對電力系統變壓器狀態檢修技術的認識

劉強

[摘要]隨著現代科學技術的快速發展，電力系統中的變壓器數量日益增加，傳統的周期檢修模式已經滿足不了當前新的要求，因此，為了保障電力設備的穩定、安全、可靠等性能，從而提出了狀態檢修的模式。筆者針對變壓器狀態檢修技術談談了個人的認識與見解。

[關鍵詞]電力系統;變壓器;狀態檢修;技術分析

一、狀態檢修的概念

相比較于傳統的定期檢修，狀態檢修不需要關停設備、不需要限定時間，而是隨時根據運行人員的巡查和監測記錄，結合設備運行狀況和技術人員的分析來科學評價變壓器運行狀態的一種檢修方式。

二、變壓器狀態檢修技術分析

1、油中溶解氣體分析

隨著變壓器運行時間的延長，變壓器可能產生初期故障，油中某些可燃性氣體則是內部故障的先兆，這些可燃氣體可降低變壓器油的閃點，從而引起早期故障。變壓器油和纖維絕緣材料在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產生的氣體大部分溶于油中，但產生氣體的速率是相當緩慢的。當變壓器內部存在初期故障或形成新的故障條件時，其產氣速率和產氣量則十分明顯，絕大多數的初期缺陷都會出現早期跡象，通過監測確定特征氣體，油中溶解氣體分析已被證明對于發現油浸變壓器內部潛伏性故障相當有效和可靠。

（1）變壓器油中的氣體類別氣相色譜法正是對變壓器油中可燃性氣體進行分析的最切實可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測量兩個過程。礦物油是由大約2871種液態碳氫化合物組成的，通常只鑒別絕緣油中的氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮氣（N2）、甲烷（CH2）、一氧化碳（CO）、乙烷（CH2）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9 種氣體，將這些氣體從油中脫出并經分析，證明它們的存在及含量，即可反映出產生這些氣體的故障類型和嚴重程度。油在正常老化過程產生的氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油絕緣中存在局部放電時（如油中氣泡擊穿），油裂解產生的氣體主要是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。在故障溫度高于正常運行溫度不多時，產生的氣體主要是甲烷（CH4），隨故障溫度的升高，乙烯（CH2）和乙烷（C2H6）逐漸成為主要物征氣體;當溫度高于1000℃時（如在電弧弧道溫度300℃以上），油裂解產生的氣體中含有較多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固體絕緣材料時，會產生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

基于實驗室的油中溶解氣體分析主要是依據變壓器的類型或運行時間周期性地進行。有些發展期短的故障在兩次定期取樣期間可能檢測不到。安裝油中特征氣體傳感器連續監測，可能檢測到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶盡可能采取正確的檢修措施。已有的油中溶解氣體分析技術能夠確定氣體的類型、濃度、趨勢及氣體的產生速率。油中溶解氣體的變化速率在決定故障發展嚴重性方面很有價值。

目前國內安裝較多的油中氣體在線監測裝置是加拿大Syprotec的HY-DRANg0Ii智能型變壓器早期故障在線監測系統。美國MM公司的TRUEGA嚴全組分DGOA在世界各地已有多年的運行經驗，但目前在國內尚無運行實例，而且價格較高。國內有的將實驗室油中溶解氣體分析裝置經簡化后用于現場在線監測，但相當笨重，也不可能每臺主變都安裝一套，而且不能實現遠程診斷。還有類似于TM8的產品在運行，但由于時間較短，其分子膜的耐中毒性及氣體之間的相互干擾程度都有待運行考驗。

2、紅外測溫技術

當變壓器內部出現接觸不良、虛焊、負荷過高及鐵心多點觸地等情況時，都會引起回路和鐵心過熱現象，對過紅外技術可直觀地將變壓器內部的熱量分布情況通過監視器顯示出來，進而有效評價變壓器的狀態。

3、局部放電檢測

局部放電檢測技術是電力變壓器絕緣監測的重要內容。傳統局部放電檢測信號頻率通常<1MHz，近年來雖因數字信號處理和計算機輔助系統等新技術的應用得到了較快地發展，但仍以傳統的檢測理論為基礎而受其技術的限制。油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為NS級，能激勵起>1GHz的超高頻電磁信號。超高頻范圍（300～3000MHz）提取的局部放電信號基本上無外界干擾，可極大地提高局部放電檢測（特別是在線檢測）的可靠性和靈敏度。超高頻局部放電檢測技術近年在一些電力設備（GIS、電機及電纜）的檢測中得到應用。由于變壓器絕緣結構的復雜性，目前對電力變壓器局部放電超高頻檢測技術的研究仍處于起步階段。變壓器故障的原因之一是介質擊穿，其原因主要是局部放電（PD）。PD水平及其增長速率的明顯增加，能夠指示變壓器內部正在發生的變化。由于局部放電能導致絕緣惡化乃至擊穿，故值得進行在線監測PD參數。最常遇到的PD源正反映了絕緣中由于某些缺陷狀態而產生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡。解釋檢測到的PD行為不夠直接。

變壓器的剩余壽命與PD行為之間的相關不存在一般的規則。作為常規的工廠驗收試驗的一部分，大多數變壓器試驗時都要求PD值水平低于規定值。從監測和診斷的角度，高于規定值的PD檢測只能作為警示作用而一般不能作為設備失效的依據。這些現實情況只說明了所遇到的PD診斷的許多困難之一，國內許多單位從事高壓電氣設備的PD 研究已有時日，但多為帶電檢測設備。基于模式識別方法的局放數字化檢測裝置及其三維譜圖顯示很有特色，在國內已有應用，但要用于在線連續監測，由于現場干擾源的相異性及復雜性，目前還相當困難。目前現場采用的“直線插入定位法”加數字濾波定位，采用干擾平衡裝置在變壓器各繞組的套管末屏、中性點及鐵心等接地線獲取信號，并排列組合成數對“平衡對”來消除外部干擾，獲得PD量。但所測數據的穩定性和重復性都較差。

4、繞組溫度提示

工作人員可以將光纖插入變壓器的繞組，通過光纖來反映繞組的技術溫度信息，進而達到對變壓器狀態檢修工作的預測。

5、頻率影響分析

當變壓器的繞組發生機械性位移時，會產生非常輕微的電容值改變，工作人員利用頻率影響分析技術可以有效的感知到這一改變，據此監測其繞組的實時狀態。

三、小結

經權威部門研究實踐證明，在電力系統實施適當的狀態檢修可以提高變壓器可用率2%～10%，節約檢修費用25%～30%，延長變壓器壽命10%～15%。因此，狀態檢修將為電力企業帶來巨大的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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