1、預防性試驗對電力變壓器的有效性分析effectiveness analysis of preventive test for power transformer王 明，孫博摘要：通過對大型電力變壓器預防性試驗，如絕緣、直流電阻測量、介質損耗因數、局部放電試驗、線圈變形、油中溶解氣體分析、油中含水量等等，探討預防性試驗有效性，并對檢測方法、故障診斷以及電力變壓器狀態檢修的現狀與發展提出建議。關鍵詞：預防性試驗 電力變壓器 有效性 分析abstract：according to preventive tests for big power transformer, such as insulati

2、on resistance and direct currect resistance measure，dielectric loss factor, partial discharge test, winding deformation, oil-paper insulation dissolved gas analysis, oil water content and so on, discussed the effectiveness analysis of preventive testsome methods and advisements are suggested to dete

3、ct fault diagnosis, currect status and development of condition-based maintenance of power transformerkey words preventive test power transformer effectiveness analysis目 錄第1章 概述3第2章 油中溶解氣體分析5第3章 絕緣試驗73.1 繞組直流電阻的測量73.2 繞組絕緣電阻的測量73.3 測量介質損耗因數tg 73.4 絕緣油試驗83.5 交流耐壓試驗83.6 規程規定8第4章 短線圈變形檢測94.1 短路故障電流沖擊，電

4、動力使繞組容易破壞或變形94.2 在運輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和振動等94.3 保護系統有死區，動作失靈，導致變壓器承受穩定短路電流作用時間長，造成繞組變形。據有關資料統計，在遭受外部短路時，因不能及時跳閘而發生損壞的變壓器約占短路損壞事故的3094.4 繞組承受短路能力不夠，有資料表明，近5年來對全國110kv及以上電壓等級電力變壓器事故統計表明這已經成為電力變壓器事故的首要原因，前文中提到的蔡甸某變壓器出口短路，主要是廠家在制造工藝用材上存在缺陷與不足，承受短路能力有限，致使繞組b相下端部1到5柄絕緣薄弱處燒毀熔斷9第5章 局部放電測量10第6章 在線監測的現狀和發展11第7章 結束語

5、127.1 在變壓器計劃檢修或故障診斷中，預防性試驗結果依舊是不可缺少的診斷參量。127.2 每個預防性試驗項目不能孤立的去看待，應將幾個項目試驗結果有機結合起來綜合分析，這將有效提高判斷的準確性。127.3 油中溶解氣體分析(dga法)和局部放電測量(pd法)是重要的診斷方法，隨著這些方法的不斷完善和發展以及在線監測技術的在我局的廣泛運用，對于提高供電可靠性，更及時準確了解設備狀態和對變壓器故障分析和判斷將十分有效。12參 考 文 獻13第1章 概述電力變壓器是電力系統電網安全性評價的重要設備，它的安全運行具有極其重要意義，預防性試驗是保證其安全運行的重要措施。預防性試驗的有效性對變壓器故障

6、診斷具有確定性影響，通過各種試驗項目，獲取準確可靠的試驗結果是正確診斷變壓器故障的基本前提。根據電力設備預防性試驗規程（lt 5961996）電力變壓器試驗項目共有32項，如表1所示。表1 電力變壓器試驗項目序號試驗項目序號試驗項目1油中溶解其他色譜分析17局部放電2繞組直流電阻18有載調壓裝置的試驗和檢查3繞組絕緣電阻、吸收比或（和）極化指數19測溫裝置及其二次回路試驗4繞組介質損耗因數20氣體繼電器及其二次回路試驗5電容性套管的介質損耗因數和電容值21壓力釋放器校驗6絕緣油試驗22整體密封檢查7交流耐壓試驗23冷卻裝置及其二次回路檢查試驗8鐵心（有外引線地線的）絕緣電阻24套管中電流互感器

7、絕緣試驗9穿心螺栓、鐵軛夾件、綁扎鋼帶、鐵心、線圈壓環及屏蔽等的絕緣電阻25全電壓下空載合閘10油中含水量26油中糠醛含量11油中含氣量27絕緣紙（板）聚合度12繞組泄漏電流28絕緣紙（板）含水量13繞組有分接頭的電壓比29阻抗測量14校核三相變壓器的組別或單相變壓器極性30振動15空載電流和空載損耗31噪聲16短路阻抗和負載損耗32油箱表面溫度測量 表1中的試驗項目基本上按其重要性和有效性的次序排列，在總共32個試驗項目中，有些是在變壓器解體后才能進行的，如第9、24、27、28項及第18項中部分項如過渡電阻、接觸電阻測量等；有些是與其它項目同時進行或附帶進行的，第14項、18項的部分項等；

8、有些是變壓器投運前或投運后的例行檢查、試驗項目，如第19、20、21、22、23、25、30、31項；有些是在特殊情況下才進行，如第15、16、32項，對于第7項的交流耐壓試驗是一種破壞性試驗，對試驗設備要求很高，現場條件很難滿足，僅作為變壓器絕緣水平的一種“考核”項目。 根據變壓器現場運行的實際情況，在下列三種情形下需對變壓器進行故障診斷： （1）正常停電狀態下進行的交接、檢修驗收或預防性試驗中一項或幾項指標超過標準值； （2）運行中出現異常被迫停電進行檢修和試驗； （3）運行中出現其它異常造成事故停電，但變壓器尚未解體（吊心或吊罩）； 當出現以上情況之一，需迅速進行有關試驗，對變壓器狀況進

9、行診斷，電力設備預防性試驗規程中推薦了對于判斷故障時可供選用的試驗項目。若存在故障，則需進一步明確故障原因或類型、大致部位、故障的嚴重程度以及能否帶故障短期運行的判斷依據。如果沒有故障，則要分析出現試驗結果異常或其它異常現象的原因。當變壓器已經解體，吊心或吊罩，此時試驗目的一般不是為了故障診斷，而屬于故障排除的問題。 從實用工作角度看，常用的變壓器故障診斷項目主要是表1中的第1、2、3、4、5、8、10、11、12、13、17、18、20、26、29項。第2章 油中溶解氣體分析變壓器潛伏性故障是通過氣相色譜法定性、定量分析溶于變壓器油中氣體來實現的。變壓器油是礦物絕緣油，它由許多不同分子量的碳

10、氫化合物分子組成的混合物，分子中含ch3、ch2和ch化學基因，并經cc鍵鍵合在一起。在變壓器運行過程中，如果存在熱點（電流效應）和放電（電壓效應）比如局部過熱（鐵芯、繞組、觸點等）、局部電暈放電和電弧（匝層間短路、沿面放電、觸點斷開等）等故障條件，均會引起絕緣油和固體絕緣物的裂解，使某些ch鍵和cc鍵斷裂，使低分子烴類和一氧化碳、二氧化碳等氣體產生速率加快，隨著故障發展分解出的氣體產生的氣泡在油中經對流、擴散不斷溶解在油中，當產氣量人于溶解量時，一部分氣體進入氣體繼電器，可能引起瓦斯動作。故障類型及其能量密度(溫度、放電程度)主要決定于故障性質，不同故障或不同能量密度其產氣特征也是不同的，一

11、般故障性質與其特征氣體特點見表2。所以故障氣體的組成和含量與故障類型和嚴重性有密切關系，定期分析油中氣體含量對于監測掌握變壓器運行狀況是十分有效的。表2 故障性質與特征氣體的特點序號故障性質特征氣體的特點1一般過熱性故障總烴較高，c2h25l/l，ch4占總烴的主要成分，h2含量較高3局部放電總烴不高，h2100l/l,ch4占總烴中的主要成分4火花放電總烴不高，c2h210l/l，h2較高5電弧放電總烴高，c2h2高，并構成總烴中主要成分，h2含量高 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則(dlt7222000)中規定了變壓器油中氫和烴類氣體的注意值，當運行中變壓器內部氣體組分如氫或乙炔、總烴等超

12、過規定中任一項數值時，均應引起注意，查明氣體產生原因，及時跟蹤分析，同時考察產氣速率，根據設備運行歷史狀況和設備特點及外部環境等因素進行綜合判斷，如負荷、溫度、油中含水量、油的保護系統和循環系統、油中絕緣紙類別等。經驗證明：對變壓器故障部位的準確判斷，有賴于對其內部結構和運行狀態的全面掌握，并結合歷年色譜數據和其它預防性試驗(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等)進行比較。 值得注意的是，由于故障產氣與正常運行產生的非故障氣體在技術上不可分離，在某些情況下有些氣體可能不是設備故障造成，如油中含水可與鐵作用生成氫氣，過熱時鐵心層間油膜裂解也可生成氫，新的不銹鋼中也可能在加工過程中或焊接時吸附氫而運行后

13、又緩慢釋放，另外，某些操作也可生成故障氣體，如有載調壓變壓器中切換開關油向變壓器主油箱滲漏或選擇開關在某個位置動作時懸浮電位放電的影響，設備油箱帶油補焊，原注入油含有某些氣體成大修后濾油不徹底留有殘氣等，如我局陳家墩變電站10變壓器在正常年限大修后投運前取樣發現c2h2突然增至10 ul/l，而修前此變壓器均正常，后經查實是修時帶油補焊取樣閥門處法蘭所致，經濾油合格后投運。又如宗關變電站10變壓器從98年4月例行色譜分析中發現有問題，我們每隔3個月取樣，至2000年10日其c2h2量維持在1015 ul/l，h2無或很少(3，懷疑是有載調壓污染主油箱，比較此變主油箱、有載調壓油箱和儲油罐的油中

14、溶解氣體，確認為開關油向變壓器主油箱滲漏所致，經處漏后該變現一直運行正常。 對一氧化碳和二氧化碳的判斷，經驗證明，當懷疑設備固體材料老化時，一般co2co7，當懷疑故障涉及到固體絕緣材料時(200)co2co可能3，故可從最后一次的測試結果中減去上一次的測試數據，重新計算比值，以確定故障是否涉及固體絕緣。當懷疑紙或紙板過度老化時，可適當測試油中糠醛含量或測試紙樣聚合度。第3章 絕緣試驗3.1 繞組直流電阻的測量它是一項方便而有效的考察繞組縱絕緣和電流回路連接狀況的試驗，能反映繞組焊接質量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開關及導線接頭接觸不良等故障，實際上它也是判斷各相繞組直流電阻是否

15、平衡、調壓開關檔忙是否上確的有效手段。長期以來，繞組直流電阻測量一直被認為是考察變壓器縱絕緣的主要手段之一，有時甚至是判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。比如我局蔡甸某變壓器2001年11月7日因雷擊導致過電流35kvb相出口短路，產氣劇烈重瓦斯動作，檢查直流電阻時在其運行檔v檔時合格，但測量i檔時b相開路，色譜分析為高能量放電，疑是因雷擊引起過流致使繞組v檔以下有斷股燒毀，吊心發現b相線圈下端部1到5柄燒毀熔斷，經更換b相繞組后運行現運行良好。3.2 繞組絕緣電阻的測量繞組絕緣電阻的測量：繞組連同套管一起的絕緣電阻和吸收比或極化指數，對檢查變壓器整體的絕緣狀況具有較高靈敏度，它能有效檢查出變壓器

16、絕緣整體受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中缺陷，如各種貫穿性短路、瓷件破裂、引線接殼、器身內有銅線搭橋等現象引起的半貫通性或金屬性短路等。相對來講，單純依靠絕緣電阻絕對值大小對繞組絕緣作判斷，其靈敏度、有效性較低。一方面是由于測量時試驗電壓太低，難以暴露缺陷，另一方面也因為絕緣電阻值與繞組絕緣結構尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度等有關，但對于鐵心夾件、穿心螺栓等部件，測量絕緣電阻往往能反映故障，這是因為這些部件絕緣結構較簡單，絕緣介質單一，正常情況下基本不承受電壓，絕緣更多的是起隔離作用，而不像繞組絕緣要承受高電壓，比如我們預試中曾多次通過絕緣搖表發現變壓器鐵芯多點接地的情況，也曾通過絕緣

17、電阻的測量發現變壓器套管瓷件破裂、有裂紋現象。3.3 測量介質損耗因數tg 它主要用來檢查變壓器整體受潮油質劣化、繞組上附著油泥及嚴重的局部缺陷。介損測量常受表面泄露和外界條件(如干擾電場和大氣條件的影響)，因而要采取措施減少和消除影響。現場我們一般測量的是連同套管一起的tg ，但為了提高測量的準確性和檢出缺陷的靈敏度，有時也進行分解試驗，以判別缺陷所在位置。如99年對李家墩2#變壓器預試時，一相套管介損超標，搖絕緣只有20m，極可能是受潮引起，后拔出檢查發現套管末屏底部有水份沉積，套管己整體受潮，經烘干處理后投運。測量泄漏電流作用和測量絕緣電阻相似，只是其靈敏度較高，能有效發現有些其他試驗項

18、目所不能發現的變壓器局部缺陷。泄漏電流值與變壓器的絕緣結構、溫度等因素有關，在電力設備預防性試驗規程中不作規定，只在判斷時強調比較，與歷年數據相比，與同類型變壓器數據相比，與經驗數據相比等。介質損耗因數tg 和泄漏電流試驗的有效性正隨著變壓器電壓等級的提高、容量和體積的增大而下降，因此單純靠tg 和泄漏電流來正確判斷繞組絕緣狀況的可能性也較小，這主要也是因為兩項試驗的試驗電壓太低，絕緣缺陷難以充分暴露，試想對于110kv、220kv、500kv的變壓器，10kv或40kv的試驗電壓能使多少缺陷或故障得以“曝光”呢？但對于電容性設備，實踐證明如電容性套管、電容式電壓互感器、耦合電容器等，測量tg

19、 和電容量cx仍是故障診斷的有效手段。3.4 絕緣油試驗絕緣油廣泛應用于變壓器、油斷路器、充油電纜、電力電容器和套管等到高壓電氣設備中，起絕緣、冷卻、滅弧作用，在運行中絕緣油由于受到氧氣、高濕度、高溫、陽光、強電場和雜質作用，性能會逐漸變壞，致使它不能充分發揮絕緣作用，因此必須定期對絕緣油進行試驗，如測量絕緣油的擊穿電壓、絕緣油介質損耗等，由于其分析結果有一定程度分散性，所以其有效性受到來源于取樣、送檢、化驗全過程分散性的影響。3.5 交流耐壓試驗它是鑒定絕緣強度等有效的方法；特別是對考核主絕緣的局部缺陷，如繞組主絕緣受潮、開裂或在運輸過程中引起的繞組松動、引線距離不夠以及繞組絕緣上附著污物等

20、。交流耐壓試驗雖對發現絕緣缺陷有效，但受試驗條件限制，要進行35kv及8000kva以上變壓器耐壓試驗，由于電容電流較大，要求高電壓試驗變壓器的額定電流須在l00ma以上，目前這樣的高電壓試驗變壓器及調壓器尚不夠普遍，我局尚未大力開展。誠然，如果能創造條件對高電壓、大容量電力變壓器進行交流耐壓試驗，對保證變壓器安全運行有很大意義。3.6 規程規定規程規定，電力變壓器在交接時、更換繞組時、內部接線變動時要測量繞組所有分接頭的變壓比，檢查三相變壓器的接線組別，交接或更換繞組時還要測量變壓器在額定電壓下的空載電流和空載損耗等。通過繞組分接頭電壓比試驗，能檢驗分接開關檔位、變壓器聯結組別是否正確，對于

21、匝間短路等故障能靈敏反映，但對于線圈變形故障卻無能為力。測量額定電壓下空載電流和空載損耗，其目的是檢查繞組是否存在匝間短路故障，檢查鐵芯疊片間的絕緣情況，以及穿心螺桿和壓板的絕緣情況。當發生上述故障時，空載電流和空載損耗都會增大。第4章 短線圈變形檢測近年來，通過對發生故障或事故的變壓器進行檢查和事故分析，發現繞組變形是許多故障或事故的直接原因，一旦繞組變形而未被診斷繼續投入運行則極可能導致事故，嚴重時燒毀線圈。造成變壓器繞組變形的主要原因有：4.1 短路故障電流沖擊，電動力使繞組容易破壞或變形4.2 在運輸或安裝中受到意外沖撞、顛簸和振動等4.3 保護系統有死區，動作失靈，導致變壓器承受穩定

22、短路電流作用時間長，造成繞組變形。據有關資料統計，在遭受外部短路時，因不能及時跳閘而發生損壞的變壓器約占短路損壞事故的304.4 繞組問題承受短路能力不夠，有資料表明，近5年來對全國110kv及以上電壓等級電力變壓器事故統計表明這已經成為電力變壓器事故的首要原因，前文中提到的蔡甸某變壓器出口短路，主要是廠家在制造工藝用材上存在缺陷與不足，承受短路能力有限，致使繞組b相下端部1到5柄絕緣薄弱處燒毀熔斷繞組變形后帶來危害主要有絕緣距離發處變化：或固體絕緣多到損傷導致局部放電發生；繞組機械性能下降；產生累積效應等。我局現有一臺武漢高壓研究所brtcii型電力變壓器繞組特性測定儀，它采用頻率響應分析法

23、(fra法)對繞組變形進行測定，這種無損檢測設備頻率范圍廣(0.51000hz)，抗干擾能力較強，測定重復性較好，每臺變壓器的頻率響應特性測試需2小時左右，但由于缺乏原始試驗記錄，只能利用三相繞組頻率響應特性相互比較作判斷，因而需一定經驗，存在一定的不確定性，目前我們正著手建立110kv及以上主變壓器繞組特性的原始數據庫，以期今后發生變壓器短路對繞組變形有懷疑時，可與原始數據相比較得出更確切的判斷。第5章 局部放電測量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，它導致絕緣惡化乃至擊穿。隨著變壓器故障診斷技術的發展，人們逐步認識到局部放電是變壓器諸多故障和事故的根源因而局部放電的測試越

24、來越受到重視，近年來我國110kv以上電力變壓器事故中有50屬正常運行電壓下發生匝間短路等原因，也是局部放電所致，因此我局已把局部放電測量作為220kv變壓器安裝和大修的必試項目之一，這對于變壓器狀態監測和故障診斷將十分有效。第6章 在線監測的現狀和發展隨著電力系統的發展，對發、輸、供和用電的可靠性要求越來越高，同時隨著在線監測、模式識別、計算機信息處理等技術的發展，高壓電器設備從現行的計劃檢修(tbu)向狀態檢修(cbm)轉變已成為必然趨勢。通過故障模式分析，變壓器及其有載開關應該是在線監測的重點其項目主要有油中溶解氣體測量、局部放電測量、有載開關的觸頭磨損及機械和電器回路的完整性測量。 目前在我局應用的有加拿大syprotec公司hydran 201ti智能型變壓器早期故障在線監測系統，在6個變電站12個220kv變壓器上安裝，其檢測組分及其響應為100h2+18co+8c2h2+1.5c2h4，故它是一種以h2為主的可燃