在傳輸和分配電能時(shí)離不開(kāi)變壓器。變壓器的作用是改變電壓大小，使之滿(mǎn)足傳輸和分配電能時(shí)對不同電壓數值的需要。變壓器在運行中會(huì )受到四種電壓的作用：正常工頻工作電壓，短時(shí)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓，即變壓器絕緣要經(jīng)受這四種電壓的考驗，此外，還要經(jīng)受短路電流的沖擊等，因此，變壓器絕緣會(huì )老化和故障，如過(guò)熱性故障，放電性故障，繞組變形等。如何診斷變壓器絕緣是否老化或故障，以及老化或故障的程度如何。一般通過(guò)對油中溶解氣體的色譜分析、局部放電試驗、繞組變形試驗。
1 變壓器油中溶解氣體的色譜分析
我國60年代中期就開(kāi)展了這項技術(shù)的研究，并取得了初步成果，自70年代以來(lái)，這一檢測技術(shù)得到了推廣和發(fā)展。當變壓器內部因某種異常原因形成局部放電或局部過(guò)熱性故障時(shí)，油及固體紙張絕緣材料會(huì )發(fā)生裂解，產(chǎn)生低分子化合物都是氣體，他們通常都會(huì )溶解在油中，并且隨著(zhù)油的循環(huán)擴散到變壓器的整個(gè)油箱內部。若在變壓器運行過(guò)程中取油樣對這些氣體進(jìn)行分析，就可能發(fā)現這些潛伏性故障，溶解氣體分析法就是建立在該機理上的。
通過(guò)分析油中溶解氣體的組分及其在油中的含量和發(fā)展趨勢來(lái)檢測設備內部潛伏性故障，了解事故發(fā)生的原因，不斷地掌握故障的發(fā)展趨勢，提供故障嚴重程度的信息，及時(shí)報警，合理維護設備，這是油中溶解氣體分析的主要任務(wù)，一般情況下，根據分析結果進(jìn)行故障診斷時(shí)，應包括下述內容：
(1)判定有無(wú)故障。
(2)判斷故障的類(lèi)型。如過(guò)熱、電弧放電、火花放電和局部放電、進(jìn)水受潮等。
(3)診斷故障的狀況。如熱點(diǎn)溫度、故障功率、嚴重程度、發(fā)展趨勢，以及油中氣體飽和水平和達到氣體繼電器報警所需的時(shí)間等。
(4)提出相應的反事故措施。如能否繼續運行期間的技術(shù)安全措施和監視手段，或者是否需要內部檢查修理等，根據色譜分析結果判斷變壓器故障的根據是《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》。當變壓器油中特征氣體含量超過(guò)注意值時(shí)應引起注意，并根據“三比值”法初步判斷故障的類(lèi)型和程度。但是潛油泵的故障以及有載開(kāi)關(guān)小油箱向本體漏油，變壓器注油過(guò)程中真空沒(méi)掌握好，沒(méi)有完全脫氣等，也可引起油中氣體含量分析結果異常，從而誤認為變壓器內部存在故障，因此應排除它們對色譜的影響。此外，德國的“四比值”法中有一個(gè)判據對判斷變壓器磁回路過(guò)熱型故障精確率相當高。這個(gè)判據為：
當CH4/H2=1～3 C2H6/CH4<1 C2H4/C2H6≥3 C2H2/C2H4<0.5時(shí)，變壓器存在磁回路過(guò)熱故障。
但是《導則》推薦的注意值是指導性的，它不是劃分設備是否正常的唯一判據，不能作為判斷的標準。最終判定有無(wú)故障還應根據追蹤分析，考察特征氣體增長(cháng)率。有時(shí)即使特征氣體低于注意值，如突然增長(cháng)時(shí)，仍應追蹤分析，查明原因，有的設備因某種原因使氣體含量基值較高，超過(guò)注意值，也不能立即判定有故障，必須有歷史數據比較。如果沒(méi)有歷史數據，則需確定一個(gè)適當的周期進(jìn)行追蹤分析。一般說(shuō)來(lái)，僅僅根據吊罩檢查修理和限制負荷措施是不經(jīng)濟的。實(shí)際判斷時(shí)，若氣體含量絕對值超過(guò)注意值且產(chǎn)氣率超過(guò)注意值時(shí)，判定為存在故障。
對于故障檢修后的變壓器，由于油浸絕緣材料中的殘油所殘存的故障特征氣體，釋放至已脫氣的油中，在追蹤分析初期，往往發(fā)現故障特征氣體的增長(cháng)較明顯，這時(shí)有可能錯誤判斷為故障還未消除。因此，即使檢修時(shí)油氣已充分脫氣，在修后的兩三個(gè)月內，若特征氣體增長(cháng)率比正常設備快些，則應對設備內部纖維材料中殘油溶解的殘氣進(jìn)行估算。分析所得的氣體各組分含量應分別減去殘氣，才是變壓器修復后油中氣體的真實(shí)含量。
當故障涉及到固體絕緣時(shí)，會(huì )引起CO和CO2含量的明顯增長(cháng)?！秾t》認為，對于開(kāi)放式變壓器，如果總炔的含量超過(guò)注意值，而CO含量超過(guò)了300ppm，但總烴含量在正常范圍內，一般認為是正常的。
色譜分析是診斷變壓器工作狀態(tài)和判斷故障性質(zhì)的最有效的方法之一。它對于檢測變壓器的內部存在的過(guò)熱性故障及部分發(fā)展較慢的放電性故障比較有效，但對突發(fā)性故障，特別是由于匝間短路引起的變壓器事故，反應不太靈敏，這是由于突發(fā)性故障，產(chǎn)氣快，一部分氣體來(lái)不及溶解在油中就進(jìn)入氣體繼電器。因此，對于突發(fā)性故障，要結合著(zhù)對氣體繼電器中的氣體進(jìn)行色譜分析，并且根據氣體的顏色初步定性判斷一下，這樣綜合分析才能得出準確的結論。根據氣體繼電器中氣體的顏色判斷故障大致可分為如下幾種：
無(wú)色、無(wú)味、不可燃，是空氣。
灰色氣體、可燃，是變壓器絕緣降低、發(fā)熱老化產(chǎn)生的氣體。
黑色氣體、不可燃，是變壓器鐵心接地、放電產(chǎn)生的氣體。
黃色氣體、可燃，是變壓器內部絕緣過(guò)熱產(chǎn)生的氣體。
2 變壓器局部放電試驗
變壓器結構中一旦產(chǎn)生局部放電，將會(huì )嚴重影響變壓器的使用壽命和運行性能。變壓器油紙絕緣中的局部放電，可分為氣泡性放電和油中放電兩種。氣泡性放電主要是由于絕緣不良，在油中或油紙絕緣中殘存的氣體造成的，如真空脫氣或真空注油沒(méi)控制好真空度;或者運行中其他原因造成的，其放電強度較低，對絕緣介質(zhì)有緩慢的老化作用，而油中放電主要是由于絕緣結構中局部場(chǎng)強過(guò)高所造成的，其絕緣強度一般要比氣泡性放電高幾個(gè)數量，通常在數千PC以上，強烈是會(huì )在短時(shí)間內導致油紙絕緣損壞。放電過(guò)程中油和紙分解的大量氣體，又會(huì )產(chǎn)生累積的氣泡性放電，加強放電的進(jìn)一步發(fā)展，出現惡性循環(huán)的復雜現象，最終導致絕緣完全的擊穿。
因此，近年來(lái)局部放電檢測技術(shù)越來(lái)越引起人們的重視，得到了廣泛的應用。通過(guò)大量試驗證明，局部放電試驗能及時(shí)有效的發(fā)現變壓器設計、制造、運輸、安裝工藝的缺陷，對于檢出變壓器的雜質(zhì)、絕緣受潮、浸漬不完善、含有氣泡、金屬構件與固體絕緣體有尖角和結構中的懸浮電位等是非常有效的，它與色譜分析相比可以及時(shí)地發(fā)現變壓器內部的局部放電性缺陷，而不需要運行時(shí)間的積累。也正是由于制造廠(chǎng)采取了局部放電測試手段，才使得大型電力變壓器的制造水平和技術(shù)性能越來(lái)越高，產(chǎn)品質(zhì)量也越來(lái)越好。
目前普遍采用的局部放電測試方法是在一定試驗電壓下測試放電量的大小，利用放電量的大小及隨電壓的變化趨勢來(lái)評判絕緣的優(yōu)劣性能。采用這樣的方法來(lái)評定絕緣內部的缺陷是靈敏和有效的，但如果要較為準確的判斷局部放電的程度及對絕緣壽命的影響，最好還是同時(shí)測來(lái)年感放電量、放電次數等參數，并分析放電的發(fā)展趨勢和發(fā)生部位。
值得注意的是，局部放電量的標準規定值是由經(jīng)驗出發(fā)約定俗成的，并沒(méi)有嚴格的試驗依據，通常認為油紙絕緣在幾千PC的放電作用下才會(huì )留下痕跡，考慮到放電點(diǎn)與測量點(diǎn)之間信號的衰減，規定數百PC作為變壓器放電量的限值。實(shí)際上，信號的衰減會(huì )受到多種因素的影響，例如：匝間放電時(shí)信號衰減較大，當在變壓器測量端子上測量值為500PC時(shí)，實(shí)際放電點(diǎn)上出現上萬(wàn)PC的放電量都是有可能的。因此，在放電量超標時(shí)，要對放電進(jìn)行具體分析，分析可能發(fā)生的部位，隨加壓發(fā)展趨勢、放電的起始電壓和熄滅電壓、放電脈沖信號的特征及發(fā)生的頻率等，并根據分析的結果判斷出其對絕緣的危害程度，簡(jiǎn)單的用標準規定值去卡設備，有時(shí)也是不合理的，特別是對已經(jīng)投入運行的變壓器。
綜上所述，我們應該在運行中加強對變壓器油的監督，結合大小修對變壓器定期進(jìn)行局部放電測量，確保變壓器的安全運行。
3 變壓器繞組變形的測量
變壓器在長(cháng)途運輸中受到?jīng)_撞或者在運行中受到短路故障電流的沖擊，繞組將可能發(fā)生變形或位移，嚴重者會(huì )導致突發(fā)生事故的發(fā)生。通過(guò)繞組變形試驗就可以在不吊罩的情況下判斷變壓器繞組是否變形，變形程度如何，從而采取相應的、合理的補救措施，做到防患于未然。
變壓器繞組變形或位移后，即使沒(méi)有立即損壞，也會(huì )留下嚴重的故障隱患，如：絕緣距離發(fā)生改變，固體絕緣受到損壞、擊穿，導致突發(fā)絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電作用而發(fā)生絕緣擊穿事故;繞組機械性能下降，當再次受到短路電流沖擊時(shí)，將承受不住巨大的電動(dòng)力作用而發(fā)生損壞事故。因此，積極開(kāi)展變壓器繞組變形診斷工作，及時(shí)發(fā)現有問(wèn)題的變壓器，并有計劃地進(jìn)行吊罩驗證及合理地檢修，不但可以節省大量的人力、物力，對防止變壓器突發(fā)生事故的發(fā)生也有極其重要的作用。
4 結論
在變壓器運行過(guò)程中，定期對油中溶解氣體進(jìn)行測譜分析，可有效地診斷出大部分過(guò)熱性故障和部分發(fā)展較慢的放電性故障，但對突發(fā)生故障往往不能及時(shí)作出反應。
通過(guò)局部放電試驗，可靈敏地檢測出變壓器內部可能存在的各種放電性缺陷，并能大致判斷出放電的部位及其對絕緣的危害程度，但該方法對過(guò)熱性故障卻很不敏感。
對變壓器繞組的頻率響應特性進(jìn)行分析，可方便地判斷出變壓器在受到短路電流沖擊后，或在運輸過(guò)程中受到?jīng)_撞時(shí)，繞組是否變形或位移。
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