電力系統(tǒng)充油設備故障定性、定位“三步法”

閆佳文 胡偉濤 郭 鉻

（1.河北省電力公司職業(yè)技術(shù)培訓中心，石家莊 050031；2.河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070）

電力系統(tǒng)充油設備故障診斷是一項復雜的、經(jīng)驗性很強的技術(shù)工作，電力設備故障產(chǎn)生的原因很多，電力生產(chǎn)現(xiàn)場要求技術(shù)人員能夠快速、有效、準確地對故障進行定性、定位。本文提出了一種電力系統(tǒng)充油設備故障定性、定位的方法，該方法為：第一步，以油色譜數(shù)據(jù)分析故障基本性質(zhì)；第二步，以電氣試驗數(shù)據(jù)對故障定位和分析故障程度；第三步，在一、二步的基礎上結(jié)合輔助試驗數(shù)據(jù)（運行狀況、紅外檢測等帶電試驗數(shù)據(jù)）得出故障部位及故障程度，簡稱為三步法。

1 “三步法”基本內(nèi)容

1.1 以油色譜數(shù)據(jù)分析故障基本性質(zhì)

當前，絕緣油色譜分析主要有4種方法：三比值分析法、特征氣體分析法、產(chǎn)氣速率分析法、TD圖分析法。這里采用三比值分析法及特征氣體分析法，這兩種方法是油色譜分析中應用最廣泛、最快捷的分析方法。以油色譜數(shù)據(jù)分析故障基本性質(zhì)的方法為：根據(jù)特征氣體體積分數(shù)的比值K1、K2、K3（分別對應（C2H2）/（C2H4）、（CH4）/（H2）、（C2H4）/（C2H6））的不同比值按表1規(guī)則編碼（見表1），再結(jié)合特征氣體判斷法對故障類型進行初步判斷（見表2），最后判斷充油設備故障類型和大體部位（見表3）。即由油色譜分析確定故障性質(zhì)（主要可以檢測出過熱、放電、絕緣受潮故障），進而判斷故障來源，最后由 CO、CO2確定故障大致部位。

表1 三比值編碼表

1.2 電氣試驗數(shù)據(jù)分析故障定位和故障程度

油色譜分析能夠?qū)Τ溆驮O備故障做出初步判斷，在此基礎上結(jié)合電氣試驗具體試驗數(shù)據(jù)對充油設備故障點進行精確定位。其基本方法為：數(shù)據(jù)規(guī)程比較（與試驗規(guī)程、試驗標準比較）、數(shù)據(jù)縱向比較（與歷史數(shù)據(jù)比較）、數(shù)據(jù)橫向比較（與同類設備比較）。首先與規(guī)程相比，在數(shù)據(jù)沒有超出規(guī)程值后再與歷史數(shù)據(jù)相比，檢查其是否有顯著變化，若對測量值產(chǎn)生懷疑時，則進行橫向比較，即用同類設備測量值進行驗證性比較。電氣試驗數(shù)據(jù)判斷故障類型的關(guān)鍵點在于掌握各項試驗對應的試驗目的及其檢測部位。

表2 特征氣體分析法表

表3 三比值法故障類型及部位預判表

1.3 結(jié)合輔助手段得出故障部位及故障程度

紅外成像檢測技術(shù)主要可以發(fā)現(xiàn)暴露于空氣中的熱性故障，兼可以發(fā)現(xiàn)小油量設備如互感器、耦合電容器、套管等的內(nèi)部熱性故障和油面缺失，也可以發(fā)現(xiàn)一些熱量比較容易傳到表面的設備的異常等。運行狀況可記錄設備的運行工況，包括異響、漏油等。在油色譜及電氣試驗數(shù)據(jù)分析的基礎上，結(jié)合上訴檢測手段及數(shù)據(jù)可得出最終故障部位及故障程度。

2 具體分析步驟

當利用油色譜分析發(fā)現(xiàn)設備為過熱故障時，以特征氣體分析法分析CO、CO2的含量是否增大，若增大則表明為線圈內(nèi)部故障或引線端部包紙過熱故障，最后利用直流電阻試驗對故障進行定位。若CO、CO2含量未增大，則故障發(fā)生部位在線圈引線連接處或鐵心，此時，應用直流電阻試驗確定是否為繞組故障，應用鐵心絕緣電阻試驗及鐵心接地電流測試試驗確定是否為鐵心故障（如圖1所示）。

當利用油色譜分析發(fā)現(xiàn)設備為放電故障且重瓦斯保護不動作，則判斷可能發(fā)生局部絕緣不良故障或CT接觸不良故障，然后進一步分析CO、CO2的變化量，最后由局部放電試驗、介損試驗、絕緣電阻試驗對試驗故障進行確定。若利用油色譜分析發(fā)現(xiàn)設備為放電故障且重瓦斯保護發(fā)生動作時，首先檢查是否發(fā)生了外部短路故障，如有外部短路故障則可初步判斷為繞組變形引起的匝間短路，最后利用直流電阻試驗、變比測試、繞組變形測試以及電容量試驗判斷。若無外部短路故障，則可能是主絕緣放電故障，此時需要利用絕緣電阻測試及直流泄露電流試驗進行判斷（如圖2所示）。

圖1 過熱故障

圖2 放電故障

當利用油色譜分析發(fā)現(xiàn)設備為絕緣受潮故障故障時，應充分利用微水檢測判斷設備的受潮狀態(tài)，主要為主絕緣故障，最后應用絕緣電阻、泄露電流及介損試驗判斷（如圖3所示）。

圖3 絕緣受潮故障

3 舉例

3.1 例題

例：一臺型號SFZ8-31500/110的變壓器，運行中發(fā)生低壓出口三相短路。重瓦斯保護跳閘故障。事故后試驗情況：

1）色譜檢測。三比值分析為高能量放電。

2）直流電阻測試。測試全部分接直流電阻，其中一次額定分接不平衡系數(shù)為 1.08%，其他分接最大0.36%；二次直流電阻不平衡系數(shù)3.66%。

3）測試電壓比。AB/ab、BC/bc，變比誤差均在3%左右，AC/ac在0.1%左右。

4）絕緣電阻測試。①一次對二次及地，10000MΩ，泄露電流 14μA；②二次對一次及地，0MΩ，泄露電流很大；③二次對地，5000MΩ（鐵心接地打開）；④二次對鐵心，0MΩ；⑤鐵心對地，1000MΩ。

5）繞組變形測試

AB、BC相關(guān)系數(shù)：1.02；

AB、AC相關(guān)系數(shù)：0.32；

BC、AC相關(guān)系數(shù)：0.21；

ab、ac相關(guān)系數(shù)：0.67；

ab、bc相關(guān)系數(shù)：0.61；

bc、ac相關(guān)系數(shù)：0.83。

3.2 分析

1）色譜分析表明有高能量放電，表明故障是由電弧放電造成的。

2）直流電阻高壓側(cè)額定分接平衡系數(shù)不合格，經(jīng)計算為B相直流電阻偏大。低壓直流電阻平衡系數(shù)不合格，經(jīng)計算為b相所致。

3）變比測試：所涉及B、b相測試結(jié)果均不合格，AC/ac合格，推斷為b相層間絕緣異常，繞組形成短路引起。如果斷股，則變比無法測出。

4）絕緣電阻表明，低壓繞組與鐵心間絕緣損壞，因變壓器結(jié)構(gòu)為低壓繞組在最內(nèi)側(cè)，驗證檢測結(jié)果正確。

5）繞組變形，除 AB、BC先關(guān)系數(shù)略好外，其他均不高，所以高、低壓都存在不同程度的變形。

3.3 分析結(jié)論

1）變壓器出口短路故障造成繞組變形，形成匝間短路，低壓繞組與鐵心間絕緣損壞并形成電弧放電。

2）經(jīng)吊罩檢查后發(fā)現(xiàn)：高壓三相均有墊塊移位，B相繞組有較嚴重的扭曲變形；低壓繞組b相上部繞組線餅散開，與鐵心接觸，接觸處有炭化傷痕并存在匝間短路；有載分接開關(guān)B相連接處在額定分接有過熱，絕緣紙顏色變深。

4 結(jié)論

充油設備故障定位、定性“三步法“能夠?qū)υO備的已發(fā)生故障及潛伏性故障做出準確判斷，文中涉及到的各項試驗均為生產(chǎn)現(xiàn)場的常規(guī)試驗，通過分析日常數(shù)據(jù)，對充油設備故障點進行判斷，對提高電力生產(chǎn)工作效率，提高電力系統(tǒng)可靠性具有積極意義。

[1] 李文征,李彬,李秀章.利用油色譜分析判斷變壓器故障及處理[J].變壓器, 2009, 46(1): 74-75.

[2] 程郁,李嬪. 220kV主變油色譜異常原因分析[J].變壓器, 2009, 46(3): 62-62, 68.

[3] 劉洪鑫.一起變壓器油色譜異常故障的分析處理[J].高電壓技術(shù), 2001, 27(6): 68-69.

[4] 徐康健.變壓器油色譜分析中用三比值法判斷故障時應注意的問題[J].變壓器, 2010(1): 75-76.

[5] 鄭新才,李明,張靜.紅外檢測技術(shù)在電力設備故障診斷中的應用[J].電氣應用, 2007, 26(10): I0008-I0010.

[6] 韓長利,仇明,李智.用油色譜分析檢測變壓器故障[J].變壓器, 2011, 48(8): 57-60.

[7] 郭創(chuàng)新,朱傳柏,曹一家,等.電力系統(tǒng)故障診斷的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電力系統(tǒng)自動化, 2006, 30(8):98-103.

[8] 徐澄,肖榮.大型變壓器內(nèi)部放電故障實例診斷與分析[J].高壓電器, 2010, 46(11): 67-69, 73.