)生過(guò)熱故障主要原因有： A、繞組過(guò)熱。因繞組的制作工藝，如端部或換位等絕緣處理不良造成局部放電、短路 。繞組的冷卻油路堵塞，使繞組絕緣老化嚴(yán)重，繞組內(nèi)部溫升較高，局部出現(xiàn)過(guò)熱等。 B、分接開(kāi)關(guān)接觸不良。由于頻繁調(diào)壓，負(fù)載電流增大調(diào)壓開(kāi)關(guān)的觸頭之間機(jī)械磨損、觸頭污染，因電腐蝕及電流熱效應(yīng)使彈簧的彈性變?nèi)跫皺z修工藝不良等，使開(kāi)頭的觸頭壓力減少，接觸電阻增大，局部發(fā)熱，從而加劇觸頭電腐蝕 及機(jī)械變形等，如此惡性循環(huán)，使變壓器氧化、接觸電阻增大，造成變壓器過(guò)熱故障。 C、引線故障。主要有引線分流故障，因裝配、檢修等不良使引線導(dǎo)線絕緣破損，造成裸銅線與套管的銅管內(nèi)壁相碰，產(chǎn)生分流放電而過(guò)熱 。引線的接頭過(guò)熱或因套管將軍帽接觸不良造成引線過(guò)熱故障 。還有引線的斷股、焊接工藝不良等造成引線過(guò)熱故障。 D、漏磁導(dǎo)致的故障。在大型變壓器、互感器中由于雜散損耗很大，在其鐵芯的夾件拉桿等個(gè)別部位產(chǎn)生局部過(guò)熱。 E、變壓器冷卻裝置故障。冷卻裝置的風(fēng)路、油路堵塞引起過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，其原因有冷卻裝置的電源故障或 油泵異常使油流速度和流量減少、或散熱器風(fēng)道縫隙被雜物堵塞（散熱器長(zhǎng)期未清掃易發(fā)生此情況）嚴(yán)重影響變壓器正常散熱，使變壓器油溫明顯上升，而負(fù)載并沒(méi)有多大變化，此外還有冷卻風(fēng)扇故障、反轉(zhuǎn)或自起動(dòng)裝置失靈、定值錯(cuò)誤等都會(huì)使變壓器油溫上升。 F、變壓器鐵心多點(diǎn)接地。正常運(yùn)行時(shí)鐵心必須是一點(diǎn)接地，以消除鐵心上形成懸浮電位的可能，但鐵心發(fā)生兩點(diǎn)及以上接地時(shí)，由于處于高電磁場(chǎng)強(qiáng)之中，鐵芯間不同地點(diǎn)受電磁場(chǎng)強(qiáng)不一樣，因而會(huì)有不均勻的電位，使接地點(diǎn)形成環(huán)流，造成發(fā)熱故障，引起局部溫升。 （２）變壓器短路故障，指其出口或近 區(qū)發(fā)生短路引起的故障。該異常運(yùn)行是在其運(yùn)行中常有的。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)一些地區(qū) 110KV 及以上變壓器遭受短路電流沖擊直接導(dǎo)致 變壓器 的損壞 約占全部事故的 50%以上， 且 與前幾年比較呈大幅度上升的趨 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 勢(shì)，應(yīng)引起人們的足夠重視。 變壓器突發(fā)短路可能引起絕緣熱故障，因短路電流值將高達(dá)額定電流 17 倍以上，使繞組線圈產(chǎn)生很大熱量，線圈等絕緣材料嚴(yán)重受損使其形成繞組擊穿損壞事故。 （３）變壓器放電故障主要是其內(nèi)部放電對(duì)絕緣造成破壞。這是因?yàn)橐环矫娣烹娰|(zhì)點(diǎn)直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并擴(kuò)大至絕緣擊穿，另一方面放電產(chǎn)生 的熱、臭氧、氧化氫等活性氣體的化學(xué)作用，使局部絕緣受到腐蝕，介損增大導(dǎo)致絕緣熱擊穿。 放電故障有兩種類(lèi)型： A、局部放電故障，主要原因是：油中存在氣泡或固定絕緣材料中存在空穴或空腔。其介電常數(shù)小，容易引起放電，制造工藝不良，有尖角、毛刺、漆瘤等放電以及金屬導(dǎo)體接觸不良引起的放電。局部放電雖然能量密度不大，但其惡性循環(huán)會(huì)最終導(dǎo)致設(shè)備擊穿損壞。 B、閃絡(luò) 放電故障，因運(yùn)輸過(guò)程或運(yùn)行中造成某金屬構(gòu)件接觸不良而放電，因調(diào)壓開(kāi)關(guān)調(diào)壓繞組、套管端 部、鐵心屏蔽件、夾件等在變壓器內(nèi)部強(qiáng)磁場(chǎng)中形成懸浮電位而