【正文】 章 變壓器故障檢測(cè)　　變壓器故障的檢測(cè)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)程規(guī)定的試驗(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(cè)、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測(cè)、絕緣介質(zhì)損失角正切檢測(cè)、油質(zhì)檢測(cè)、局部放電檢測(cè)及絕緣耐壓試驗(yàn)等。出口短路時(shí)的電動(dòng)力可能會(huì)使變壓器繞組變形、引線(xiàn)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。由于操作過(guò)電壓的波頭相當(dāng)平緩，所以電壓分布近似線(xiàn)性，操作過(guò)電壓波由一個(gè)繞組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)繞組上時(shí)，約與這兩個(gè)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。雷電過(guò)電壓由于波頭陡，引起縱絕緣(匝問(wèn)、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。三相變壓器正常運(yùn)行產(chǎn)生的相、地間電壓是相間電壓的58％，但發(fā)生單相故障時(shí)主絕緣的電壓對(duì)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)將增加30％，對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)將增加73％，因而可能損傷絕緣。 水分對(duì)油浸紙擊穿電壓的影響　　(4)過(guò)電壓的影響。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。另外，池保護(hù)方式不同，使CO和CO2在油中解和擴(kuò)散狀況不同。 圖1—5水分對(duì)油介質(zhì)損耗因數(shù)tg8的影響　　(3)油保護(hù)方式的影響。而設(shè)備受潮，不僅導(dǎo)致電力設(shè)備的運(yùn)行可靠性和壽命降低，更可能導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至危及人身安全?！　〗^緣油中的微量水分是影響絕緣特性的重要因素之一。當(dāng)濕度一定時(shí)，含水量越高，分解出的CO2越多。水分的存在將加速紙纖維素降解?！　?guó)際電工委員會(huì)(1EC)認(rèn)為A級(jí)絕緣的變壓器在80～140C溫度范圍內(nèi)，溫度每增加6℃，變壓器絕緣有效壽命降低的速度就會(huì)增加一倍，這就是6℃法則，說(shuō)明對(duì)熱的限制已比過(guò)去認(rèn)可的8℃法則更為嚴(yán)格。　　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(yùn)行的溫度。在溫度不斷升高時(shí)，CO和CO2的產(chǎn)生速率往往呈指數(shù)規(guī)律增大。　　溫度不同時(shí)，使纖維素解環(huán)、斷鏈并伴隨氣體產(chǎn)生的程度有所不同。一般情況下，溫度升高，紙內(nèi)水分要向泊中析出；反之，則紙要吸收油中水分?！　?1)溫度的影響?！　‰S著干式變壓器越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在選擇變壓器的同時(shí)，應(yīng)對(duì)其工藝結(jié)構(gòu)、絕緣設(shè)計(jì)、絕緣配置了解清楚，選擇生產(chǎn)工藝及質(zhì)量保證體系完善、生產(chǎn)管理嚴(yán)格，技術(shù)性能可靠的產(chǎn)品，確保變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量和耐熱壽命，才能提高變壓器的安全運(yùn)行和供電可靠性。　　 2)樹(shù)脂變壓器局部放電量的大小與變壓器的電場(chǎng)分布、樹(shù)脂混合均勻度及是否殘存氣泡或樹(shù)脂開(kāi)裂等因素有關(guān)，局部放電量的大小影響樹(shù)脂變壓器的性能、質(zhì)量及使用壽命。　　 1)樹(shù)脂變壓器的平均溫升水平比油浸變壓器高，因此，相應(yīng)要求絕緣材料耐熱的等級(jí)更高，但由于變壓器的平均溫升并不反映繞組中最熱點(diǎn)部位的溫度，當(dāng)絕緣材料的耐熱等級(jí)僅按平均溫升選擇，或選配不當(dāng)，或樹(shù)脂變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，就會(huì)影響變壓器的使用壽命?！　?)無(wú)堿玻璃纖維繞包浸漬絕緣。其最外層的絕緣繞包厚度一般為1～3m的薄絕緣，經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂澆注料配比進(jìn)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(dāng)浸漬不良時(shí)易形成局部放電點(diǎn)，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(guò)程中對(duì)線(xiàn)包浸漬的高質(zhì)量。2)環(huán)氧無(wú)堿玻璃纖維補(bǔ)強(qiáng)真空壓差澆注絕緣。由于澆注工藝難以滿(mǎn)足質(zhì)量要求，如殘存的氣泡、混合料的局部不均勻及可能導(dǎo)致局部熱應(yīng)力開(kāi)裂等，這樣絕緣的變壓器不宜用于濕熱環(huán)境和負(fù)荷變化較大的區(qū)域?！　?)環(huán)氧石英砂混合料真空澆注絕緣。(1)樹(shù)脂絕緣的類(lèi)型。如高層建筑、機(jī)場(chǎng)、油庫(kù)等。油的性質(zhì)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定；油的比重相同、凝固溫度相同、粘度相同、閃點(diǎn)相近；且混合后油的安定度也符合要求。　　這種污染情況并不改變油的基本性質(zhì)?！　≈髯儔浩鬟\(yùn)行一段時(shí)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。在電場(chǎng)的作用下，極性物質(zhì)會(huì)發(fā)生偶極松弛極化，在交流極化過(guò)程中要消耗能量，所以使油的介質(zhì)損耗上升。處理后，短期內(nèi)主變壓器絕緣會(huì)有所恢復(fù)，但由于主變壓器運(yùn)行環(huán)境非常有利于微生物的生長(zhǎng)、繁殖，這些殘留微生物還會(huì)逐年生長(zhǎng)繁殖，從而使某些主變壓器絕緣逐年下降；　　由于微生物及其排泄物中的礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)的絕緣性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于絕緣油，從而使得絕緣油介損升高。主變壓器—3)絕緣油感染微生物細(xì)菌。對(duì)絕緣油進(jìn)行壓力式真空濾油，一般能消除水分。在電場(chǎng)的作用下易電離分解，而增加了絕緣油的電導(dǎo)電流，因此，微量的水分可使絕緣油介質(zhì)損耗顯著增加?！　“ㄋ奈锢砗突瘜W(xué)性能都發(fā)生變化，從而使其電性能變壞?！　∑涠侨苡谟椭械难趸镛D(zhuǎn)變成不溶于油的化合物，從而逐步使變壓器油質(zhì)劣化。是生成油泥，當(dāng)酸侵蝕銅、鐵、絕緣漆等材料時(shí)，反應(yīng)生成油泥，是一種粘稠而類(lèi)似瀝青的聚合型導(dǎo)電物質(zhì)，它能適度溶解于油中，在電場(chǎng)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(qiáng)度下降。生成的酸類(lèi)是一種粘液狀的脂肪酸，盡管腐蝕性沒(méi)有礦物酸那么強(qiáng)，但其增長(zhǎng)速率及對(duì)有機(jī)絕緣材料的影響是很大的。　　早期劣化階段。 (3)變壓器油劣化的過(guò)程?！　∽儔浩饔脱趸瘯r(shí)，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(chǎng)的作用下沉淀物粒子大；雜質(zhì)沉淀集中在電場(chǎng)最強(qiáng)的區(qū)域，對(duì)變壓器的絕緣形成導(dǎo)電的“橋”；沉淀物并不均勻而是形成分離的細(xì)長(zhǎng)條，同時(shí)可能按電力線(xiàn)方向排列，這樣無(wú)疑妨礙了散熱，加速了絕緣材料老化，并導(dǎo)致絕緣電阻降低和絕緣水平下降?！　×踊怯脱趸蟮慕Y(jié)果，當(dāng)然這種氧化并不僅指純凈油中烴類(lèi)的氧化，而是存在于油中雜質(zhì)將加速氧化過(guò)程，特別是銅、鐵、鋁金屬粉屑等?！　∽儔浩饔唾|(zhì)變壞，按輕重程度可分為污染和劣化兩個(gè)階段。 　　從石油中提煉制取的絕緣油是各種烴、樹(shù)脂、酸和其他雜質(zhì)的混合物，其性質(zhì)不都是穩(wěn)定的，在溫度、電場(chǎng)及光合作用等影響下會(huì)不斷地氧化。 　　其中絕緣強(qiáng)度tg粘度、凝點(diǎn)和酸價(jià)等是絕緣油的主要性質(zhì)指標(biāo)。運(yùn)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(dǎo)熱性能　　以外，需具有的性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表1—1所示。 2．液體油絕緣故障　　液體絕緣的油浸變壓器是1887年由美國(guó)科學(xué)家湯姆遜發(fā)明的，1892年被美國(guó)通用電氣公司等推廣應(yīng)用于電力變壓器，這里所指的液體絕緣即是變壓器油絕緣。纖維材料在脆化后收縮，使夾緊力降低，可能造成收縮移動(dòng)，使變壓器繞組在電磁振動(dòng)或沖擊電壓下移位摩擦而損傷絕緣。 2)纖維材料機(jī)械強(qiáng)度下降。由于紙材脆化剝落，在機(jī)械振動(dòng)、電動(dòng)應(yīng)力、操作波等沖擊力的影響下可能產(chǎn)生絕緣故障而形成電氣事故。 1)纖維脆裂。 (3)、紙纖維材料的劣化。還要防止油質(zhì)污染、劣化等造成纖維的加速老化，而損害變壓器的絕緣性能、使用壽命和安全運(yùn)行。　　判斷固體絕緣性能可以設(shè)法取樣測(cè)量紙或紙板的聚合度，或利用高效液相色譜分析技測(cè)量油中糠醛含量，以便于分析變壓器內(nèi)部存在故障時(shí)，是否涉及固體絕緣或是否存在引起線(xiàn)圈絕緣局部老化的低溫過(guò)熱，或判斷固體絕緣的老化程度。 　　1)耐張強(qiáng)度：要求紙纖維受到拉伸負(fù)荷時(shí)，具有能耐受而不被拉斷的最大應(yīng)力　　(2)、紙絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度。因此在變壓器制造和檢修中選擇好纖原料的絕緣紙材料是非常重要的。　　當(dāng)然，不同成分纖維材料的性質(zhì)及相同成分纖維材料的不同品質(zhì)，其影響大小及性能也不同，如棉花中纖維成分最高，大麻中纖維最結(jié)實(shí)，某些進(jìn)口絕緣紙板由于其處理加工好，使性能明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)某些材質(zhì)的紙板等。同時(shí)，紙被漆密封后，可減少紙對(duì)水分的吸收，阻止材料氧化，還町填充空隙，以減小可能影響絕緣性能、造成局部放電和電擊穿的氣泡。這樣也就影響了紙纖維的性能。纖維素由碳、氫和氧組成，這樣由于纖維素分子結(jié)構(gòu)中存在氫氧根，便存在形成水的潛在可能，使紙纖維有含水的特性。 (1)、紙纖維材料的性能。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的壽命，因此油浸變壓器固體絕緣材料，應(yīng)既具有良好的電絕緣性能和機(jī)械特性，而且長(zhǎng)年累月的運(yùn)行后，其性能下降較慢，即老化特性好。這些老化產(chǎn)物大都對(duì)電氣設(shè)備有害，會(huì)使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介損增大、抗拉強(qiáng)度下降，甚致腐蝕設(shè)備中的金屬材料。一般新紙的聚合度為1300左右，當(dāng)下降至250左右，其機(jī)械強(qiáng)度已下降了一半以上，極度老化致使壽命終止的聚合度為150～200。因此，保護(hù)變壓器的正常運(yùn)行和加強(qiáng)對(duì)絕緣系統(tǒng)的合理維護(hù)，很大程度上可以保證變壓器具有相對(duì)較長(zhǎng)的使用壽命，而預(yù)防性和預(yù)知性維護(hù)是提高變壓器使用壽命和提高供電可靠性的關(guān)鍵。國(guó)外根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)小型油浸配電變壓器的實(shí)際溫度持續(xù)在95℃時(shí)，理論壽命將可達(dá)400年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因各種類(lèi)型的絕緣故障形成的事故約占全部變壓器事故的85％以上。三、 絕緣故障　　目前應(yīng)用最廣泛的電力變壓器是油浸變壓器和干式樹(shù)脂變壓器兩種，電力變壓器的絕緣即是變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)，它是變壓器正常工作和運(yùn)行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料(即油紙或樹(shù)脂等)的壽命所決定的?！　【C上所述，三種放電的形式既有區(qū)別又有一定的聯(lián)系，區(qū)別是指放電能級(jí)和產(chǎn)氣組分，聯(lián)系是指局部放電是其他兩種放電的前兆，而后者又是前者發(fā)展后的一種必然結(jié)果。油中特征氣體的主要成分是H2和C2H2，其次C2H6和CH4?！　、電弧放電的氣體特征?！　、電弧放電的影響。一般來(lái)說(shuō)，火花放電不致很快引起絕緣擊穿，主要反映在油色普分析異常、局部放電量增加或輕瓦斯動(dòng)作，比較容易被發(fā)現(xiàn)和處理，但對(duì)其發(fā)展程度應(yīng)引起足夠的認(rèn)識(shí)和注意。當(dāng)沖擊電壓作用或電場(chǎng)極不均勻時(shí)，雜質(zhì)不易形成“小橋”，它的作用只限于畸變電場(chǎng)，其火花放電過(guò)程，主要決定于外加電壓的大小。如果纖維不受潮，則因“小橋”的電導(dǎo)很小，對(duì)于油的火花放電電壓的影響也較??；反之，則影響較大。 在工頻電壓作用下雜質(zhì)在電極間形成導(dǎo)電“小橋”的示意圖a)雜質(zhì)少、極間距離大；(b)雜質(zhì)多、極間距離小　　如果極間距離不大，雜質(zhì)又足夠多，則“小橋”可能連通兩個(gè)電極，如圖1—3(b)，這時(shí)，由于“小橋”的電導(dǎo)較大，沿“小橋”流過(guò)很大電流(電流大小視電源容量而定)，使“小橋”強(qiáng)烈發(fā)熱”，因?yàn)槔w維的介電常數(shù)大，使纖維端部油中的電場(chǎng)加強(qiáng)，于是放電首先從這部分油中開(kāi)始發(fā)生和發(fā)展，油在高場(chǎng)強(qiáng)下游離而分解出氣體，使氣泡增大，游離又增強(qiáng)。如果極間距離大、雜質(zhì)少，只能形成斷續(xù)“小橋”，如圖1—3(a)所示。水的介電常數(shù)e約為變壓器油的40倍，在電場(chǎng)中，雜質(zhì)首先極化，被吸引向電場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)的地方，即電極附近，并按電力線(xiàn)方向排列。變壓器發(fā)生火花放電故障的主要原因是油中雜質(zhì)的影響。處于地電位的部件，如硅鋼片磁屏蔽和各種緊固用金屬螺栓等，與地的連接松動(dòng)脫落，導(dǎo)致懸浮電位放電。具有懸浮電位的物體附近的場(chǎng)強(qiáng)較集中，往往會(huì)逐漸燒壞周?chē)腆w介質(zhì)或使之炭化，也會(huì)使絕緣油在懸浮電位作用下分解出大量特征氣體，從而使絕緣油色譜分析結(jié)果超標(biāo)。 A、懸浮電位引起火花放電。 發(fā)生火花放電時(shí)放電能量密度大于10—6C的數(shù)量級(jí)?；瘜W(xué)測(cè)法對(duì)局部過(guò)熱或電弧放電很靈敏，但對(duì)局部放電靈敏度不高。檢測(cè)溶解油內(nèi)各種氣體的含量及增減變化規(guī)律。超聲測(cè)法的靈敏度較低，大約幾千皮庫(kù)，它的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好，且可“定位”。 2)超聲測(cè)法。電測(cè)法的靈敏度較高，測(cè)到的是視在放電量，分辨率可達(dá)幾皮庫(kù)。 1)電測(cè)法。 C、測(cè)量局部放電的方法?！　‰S著變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，局部放電是變壓器諸多有機(jī)絕緣材料故障和事故的根源，因而該技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種測(cè)量方法和試驗(yàn)裝置，亦有離線(xiàn)測(cè)量的。放電產(chǎn)生的氣體，由于放電能量不同而有所不同。 4)金屬部件或?qū)щ婓w之間接觸不良而引起的放電。如某些部位有尖角高而出現(xiàn)放電。 2)外界環(huán)境條件的影響。 1)當(dāng)油中存在氣泡或固體絕緣材料中存在空穴或空腔，由于氣體的介電常數(shù)小，在交流電壓下所承受的場(chǎng)強(qiáng)高，但其耐壓強(qiáng)度卻低于油和紙絕緣材料，在氣隙中容易首先引起放電。 A、局部放電的原因?！　【植糠烹妱傞_(kāi)始時(shí)是一種低能量的放電，變壓器內(nèi)部出現(xiàn)這種放電時(shí)，情況比較復(fù)雜，根據(jù)絕緣介質(zhì)的不同，可將局部放電分為氣泡局部放電和油中局部放電；根據(jù)絕緣部位來(lái)分，有固體絕緣中空穴、電極尖端、油角間隙、油與絕緣紙板中的油隙和油中沿固體絕緣表面等處的局部放電。如局部放電一般先發(fā)生在固體或油內(nèi)的小氣泡中，而放電過(guò)程又使油分解產(chǎn)生氣體并被油部分吸收，如產(chǎn)氣速率高，氣泡將擴(kuò)大、增多，使放電增強(qiáng)，同時(shí)放電產(chǎn)生的X—蠟沉積在固體絕緣上使散熱困難、放電增強(qiáng)、出現(xiàn)過(guò)熱，促使固體絕緣損壞。 (2)、固體絕緣的電老化。 　放電對(duì)絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質(zhì)點(diǎn)直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴(kuò)大，使絕緣擊穿。 根據(jù)放電的能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電三種類(lèi)型。首先要防止誤操作造成的短路沖擊；要加強(qiáng)變壓器的適時(shí)監(jiān)測(cè)和檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的變形強(qiáng)度，保證變壓器的安全運(yùn)行。如采取裝備用電源自投裝置后開(kāi)環(huán)運(yùn)行，以減少短路時(shí)的電流和簡(jiǎn)化保護(hù)配置；對(duì)故障率高的非重要出線(xiàn)，可考慮退出重合閘保護(hù)；提高速切保護(hù)性能，壓縮保護(hù)時(shí)間；220kV及以上電壓等級(jí)的變壓器盡量不直接帶l0kV的地區(qū)電力負(fù)荷等。 3)優(yōu)化運(yùn)行方式。要提高電力線(xiàn)路的絕緣水平，特別是提高變壓器出線(xiàn)一定距離的絕緣水平，同時(shí)提高線(xiàn)路安全走廊和安全距離要求的標(biāo)準(zhǔn)，降低近區(qū)故障影響和危害，包括重視電纜的安裝檢修質(zhì)量(因電纜頭爆炸大多相當(dāng)于母線(xiàn)短路)；對(duì)重要變電站的中、低壓母線(xiàn)，考慮全封閉，以防小動(dòng)物侵害；提高對(duì)開(kāi)關(guān)質(zhì)量的要求，防止發(fā)生拒分等。 1)優(yōu)化選型要求。 B、減少短路事故的措施。 按上述措施構(gòu)思設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一臺(tái)31．5MVA、ll0kV雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器，在國(guó)家變壓器質(zhì)檢中心強(qiáng)電流試驗(yàn)室一次通過(guò)短路試驗(yàn)，試驗(yàn)前后最大的電抗差僅0．3％，取得了顯著的效果。對(duì)一些關(guān)鍵工序，如墊塊預(yù)處理、繞組繞制、繞組壓裝、相套裝、