【正文】 集理論的觀點(diǎn) , 羅杰斯比值法的故障診斷表也是一張決策表。 變壓器故障綜合檢測(cè)方法 羅杰斯比值法 羅杰斯比值法是利用 CH H C2H C2H6 和 C2H4 等 5 種氣體間的4 對(duì)比值來判斷變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的方法 , 經(jīng)實(shí)踐表明 , 具有所需油樣少、分析速度快的優(yōu)點(diǎn) , 是變壓器故障診斷的一個(gè)有效方法。 紅外吸收光譜法 利用紅外光譜法還可以對(duì)變壓器油析出氣體的單一組分或混合物中各組分進(jìn)行定量分析，尤其是對(duì)于一些較難分離，并在紫外、可見光區(qū)找不到明顯 特征峰的樣品可方便、迅速地完成定量分析。油色譜在線監(jiān)測(cè)雖然已經(jīng)很普遍地被 運(yùn)用，但也有許多缺點(diǎn)：首先，氣體傳感器對(duì)所監(jiān)測(cè)各種氣體均敏感，準(zhǔn)確度不高，目前國內(nèi)的產(chǎn)品準(zhǔn)確度都達(dá)不到 25%。因此，分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。 變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè) 在變壓器運(yùn)行中， 絕緣油和有機(jī)絕緣材料在放電和過熱作用下，會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量低分子烴類氣體如氫氣（ H2）、甲烷（ CH4）、乙烯（ C2H4）、乙烷（ C2H6）、乙炔（ C2H2）及二氧化碳（ CO2）和一氧化碳（ CO）等特征氣體，并大量溶解在油中。 絕緣介質(zhì)老化往往反映在絕緣介質(zhì)在交變電場(chǎng)的使用下，其極化過程發(fā)生了改變，非彈性極化增強(qiáng) ,使極化過程中的有功損耗增加，使絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗率增大。電力變壓器的絕緣基本上可以分為二種：液體絕緣和固體絕緣。這類光纖傳感器易實(shí)現(xiàn)，但是測(cè)量精度和靈敏度較低。該類傳感器利用光纖本身的傳輸特性（光強(qiáng)、波長、相位和頻率等）受被測(cè)量物的作用而發(fā)生變化，即被調(diào)制，在輸出端通過合適的解調(diào)而測(cè)量被測(cè)量物，能測(cè)量作用于光纖的微弱信號(hào)。 利用光纖傳輸光波的特性和外加光源以及光敏元件可以構(gòu)成兩種類型的光纖傳感器，即功能型光纖傳感器 和非功能型光纖傳感器。 將三比值法與磁回路過熱判據(jù)結(jié)合使用來判斷磁回路與導(dǎo)電回路的過熱性故障。因此，根據(jù)《電力系統(tǒng)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》及導(dǎo)則，通過分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢(shì)、IEC 三比值法 來判斷變壓器是否存在內(nèi)部潛伏性故障及故障的性質(zhì)。涉及固體絕緣的過熱性故障時(shí)， 除產(chǎn)生上述的低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生較多的 CO、CO2。隨著熱點(diǎn)溫度的升高 ( 500e 以上 ) ，乙烯、氫組分急劇增加，比例增大。油中溶解氣體以 CH4 和 C2H4 為特征氣體，二者之和常占總烴的 80%以上。其中碳的氧化物 ( CO、 CO2) 成分最多，其次是氫和烴類氣體。在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，外界對(duì)變壓器油的理化作用不同，產(chǎn)生的氣體的成分和含量也不相同。 變壓器內(nèi)部局部過熱的檢測(cè) 局部過熱故障包括接點(diǎn)接觸不良、磁路故障、導(dǎo)體故障等。 另外，因?yàn)槌暡▊鞲衅魍ǔｎl帶為 30～ 200 kHz。 超聲波監(jiān)測(cè)法有靈敏度高，能對(duì)局放源定位等優(yōu)點(diǎn)。 超聲波監(jiān)測(cè) PD，首先要在變壓器箱壁上的不同位置安放多個(gè)超聲波傳感器。因此，一旦能設(shè)法截取到這種超聲波，就可以判斷是否有局部放電的發(fā)生，進(jìn)而可以對(duì)局部放電位置進(jìn)行定位。甚高頻法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)放電量的校準(zhǔn)比較可靠。由于甚高頻法會(huì)受到一些電暈干擾的影響，所以，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)不使用外置傳感器，而只采用內(nèi)置傳感器來獲取 PD 信號(hào)。 甚高頻法 甚高 頻法與 UHF 法類似，它檢測(cè)信號(hào)的頻率范圍在 30～ 300 MHz。 超高頻檢測(cè)法 超高頻局放檢測(cè)通過檢測(cè)變壓器內(nèi)部局放產(chǎn)生的超高頻 (300～ 3 000 MHz) 電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)和定位， UHF 法和脈沖電流法不同，脈沖電流法的頻率測(cè)量范圍一般不超過 1 MHz， UHF 法的頻率范圍為 300～ 3 000 MHz[3]。但對(duì)于三相變壓器而言，該測(cè)試系統(tǒng)得到的信號(hào)是三相局放量的總和，無法進(jìn)行分辨，信號(hào)容易受外界干擾。 射頻檢測(cè)法 利用羅哥夫斯基線圈從電氣設(shè)備的中性點(diǎn)處測(cè)取信號(hào)，測(cè)量的信號(hào)頻率可達(dá)30 MHz，提高了局放的測(cè)量頻率。 電脈沖法 電脈沖法又稱脈沖電流法，通過檢測(cè)阻 抗、變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線及繞組中由于局放引起的脈沖電流， 獲得視在放電量。雖然在實(shí)驗(yàn)室中利用光測(cè)法來分析局放特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低， 在實(shí)際中并未直接使用。 光測(cè)法 光測(cè)法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)。通常采用的超聲傳感器為壓電傳感器，為避開鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲，選用的頻率范圍為 70～ 150 kHz 。電力變壓器 的潛伏性故障一般有三種：即變壓器內(nèi)部的局部放電、局部過熱和變壓器絕緣的老化。如雷擊、誤操作、負(fù)荷突變等。 第三章 電力變壓器的故障檢測(cè)方法和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體功能 電力變壓器故障從發(fā)展過程上可分為兩大類：即突發(fā)性故障和潛伏性故障。因?yàn)?，變壓器的?nèi)部故障不僅是單一方面的直觀反映， 它涉及諸多因素，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)假象。變壓器箱蓋上落異物，如大風(fēng)將樹枝吹落在箱蓋時(shí)引起套管放電或相間短路。 套管閃絡(luò) 變壓器套管積垢，在大霧或小雨時(shí)造成污閃，使變壓器高壓側(cè)單相接地或相間短路。 (2) 斷線產(chǎn)生電?。壕€組導(dǎo)線焊接不良、引線連接松動(dòng)等因素在大電流沖擊下可能造成斷線，斷點(diǎn)處產(chǎn)生高溫電弧使油氣化促使內(nèi)部壓力增高。 噴油爆炸 噴油爆炸的原 因是變壓器內(nèi)部的故障短路電流和高溫電弧使變壓器油迅速老化，而繼電保護(hù)裝置又未能及時(shí)切斷電源，使故障較長時(shí)間持續(xù)存在，使箱體內(nèi)部壓力持續(xù)增長，高壓的油氣從防爆管或箱體其它強(qiáng)度薄弱之處噴出形成事故。 引起溫度異常升高的原因有： ①變壓器匝間、層間、股間短路； ②變壓器鐵芯局部短路； ③因漏磁或渦流引起油箱、箱蓋等發(fā)熱； ④長期過負(fù)荷運(yùn)行，事故過負(fù)荷； ⑤散熱條件惡化等。 (5) 音響中夾有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊或摩擦聲時(shí)，可能是變壓器某些部件因鐵芯振動(dòng)而造成機(jī)械接觸，或者是因?yàn)殪o電放電引起的異常響聲，而各種測(cè)量表計(jì)指示和溫度均無反應(yīng)，這類響聲雖然異常，但對(duì)運(yùn)行無大危害，不必立即停止運(yùn)行，可在計(jì)劃檢修時(shí)予以排除 。如果是套管的問題，在氣候惡劣或夜間時(shí)，還可見到電暈輝光或藍(lán)色、紫色的小火花，此時(shí)，應(yīng)清理套管表面的臟污，再涂上硅油或硅脂等涂料。這時(shí)，應(yīng)將變壓器停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。此時(shí)，應(yīng)立即停止變壓器運(yùn)行，進(jìn)行檢修。 (2) 音響中夾有水的沸騰聲，發(fā)出 咕嚕咕嚕 的氣泡逸出聲，可能是繞組有較嚴(yán)重的故障，使其附近的零件嚴(yán)重發(fā)熱使油氣化。 異常響聲 (1) 音響 較大而嘈雜時(shí)，可能是變壓器鐵芯的問題。在沒有查清原因之前， 嚴(yán)禁將變壓器投入運(yùn)行。 變壓器自動(dòng)跳閘故障及處理 當(dāng)變壓器各側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘后， 應(yīng)先將跳閘斷路器的控制開關(guān)操作至跳閘后的位 置， 并迅速投入備用變壓器， 調(diào)整運(yùn)行方式和負(fù)荷分配， 維持運(yùn)行系統(tǒng)及其設(shè)備處于正常狀態(tài)，然后進(jìn)行外部檢查，查明引起跳閘的原因。如果發(fā)生匝間短路， 就會(huì)使各相直流電阻表現(xiàn)不平衡，導(dǎo)致電源側(cè)電流略有增大， 變壓器過熱， 油溫增高，甚至?xí)忻芭萋?. 匝間短路較輕時(shí)，可引起瓦斯保護(hù)動(dòng)作；嚴(yán)重時(shí)，可能造成電源側(cè)過流保護(hù)或者差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。 變壓器帶電部分對(duì)地短路的主要原因是變壓器長期過負(fù)荷運(yùn)行， 絕緣老化， 變壓器油變質(zhì)、內(nèi)部絕緣有缺陷而使局部放電逐步加大， 熱穩(wěn)定失衡或局部電擊穿等。 變壓器短路故障、原因及處理 變壓器短路故障主要有 : 變壓器出口短路， 變壓器內(nèi)部引線或繞組間對(duì)地短路、相間短路等。 如果油溫發(fā)生變化時(shí)，起油標(biāo)的油位沒有跟隨變化，說明油位是假的， 其原因可能是由于油標(biāo)管堵塞、防爆管通氣孔堵塞、呼吸管堵塞等。 引起油位過低的原因主要有：環(huán)境溫度過低、殼體滲油、變壓器放油后沒有及時(shí)補(bǔ)油等。 因此，在裝油時(shí)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁剡x擇注油的合適高度。 ( 4) 變壓器油位異常 正常運(yùn)行時(shí)，變壓器油位應(yīng)在油位計(jì)的 1/ 3~1/ 4 處。正常老化過程中產(chǎn)生的氣體主要是 CO 和 CO2， 如果油質(zhì)異常，在電或熱的作用下會(huì)產(chǎn)生各種氣體。 主要原因可能是由于變壓器在使用過程中，油溫經(jīng)常過熱、使用時(shí)間過長、運(yùn)行時(shí)侵入潮氣或漏進(jìn)雨水等。 ( 3) 變壓器油質(zhì)異常 新投入運(yùn)行的變壓器， 其油質(zhì)應(yīng)為淺黃色，運(yùn)行一段時(shí)間后， 逐漸變成淺紅色。 排除故障時(shí)， 首先要檢查冷卻裝置運(yùn)行是否正常， 變壓器是否過負(fù)荷。 ( 2) 變壓器油溫異常 變壓器正常工作時(shí)，上層油溫應(yīng)控制在 85 e 以下。檢修時(shí)如發(fā)現(xiàn)異物， 應(yīng)先取出異物再壓緊。因此， 在購買或檢修更換密封膠墊時(shí)，應(yīng)選擇耐油性、耐高溫、抗老化能力強(qiáng)的密封墊， 如丁腈橡膠、氟橡膠等。對(duì)于拐角及加強(qiáng)筋連接處的滲油或者補(bǔ)焊后仍滲漏的， 則需要使用鐵板在兩面連接處將鐵板裁成紡錘狀再補(bǔ)焊。 第二章 電力變壓器的常見故障類型及診斷 變壓器油故障原因及處理 ( 1) 變壓器滲油 變壓器質(zhì) 量問題造成滲油變壓器在制造過程中因鑄造、焊接質(zhì)量不合格，造成砂眼、氣孔、虛焊、脫焊等現(xiàn)象而使變壓器滲、漏油 . 這就需要加強(qiáng)出廠驗(yàn)收，防止制造缺陷。 本課題主要 研究以下內(nèi)容： 1． 總結(jié)電力變壓器的常見故障類型 2． 總結(jié)電力變壓器的故障檢測(cè)方法 4. 闡述了運(yùn)用光纖光柵傳感器技術(shù)的 優(yōu)勢(shì)； ，主要利用耦合模理論分析了均勻周期光纖布喇格光柵的傳輸特性，并研究了光纖布拉格光柵的溫度特性和應(yīng)變特性； 7. 分析了常用的分布式光纖光柵解調(diào)技術(shù)，并最終選用對(duì)強(qiáng)度波分復(fù)用解調(diào)法進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的在線監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一種雙通道分布式光纖光柵溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。每個(gè)傳感器的長度為幾厘米，直徑為幾毫米，傳感器之間采用自然連接，耦合器連接或者熔接均可，并且傳感器間距可以從一厘米到幾百米，易于安裝維護(hù)與系統(tǒng)拓展，但是它的不足之處主要是對(duì)波長移位的檢測(cè)需要較復(fù)雜的技術(shù)和較昂貴的儀器。而在國內(nèi)光纖光柵在高壓設(shè)備中的溫度檢測(cè)的應(yīng)用仍處于研發(fā)階段，缺乏國家權(quán)威標(biāo)準(zhǔn) , 制造工藝及質(zhì)量控制等方面都難以滿足市場(chǎng)及安裝要求，尚有許多關(guān)鍵技術(shù)和工藝問題需要進(jìn)一步研究和完善。 光纖光柵在高壓設(shè)備 溫度檢測(cè)中的應(yīng)用也在研究中，如德國西門子公司正在將光纖光柵傳感器用于氣冷渦輪發(fā)電機(jī)定子的溫度監(jiān)測(cè)中，光纖光柵經(jīng)過特殊的封裝，以保證在真空和 4179。由于光纖光柵對(duì)被感測(cè)信息用波長編碼，而波長是一種絕對(duì)參量，它不會(huì)受到光源功率波動(dòng)以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性。光纖光柵是 20 世紀(jì) 90 年代 發(fā)展起來的一種新型全光纖無源器件。對(duì)于變壓器內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)其定位誤差顯然較大，若提高其定位的精度就又會(huì)降低其對(duì)溫度的分辨率，所以這種溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在變壓器內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。目前研究最多，最有影響力的基于散射機(jī)理的分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)有基于光纖瑞利散射的光時(shí)域反射測(cè)量系統(tǒng)，基于光纖喇曼散射的光時(shí)域反射測(cè)量系統(tǒng)和基于光纖布里淵散射的光時(shí)域反射測(cè)量系統(tǒng)。 要獲得一定跨度范圍的整個(gè)溫度信息，使用單點(diǎn)移動(dòng)式或由多個(gè)單點(diǎn)組成的準(zhǔn)分布式傳感方式既浪費(fèi)資源又在布線上造成很大的困難，這時(shí)若使用分布式光纖溫度傳感器顯然是最有效的方法。 上述兩種測(cè)溫系 統(tǒng)原理簡單，對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)比較容易實(shí)現(xiàn)，均為單點(diǎn)式測(cè)量，但是由于其原理上的限制，不能進(jìn)行光路復(fù)用，如果要測(cè)量多個(gè)不同位置，則每個(gè)位置都需要引出光纖。這種溫度傳感器對(duì)變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)在上世紀(jì)八十年 代就有應(yīng)用，典型產(chǎn)品是美國 Luxtron 公司研制的 WTS11 型變壓器繞組溫度光纖熒光型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能在 0~200 ℃范圍內(nèi)，達(dá)到 1 ℃的測(cè)溫分辨率，最快能每 10 s 測(cè)量一次，光纖長度帶探頭光纖最長可達(dá)到 10 m，能廣泛應(yīng)用在電力變壓器，負(fù)載的抽頭轉(zhuǎn)換開關(guān)，高壓開關(guān)柜母線溫度和母線開關(guān)的監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。 熒光光纖測(cè)溫技術(shù)也是近年來光纖測(cè)溫領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。這種傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低廉且便于制作，其主要缺點(diǎn)是這種技術(shù)對(duì)光強(qiáng)度的改變比較敏感，測(cè)量前需要對(duì)光強(qiáng)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定 。 國外已嘗試?yán)冒雽?dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)大型電力設(shè)備的溫度狀況進(jìn)行檢測(cè)，而且取得了較好的效果。 利用半導(dǎo)體材料的光吸收與溫度的關(guān)系，可以制成半導(dǎo)體透射式和反射式光纖溫度傳感器。這些類型的光纖傳感技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，傳感器的形式也種類繁多，就目前來看用于電力變壓器內(nèi)部溫度測(cè)量的光纖傳感系統(tǒng)還不是太多。由于在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)確定繞組熱點(diǎn)具有很高的準(zhǔn)確性， 本研究介紹的變壓器在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過傳感器采集不同點(diǎn)的油溫，經(jīng)上位機(jī)智能系統(tǒng)的分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油的熱點(diǎn)溫度。過去一般采用間接的模擬測(cè)量方法，準(zhǔn)確性差，而且不及時(shí)。 背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外油浸式變壓器在線監(jiān)測(cè)的范圍很廣，主要包括： ( 1) 利用光纖傳感器監(jiān)測(cè) 變壓器的過熱故障 , 并通過計(jì)算實(shí)時(shí)顯示變壓器各熱點(diǎn)的運(yùn)行溫度；