【文章內容簡介】 強度，縮短了絕緣距離，減小了設備的體積；②大大提高了變壓器的有效熱傳遞和散熱效果，提高了導線中允許的電流密度，減輕了設備重量，它是將運行變壓器器身的熱量通過變壓器油的熱循環(huán)，傳遞到變壓器外殼和散熱器進行散熱，從而提高了有效的冷卻降溫水平；③由于油浸密封而降低了變壓器內部某些零部件和組件的氧化程度，延長了使用壽命?！　?1)變壓器油的性能。運行中的變壓器油除必須具有穩(wěn)定優(yōu)良的絕緣性能和導熱性能　　以外，需具有的性質標準如表1—1所示。 　　其中絕緣強度tg粘度、凝點和酸價等是絕緣油的主要性質指標。 　　從石油中提煉制取的絕緣油是各種烴、樹脂、酸和其他雜質的混合物，其性質不都是穩(wěn)定的，在溫度、電場及光合作用等影響下會不斷地氧化。正常情況下絕緣油的氧化過程進行得很緩慢，如果維護得當甚至使用20年還可保持應有的質量而不老化，但混入油中的金屬、雜質、氣體等會加速氧化的發(fā)展，使油質變壞，顏色變深，透明度渾濁，所含水分、酸價、灰分增加等，使油的性質劣化。 (2)變壓器油劣化的原因?！　∽儔浩饔唾|變壞，按輕重程度可分為污染和劣化兩個階段。　　污染是油中混入水分和雜質，這些不是油氧化的產物，污染油的絕緣性能會變壞，擊穿電場強度降低，介質損失角增大?！　×踊怯脱趸蟮慕Y果，當然這種氧化并不僅指純凈油中烴類的氧化，而是存在于油中雜質將加速氧化過程，特別是銅、鐵、鋁金屬粉屑等?！　⊙鮼碓从谧儔浩鲀鹊目諝猓词乖谌芊獾淖儔浩鲀炔咳杂腥莘e為0．25％左右的氧存在，氧的溶解度較高，因此在油中溶解的氣體中占有較高的比率?！　∽儔浩饔脱趸瘯r，作為催化劑的水分及加速劑的熱量，使變壓器油生成油泥，其影響主要表現(xiàn)在：在電場的作用下沉淀物粒子大；雜質沉淀集中在電場最強的區(qū)域，對變壓器的絕緣形成導電的“橋”；沉淀物并不均勻而是形成分離的細長條，同時可能按電力線方向排列，這樣無疑妨礙了散熱，加速了絕緣材料老化，并導致絕緣電阻降低和絕緣水平下降。 (3)變壓器油劣化的過程?！　∮驮诹踊^程中主要階段的生成物有過氧化物、酸類、醇類、酮類和油泥?！　≡缙诹踊A段。油中生成的過氧化物與絕緣纖維材料反應生成氧化纖維素，使絕緣纖維機械強度變差，造成脆化和絕緣收縮。生成的酸類是一種粘液狀的脂肪酸，盡管腐蝕性沒有礦物酸那么強，但其增長速率及對有機絕緣材料的影響是很大的?！　『笃诹踊A段。是生成油泥，當酸侵蝕銅、鐵、絕緣漆等材料時，反應生成油泥，是一種粘稠而類似瀝青的聚合型導電物質，它能適度溶解于油中，在電場的作用下生成速度很快，粘附在絕緣材料或變壓器箱殼邊緣，沉積在油管及冷卻器散熱片等處，使變壓器工作溫度升高，耐電強度下降?！　∮偷难趸^程是由兩個主要反應條件構成的，其一是變壓器中酸價過高，油呈酸性。其二是溶于油中的氧化物轉變成不溶于油的化合物，從而逐步使變壓器油質劣化。(4)變壓器油質分析、判斷利維護處理?！　?)絕緣油變質。包括它的物理和化學性能都發(fā)生變化，從而使其電性能變壞。通過測試絕緣油的酸值、界面張力、汕泥析出、水溶性酸值等項目，可判斷是否屬于該類缺陷，對絕緣油進行再生處理，可能消除油變質的產物，但處理過程中也可能去掉了天然抗氧劑?！　?)絕緣油進水受潮，由于水是強極性物質。在電場的作用下易電離分解，而增加了絕緣油的電導電流，因此，微量的水分可使絕緣油介質損耗顯著增加。通過測試絕緣油的微水，叮判斷是否屬于該類缺陷。對絕緣油進行壓力式真空濾油，一般能消除水分?！　?)絕緣油感染微生物細菌。例如在主變壓器安裝或吊芯時，附在絕緣件表面的昆蟲和安裝人員殘留的閂：漬等都有可能攜帶細菌，從而感染了絕緣油：或者絕緣油本身已感染微生物。主變壓器—般運行在40—80℃的環(huán)境下，非常有利于這些微生物的生長、繁殖。由于微生物及其排泄物中的礦物質、蛋白質的絕緣性能遠遠低于絕緣油，從而使得絕緣油介損升高。這種缺陷采用現(xiàn)場循環(huán)處理的方法很難處理好，因為無論如何處理，始終有一部分微生物殘留在絕緣固體上。處理后，短期內主變壓器絕緣會有所恢復，但由于主變壓器運行環(huán)境非常有利于微生物的生長、繁殖，這些殘留微生物還會逐年生長繁殖，從而使某些主變壓器絕緣逐年下降；　　4)含有極性物質的醇酸樹脂絕緣漆溶解在油中。在電場的作用下，極性物質會發(fā)生偶極松弛極化，在交流極化過程中要消耗能量，所以使油的介質損耗上升。雖然絕緣漆在出廠前經過固化處理，但仍可能存在處理不徹底的情況。主變壓器運行一段時間后，處理不徹底的絕緣漆逐漸溶解在油中，使之絕緣性能逐漸下降。該類缺陷發(fā)生的時間與絕緣漆處理的徹底程度有關，通過一兩次吸附處理可取得一定的效果?！　?)油中只混有水分和雜質。這種污染情況并不改變油的基本性質。對于水分可用干燥的辦法加以排除；對于雜質可用過濾的辦法加以清除；油中的空氣可通過抽真空的辦法加以排除?！　?)兩種及兩種以上不同來源的絕緣汕混合使用。油的性質應符合相關規(guī)定；油的比重相同、凝固溫度相同、粘度相同、閃點相近；且混合后油的安定度也符合要求。對于混油后劣化的油，由于油質已變，產生了酸性物質和油泥，閩此需用油再生的化學方法將劣化產物分離出來，才能恢復其性質。 3．干式樹脂變壓器的絕緣與特性　　干式變壓器(這里指環(huán)氧樹脂絕緣的變壓器) 主要使用在具有較高防火要求的場所。如高層建筑、機場、油庫等。　　(1)樹脂絕緣的類型。環(huán)氧樹指絕緣的變壓器根據(jù)制造工藝特點可分為環(huán)氧石英砂混合料真空澆注型、環(huán)氧無堿玻璃纖維補強真空壓差澆注型和無堿玻璃纖維繞包浸漬型三種?！　?)環(huán)氧石英砂混合料真空澆注絕緣。這類變壓器是以石英砂為環(huán)氧樹脂的填充料，將經絕緣漆浸漬處理繞包好的線圈，放人線圈澆注模內，在真空條件下再用環(huán)氧樹脂與石英砂的混合料滴灌澆注。由于澆注工藝難以滿足質量要求，如殘存的氣泡、混合料的局部不均勻及可能導致局部熱應力開裂等，這樣絕緣的變壓器不宜用于濕熱環(huán)境和負荷變化較大的區(qū)域?！　?)環(huán)氧無堿玻璃纖維補強真空壓差澆注絕緣。環(huán)氧無堿玻璃纖維補強是用無堿玻璃短纖維玻璃氈為繞組層間絕緣的外層繞包絕緣。其最外層的絕緣繞包厚度一般為1～3m的薄絕緣，經環(huán)氧樹脂澆注料配比進行混合，并在高真空下除去氣泡澆注，由于繞包絕緣的厚度較薄，當浸漬不良時易形成局部放電點，因此要求澆注料的混合要完全，真空除氣泡要徹底，并掌握好澆注料的低粘度和澆注速度，以保證澆注過程中對線包浸漬的高質量。　　3)無堿玻璃纖維繞包浸漬絕緣。無堿玻璃纖維繞包浸漬的變壓器是在繞制變壓器線圈的同時，完成線圈層間絕緣處理和線圈浸漬的，它不需要上述兩種方式浸漬過程中的繞組成型模具，但要求樹脂粘度小，在線圈繞制和浸漬的過程中樹脂不應殘留微小氣泡。　　 (2)樹脂變壓器的絕緣特點及維護。　　樹脂變壓器的絕緣水平與油浸變壓器相差并不顯著，關鍵在于樹脂變壓器溫升和局部放電這兩項指標上?！　?1)樹脂變壓器的平均溫升水平比油浸變壓器高，因此，相應要求絕緣材料耐熱的等級更高，但由于變壓器的平均溫升并不反映繞組中最熱點部位的溫度，當絕緣材料的耐熱等級僅按平均溫升選擇，或選配不當，或樹脂變壓器長期過負荷運行，就會影響變壓器的使用壽命。由于變壓器測量的溫升往往不能反映變壓器最熱點部位的溫度，因此，有條件時最好能在變壓器最大負荷運行下，用紅外測溫儀檢查樹脂變壓器的最熱點部位，并有針對性地調整風扇冷卻設備的方向和角度，控制變壓器局部溫升，保證變壓器的安全運行?！　?2)樹脂變壓器局部放電量的大小與變壓器的電場分布、樹脂混合均勻度及是否殘存氣泡或樹脂開裂等因素有關，局部放電量的大小影響樹脂變壓器的性能、質量及使用壽命。因此，對樹脂變壓器進行局部放電量的測量、驗收，是對其工藝、質量的綜合考核，在對樹脂變壓器交接驗收及大修后應進行局部放電的測量試驗，并根據(jù)局部放電是否變化，來評價其質量和性能的穩(wěn)定性?！　‰S著干式變壓器越來越廣泛的應用，在選擇變壓器的同時，應對其工藝結構、絕緣設計、絕緣配置了解清楚，選擇生產工藝及質量保證體系完善、生產管理嚴格，技術性能可靠的產品，確保變壓器的產品質量和耐熱壽命，才能提高變壓器的安全運行和供電可靠性。4．影響變壓器絕緣故障的主要因素　　影響變壓器絕緣性能的主要因素有：溫度、濕度、油保護方式和過電壓影響等。　　(1)溫度的影響。電力變壓器為油、紙絕緣，在不同溫度下油、紙中含水量有著不同的平衡關系曲線。一般情況下，溫度升高，紙內水分要向泊中析出；反之，則紙要吸收油中水分。因此，當溫度較高時，變壓器內絕緣油的微水含量較大；反之，微水含量就小。　　溫度不同時，使纖維素解環(huán)、斷鏈并伴隨氣體產生的程度有所不同。在一定溫度下，CO和CO2的產生速度恒定，即油中CO和C02氣體含量隨時間呈線性關系。在溫度不斷升高時，CO和CO2的產生速率往往呈指數(shù)規(guī)律增大。因此，油中CO和CO2的含量與絕緣紙熱老化有著直接的關系，并可將含量變化作為密封變壓器中紙層有無異常的判據(jù)之一。　　變壓器的壽命取決于絕緣的老化程度，而絕緣的老化又取決于運行的溫度。如油浸變壓器在額定負載下，繞組平均溫升為65℃，最熱點溫升為78℃，若平均環(huán)境溫度為20C，則最熱點溫度為98℃；在這個溫度下，變壓器可運行20—30年，若變壓器超載運行，溫度升高，促使壽命縮短?！　H電工委員會(1EC)認為A級絕緣的變壓器在80～140C溫度范圍內，溫度每增加6℃，變壓器絕緣有效壽命降低的速度就會增加一倍，這就是6℃法則，說明對熱的限制已比過去認可的8℃法則更為嚴格?！　?2)濕度的影響。水分的存在將加速紙纖維素降解。因此，CO和叫的產生與纖維素材料的含水量也有關。當濕度一定時，含水量越高，分解出的CO2越多。反之，含水量越低，分解出的CO就越多?！　〗^緣油中的微量水分是影響絕緣特性的重要因素之一。絕緣油中微量水分的存在，對絕緣介質的電氣性能與理化性能都有極大的危害，水分可導致絕緣油的火花放電電壓降低，介質損耗因數(shù)tg8增大，促進絕緣油老化，絕緣性能劣化。而設備受潮，不僅導致電力設備的運行可靠性和壽命降低，更可能導致設備損壞甚至危及人身安全。圖1—4水分對油火花放電電壓的影響 圖1—5水分對油介質損耗因數(shù)tg8的影響　　(3)油保護方式的影響。變壓器油中氧的作用會加速絕緣分解反應，而含氧量與油保護方式有關。另外，池保護方式不同，使CO和CO2在油中解和擴散狀況不同。如CO的溶解小，使開放式變壓器CO易擴散至油面空間，因此，開放式變壓器一般情況CO的體積分數(shù)不大于300x106。密封式變壓器，由于油面與空氣絕緣，使CO和CO2不易揮發(fā)，所以其含量較高。含水量（％）圖1—6 水分對油浸紙擊穿電壓的影響　　(4)過電壓的影響。　　1)暫態(tài)過電壓的影響。三相變壓器正常運行產生的相、地間電壓是相間電壓的58％，但發(fā)生單相故障時主絕緣的電壓對中性點接地系統(tǒng)將增加30％，對中性點不接地系統(tǒng)將增加73％，因而可能損傷絕緣?！　?)雷電過電壓的影響。雷電過電壓由于波頭陡，引起縱絕緣(匝問、并間、絕緣)上電壓分布很不均勻，可能在絕緣上留下放電痕跡，從而使固體絕緣受到破壞?！　?)操作過電壓的影響。由于操作過電壓的波頭相當平緩，所以電壓分布近似線性，操作過電壓波由一個繞組轉移到另一個繞組上時，約與這兩個繞組間的匝數(shù)成正比，從而容易造成主絕緣或相間絕緣的劣化和損壞。　　(5)短路電動力的影響。出口短路時的電動力可能會使變壓器繞組變形、引線移位，從而改變了原有的絕緣距離，使絕緣發(fā)熱，加速老化或受到損傷造成放電、拉弧及短路故障?！　【C上所述，掌握電力變壓器的絕緣性能及合理的運行維護，直接影響到變壓器的安全運行、使用壽命和供電可靠性，電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要而關鍵的主設備，作為變壓器的運行維護人員和管理者必須了解和掌握電力變壓器的絕緣結構、材料性能、工藝質量、維護方法及科學的診斷技術，并進行優(yōu)化合理的運行管理，才能保證電力變壓器的使用效率、壽命和供電可靠性。第二章 變壓器故障檢測　　變壓器故障的檢測技術是準確診斷故障的主要手段，根據(jù)DL／T596—1996電力設備預防性試驗規(guī)程規(guī)定的試驗項目及試驗順序，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、絕緣介質損失角正切檢測、油質檢測、局部放電檢測及絕緣耐壓試驗等?！　≡谧儔浩鞴收显\斷中應綜合各種有效的檢測手段和方法，對得到的各種檢測結果要進行綜合分析和評判。因為不可能具有一種包羅萬象的檢測方法，也不可能存在一種面面俱到的檢測儀器，只有通過各種有效的途徑和利用各種有效的技術手段，包括離線檢測的方法、在線檢測的方法；包括電氣檢測、化學檢測、甚至超聲波檢測、紅外成像檢測等等，只要是有效的，在可能條件下都應該進行相互補充、驗證和綜合分析判斷，才能取得較好的故障診斷效果。第一節(jié) 變壓器故障的油中氣體色譜檢測　　目前，在變壓器故障診斷中，單靠電氣試驗方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷，而通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學檢測的方法，對發(fā)現(xiàn)變壓器內部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實踐所證明?！　∮蜕V分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產生速率隨溫度而變化，在特定溫度下，往往有某一種氣體的產氣率會出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產氣率最大的氣體依次為CHC2HC2HC2H2。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應的關系。而局部過熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產生故障特征氣體的主要原因?！　∽儔浩髟谡＿\行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化、變質，并分解出極少量的氣體(主要包括氫H甲烷CH乙烷C2H乙烯C2H乙炔C2H一氧化碳CO、二氧化碳CO2等多種氣體)。當變壓器內部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內部絕緣受潮時，這些氣體的含量會迅速增加?！　∵@些氣體大部分溶解在絕緣油中，少部分上升至絕緣油的表面，并進入氣體繼電器。經驗證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質及程度直接有關。因此在設備運行過程中，定期測量溶解于油中的氣體成分和含量，對于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設備內部存在的潛伏性故障有非常重要的意義和現(xiàn)實的成效，在1997年頒布執(zhí)行的電力設備預防性試驗規(guī)程中，已將變壓器油的氣體色譜分析放到了首要的位置，并通過近些年的普遍推廣應用和經驗積累取得了顯著的成效?！　‰娏ψ儔浩鞯膬炔抗收现饕羞^熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關資料介紹，在對359臺故障變壓器的統(tǒng)計表明：過熱性故障占63％；高能量放電故障占18．1％；過熱兼高能量放電故障占10％；火花放電故障占7％；受潮或局部放電故障占1．9％。而在過熱性故障中，分接開關接觸不良占50％；鐵心多點接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33％；導線過熱和接頭不良或緊固件松動引起過熱約占14．4％；其余2．1％為其他故障，如硅膠