1、.變壓器運行維護 2變壓器運行維護22020-11-27 17：04現場利用渦輪機房的起吊裝置將變壓器吊出油箱后，通過直觀檢查立即發現，問題出在鐵心框架和鐵心框架與油箱絕緣部位。由于變壓器絕緣在運輸期間遭受到破壞，因此在鐵心框架之間發生電弧，框架與油箱之間還出現了循環電流通過框架和油箱。有一段時期，這個問題在大型變壓器上經常出現，因此對鐵心的絕緣需要做非常慎重的試驗。假設已經到達規定的較高試驗要求，那么可以不做這種試驗。在發生電弧放電的部位增加絕緣后將鐵心和線圈放進油箱，使變壓器重新投人運行。圖126示出了返修后的變壓器油中溶氣分析數據，從這些數據可以看出，油中溶氣含量的變化為零，從而證實了變

2、壓器維修是成功的。圖126實例研究1號發電機變壓器修復后的油中溶氣含量研究的第二個實例不太成功，它沒有指出故障和需要維護的正確位置，一部分原因是由于有許多相關的小故障連續發生，此外，是由于操作和維護人員對油進展了大量的脫氣。當變壓器油中溶氣含量增加時，維護人員有時會陷入到一種進退兩難的境地，摘自：工變電器因為脫氣會使釋放出來的自由氣體含量到達能使Buchholz繼電器動作的程度。為了防止出現這種情況，其策略是對油進展處理，以便降低油中溶氣含量。然而，令人遺憾的是，油中溶氣分析方法在診斷故障時，會使人產生極大的迷惑。因為雖然油中氣體含量得到降低，但絕緣材料中的氣體含量卻仍然處于很高的程度。當很高

3、的氣體含量擴散到油中，一直到達平衡時，會增加油中的氣體含量，而這種氣體的生成速率卻與故障無關。因此，對故障氣體進展診斷時，最好采用沒有脫氣處理的油摘自：工變電器。實際診斷此實例變壓器是一臺l9.5kV/300kV發電機變壓器，油中溶氣含量首先說明了變壓器運行前6年的狀況以及延續運行l4年后，直到最后因碎屑造成Buchholz繼電器動作，不得不將變壓器從系統撤離的油中溶氣數據。表17是此臺變壓器14年運行期間的油中溶氣含量以及每次油樣的采樣時間。摘自：工變電器表中還包括羅杰斯比值。在最后3年運行期間，由于機械原因，將發電機電壓限制到18.7kv。在此需要說明的是，在這段時間，油中溶氣含量較為穩定

4、。在整個運行周期里，發電機自動電壓調整AVR存在一個控制問題，導致電壓常常超過l9.5kv。研究認為，變壓器的一些問題是由于過電壓階段產生的過勵磁所致，這或容許以通過降低運行電壓而到達降低氣體含量的目的。可以看出，羅杰斯比值并沒有明確的形式。由于變壓器的氣體生成歷史背景較復雜，并且已經積累了大量的監測數據，所以，在決定完全報廢變壓器之前，撤除變壓器并進展詳細檢查是必要的。通過實際檢查說明，變壓器存在嚴重的故障，某些故障很可能形成較早，并且屬于過勵磁所致。已經斷定的故障如下：·繞組夾緊調節螺栓的電弧放電。·與繞組應力屏蔽相連接處電弧放電。·在鐵心鋼板邊緣，被持續通過

5、的嚴重循環電流灼燒。·鐵心框架和臨近鐵心框架的絕緣過熱。認為后兩項故障屬于過勵磁所致摘自：工變電器。表17研究實例2.發電機變壓器在l969年1983年之間的油中溶氣含量和羅杰斯比值。陰影部分表示數據來自油脫氣后立即取樣進展分析得到的結果后一種情況證明，有時要完全的依賴油中溶氣分析結果得出有價值的結論非常困難。油中溶氣分析方法只不過是可以為運行維護人員提供可能存在故障的一種提示。有許多額外問題，例如，變壓器能否從電網中撤除，能否進入油箱進展檢查，以便確定故障位置等。摘自：工變電器即使已經做出這種決定，假設繞組內部存在故障，仍難以發現，因此利用外觀檢查查不出來。其次的問題是是否需要進一

6、步采取措施，并使變壓器從系統中撤離，大多數的維護人員都將回避這個問題。7.4氣體監測器在偶爾的情況下，利用油中溶氣分析也會檢測出有一定嚴重程度的故障。除了故障的嚴重性以外，變壓器在運行時會存在壓力，這種壓力會一直持續到變壓器接近停頓運行或也許直到從另外地點安裝一臺備用變壓器為止。在這些情況下，那么需要經常進展取樣分析，安裝氣體在線監測器是一種可行且比較經濟的做法。可以將在線監測裝置連接到油路中，并且可以現場采樣分析，即每隔1h便可進展取樣分析。應當建立故障氣體或總氣體含量的報警值，以便監測超過規定限值的油中溶氣含量摘自：工變電器。這種氣體在線監測裝置由英國中央供電局與英國薩里郡的西格爾Sing

7、nl In一struments of Camberley儀器公司共同研制。假設干年前，西格爾儀器公司的儀器便連續投放市場，但是造價相當昂貴。因此，除了特殊情況以外，一般情況下不宜采用。由于存在很大的市場局限性，所以從20世紀90年代早期便已停頓消費這種裝置。然而，最近研制的可編程邏輯控制器，可使儀器本錢得到極大降低，相信在不久的將來，這種裝置會以同樣的形式重新出如今市場上。較經濟的在線監測裝置是氫氣在線監測儀，它也是上述公司與英國中央供電局結合研制的。這種氫氣在線監測的工作原理是，無論任何時候，摘自：工變電器變壓器故障都會產生氫氣見圖6-123，因此，只要連續監測并建立氫氣報警值便可發現異常。

8、但是這種裝置有一個缺點，即只要存在故障氣體便報警。從以上闡述可以看出，并不是只要有大量的某種氣體或某些氣體存在就能做為故障的標志，故障僅僅是以氣體含量在現有根底上發生突然變化為標志。實際上，應當掌握最現代的判斷氫氣的方式，即僅僅考慮氫氣含量出現突然變化的情況。當然某些情況下，采用在線監測裝置是非常有用的，這是阻為在線監測裝置可以對那些開展非常快速的故障發出報警。任何時候，人工采樣都存在著采樣頻率方面的限制。按照每兩三個月進展一次常規取樣往往是不切合實際的，因為在這一時間段里，變壓器可能會發生許多故障。應當明白，為什么英國國家電力公司規定，如今所有投入到400kv和275kv電力系統的新變壓器都

9、要安裝油中溶氣在線監測裝置。提出的另一項有價值的建議是，所有新投入運行的超高壓變壓器，在運行前3個月都應進展在線監測，要求變壓器容易與在線監測裝置連接在一起。7.4.1纖維劣化雖然在20世紀70年代后期，英國中央供電局采用油中溶氣分析方法在預測故障方面獲得了顯著的進步和許多成功，但在此期間，曾出現過一或兩次沒有預測出的災難性失敗。這暴露了油中溶氣分析方法的缺乏。其中一個問題是，在很低的過熱溫度下，碳氫氣體生成緩慢，因此很難準確的測出它們在油中的含量，雖然是低溫過熱，但仍然會導致縮短變壓器預期壽命。在這種情況下，需要一種較準確并且敏感的測定絕緣紙劣化的方法。在這種背景下，開場了以下研究工作。資料

10、來源于1984年8月9月召開的國際大電網會議論文，摘自：工變電器作者是英國中央供電局的PJ波頓P.JBurton，J格雷厄姆J.graham，A.C.郝爾A.C.Hal1，J.A.拉沃爾J.A.Laver和A.J.歐來沃爾A.J.0liver。以上幾位作者所研究的方法均基于對11O低溫下絕緣紙受熱劣化后油中化合物的分析結果。此種分析方法的意義在于配合油中溶氣分析，但并非可做為一種單獨的方法，要依靠油中溶氣分析提出可能存在的故障報警。這一新技術將被用來獲得關于故障性質和故障程度方面的更多信息摘自：工變電器。采取油樣之后，要與甲醇相混合。混合的目的是使油中一定量的化合物溶解在甲醇中，化合物的濃度由

11、油的平衡來確定與前面闡述的油/水/紙平衡相類似。將甲醇和它的溶解物放進高性能液體光譜分析儀中，以便進展單獨化合物的別離和測量。圖6-127示出了典型的色譜分析圖。纖維劣化采用甲醇提取的主要原因是防止油的成分聚集，造成光譜難于探測和區分化合物摘自：工變電器。圖6-l27還列出了紙劣化的產物。在這些化合物中，2糠醛是從運行變壓器中檢測出來的常見化合物。利用這種研究方法，對運行變壓器采集了許多樣品進展糠醛含量分析。已注意到一臺22kV/400kV發電機變壓器在16個星期內，乙烷和甲烷含量出現非常快速的增加，從而說明變壓器存在150200的過熱。在同樣的時間段，糠醛含量那么從0.7mg/L增加到1.7

12、mg/L，推測紙和油都存在過熱。變壓器最終出現失效。調查說明，變壓器A相和B相繞組疏松，可能由于輸電系統的故障和變壓器低壓繞組B相的匝間故障使變壓器跳閘所致。絕緣紙出現的過熱證實了糠醛含量高的原因摘自：工變電器。利用這種方法探測紙劣化的可信度已得到證實。但這種方法也存在著與油中溶氣分析相類似的司題，并沒有規定正常變壓器存在的糠醛含量標準，因此，不可能像有人希望的那樣對全部變壓器進展糠醛含量測量，以確定出絕緣過早老化的變壓器。尚沒有一種可以有效區分細微劣化和部分嚴重劣化的方法。還有一種情況，即假設短期過載引起過熱和嚴重老化，會產生一定量的糠醛，但隨后進入正常的負載周期，摘自：工變電器并沒有過熱現

13、象，糠醛被吸進大量的絕緣紙中，在這種情況下，油中的糠醛將與正常情況的稍有區別。正像油中溶氣分析那樣，經過一段時期后，又會測出糠醛含量，可將測到的階躍變化看成是故障狀態的一種標志。7.4.2在工廠試驗期間進展油中溶氣分析當然應當指出，油中溶氣分析不僅可作為變壓器運行期間的一種斷定故障的根據，同時還可做為工廠試驗期間的一種非常有用的診斷方法。電力部門正在逐步認識到，要檢驗大型變壓器能否適應30年或30年以上的平安運行，僅憑幾個小時的工廠試驗是非常有限的。此外，技術規定將允許較高的運行溫度，顯然理論上仍允許高于熱點試驗所測到的平均值，但用戶卻不敢保證不出現超過允許限值的熱點。還有一種趨勢是，變壓器廠

14、家縮短溫升試驗時間，這樣可以減少初始相位試驗期間需要的強風冷卻，但卻減少了發現故障的概率。與此相反，許多用戶規定溫升試驗或確切地說，熱運行試驗應當持續24h。在這一時間范圍，從熱運行試驗前、后采取的油樣中，可得到重要的油中溶氣數值摘自：工變電器。一般來說，雖然不能建立油中溶氣含量的驗收標準，但通過分析油樣不僅可清楚地說明存在的嚴重故障，而且還可以提醒影響變壓器預期壽命的絕緣過熱故障。當然，短路溫升試驗的一條標準是鐵心磁通密度必須很低，能導致變壓器出現過熱的漏磁通也必須有很大的降低。英國中央供電局為此規定，延長過電壓運行試驗的時間，即相當于對變壓器進展8h、83%過勵磁。認為在這樣長的過勵磁狀態

15、下，足以使油中產生能探測到的氣體含量，并且可以反映出由漏磁通導致的明顯過熱。當然許多廠家已經認識到在工廠試驗期間并非等到問題嚴重時才發現變壓器初始故障的好處。因此，提倡采用油中溶氣分析作為工廠試驗的一種性能分析方法。IEEE電機工程學會1981年7月在西屋電器協會召開的會議論文中，曾闡述了兩個研究實例。這兩個實例均是殼式變壓器。第一臺殼式變壓器是三相帶有載分接開關的殼式變壓器。表6-18示出了工廠溫升試驗后的油中溶氣分析結果。推測溫升試驗前已經做過油樣分析，但沒有列出數據。假定一臺剛注油并且已經過油處理的新變壓器初始氣體含量很低。即使在沒有采用比值做斷定的情況下，根據乙烯的含量便可清楚的看出變

16、壓器已經存在嚴重的過熱。此外，新變壓器中存在的乙炔應做為變壓器存在故障的標志。論文指出，調查發現的過熱是漏磁通所致。采取措施后，重復溫升試驗說明過熱問題已經得到解決摘自：工變電器表6-18在工廠試驗期間采用的油中溶氣分析：例l.根據IEEE電機工程學會1981年的論文診斷結果：雜散磁通使變壓器鋼構造件受熱。報導的第二個實例是電爐變壓器。此變壓器具有很大的低壓額定電流，低壓引線和連線均采用帶螺栓連接的銅排。表6-19示出了溫升試驗后的油中溶氣分析結果，實際上油中碳氫氣體含量相當正常。變壓器溶氣分析結果的非正常現象是所有樣品均無氫氣含量。分析經過最新處理的變壓器油樣并沒有發現任何氣體含量超標。當然

17、，必須認真關注甲烷和乙烷含量。乙烯含量很低，說明變壓器沒有非常的過熱現象。論文指出，摘自：工變電器盡管檢查了所有螺栓，并沒有發現松動現象，但證實螺栓擰得不到位，僅達1/4或1/2。進一步檢查后沒有發現其他故障。通過重復進展溫升試驗也沒有發現任何碳氫氣體。表6-19在工廠試驗期間的油中溶氣分析：例2.根據IEEE1981年秋季會議論文診斷結果：低壓引線嫘栓接點過熱。7.4.3確定油中溶氣的限值由于上述原因，很難確定變壓器的故障氣體"限值"。因此，大多人在采用油中溶氣分析碳氫氣體和絕緣紙的纖維劣化物時，均側重于分析它與原來的氣體含量值的變化趨勢。因為根據氣體的變化趨勢可以判斷出

18、是否存在故障。但許多變壓器用戶那么感到應當有個限值標準，也有一些人已經致力于這方面的工作。國際電氣電子工程師學會IEEE的油中溶氣分析解釋編碼帶有參考限值。在英國，工程師協會EA的技術博士M.K頓恩Domun已經研究并搜集了大約500臺變壓器的油樣分析數據。數據主要來自132kv變壓器。多年來的分析工作結果已經發表在國際電氣公司IEC委員會1992年9月的"介電材料、測量和應用會議的論文中，對于經歷了漫長負載周期的變壓器來說，這些溶氣含量值是屬于"正常"狀態的"最正確值"。表6-20列出了這些數值摘自：工變電器。表6-20 M.K.頓恩Domu

19、n's規定的系統變壓器油中溶氣限值頓恩強調各單臺變壓器間的油中溶氣值存在很大的變化,例如，根據以上規律選擇50%，那么至少有50%的樣品符合這些參數值。英國中央供電局對大型發電機變壓器的經歷是，可以在很高負載下運行很長時間。這一點與頓恩研究的系統變壓器不同，這些發電機變壓器的碳氫含量明顯高于表6-20中的限值，但仍然可以正常運行。7.5其他監測系統可將變壓器故障分成三種根本的故障形式：·變壓器絕緣受到破壞，導致內部出現電氣擊穿。·由于變壓器存在嚴重的內部過熱，導致出現故障。·由于不能耐受強烈的外部故障的影響，導致變壓器遭受機械方面的失效。在以上三條中，頭兩

20、條是實際的"故障"，在故障到達災難性程度之前，可以借助溶氣分析方法提供初始擊穿標志。但對于第三條故障來說，它代表"壽命終結"式失效。當變壓器絕緣在經受長期劣化失去機械強度時，紙或油卻仍然保存一定的絕緣強度。因此，對于那些絕緣已經老化，并且處于使用壽命邊緣的變壓器來說，雖然變壓器不會立即失效，并且變壓器尚能維持正常運行，直到由于某些外部原因，摘自：工變電器例如，變壓器端子附近的系統故障造成變壓器承受一種"沖擊"性的機械負載。用戶最好在出現這種故障之前，將變壓器從電網中撤掉。假設提早幾年撤掉這種變壓器，由于變壓器沒有實現全部的利用價值，也

21、許會造成一種經濟上的損失，但假設直到變壓器出現失效才進展撤換，那么，用戶那么可能由于變壓器的不定期斷電而付出經濟上的損失，當需要迫切撤換變壓器時，可能要承擔某些后來涉及到的一系列損失摘自：工變電器。其他監測系統對這一問題研究人員已經研究了假設干年，目的是尋求一種可以判斷絕緣是否已經到達真正的壽命極限，即不再具有足夠的可滿足機械要求的強度。希望在形成糠醛的早期階段，能結合絕緣紙劣化的程度確定出糠醛含量。這樣便可提供有效的斷定絕緣劣化的根據。摘自：工變電器但問題是，測定糠醛的絕對指標與測定碳氫氣體的指標非常一致。因此，變壓器絕緣材料的體積、含油量、絕緣材料含水量和酸度等性能指標以及變壓器負載形式的

22、顯著變化，都是影響絕緣中糠醛含量發生變化的因素。此外，在變壓器熱點的周圍區域，所出現的絕緣材料部分劣化正像端子劣化那樣，其劣化程度遠遠大于經過大面積維修但沒有出現明顯熱點的區域。然而，由于在變壓器的熱點區域糠醛含量很低，所以很難探測出來。絕緣紙的性質取決于組成纖維分子的長鏈。絕緣紙機械性能的劣化是由于這些長鏈分子的分解所致，早期研究者采用張力強度作為斷定剩余壽命的一種標志。目前測量絕緣紙聚合度DP的做法是測量長鏈纖維分子的"鏈數"。對于新絕緣材料來說，分子鏈數大約在11001200。摘自：工變電器變壓器絕緣紙在枯燥和處理階段，其分子鏈數會迅速下降到850900，可將此數值做

23、為新變壓器分子鏈的典型起點數。當絕緣紙聚合度下降到250時，絕緣紙的壽命便已到達極限，此時，絕緣紙會突然失去它的剩余強度，大約到達起始絕緣強度的一半。建議在進入變壓器并取絕緣紙樣測量聚合度時，應估計絕緣的剩余壽命。當然，問題是采取的絕緣樣品能否完全代表熱點附近較關鍵的絕緣狀況。解決這一問題的方法是當變壓器投入運行時，在最高油溫處，放一個絕緣紙樣，利用放在繞組出線端的電流互感器加熱線圈進一步加熱樣品，其加熱方式與熱顯像繞組溫度計完全一樣。這種做法的困難是不可以非常準確確實定出變壓器熱點溫度。由于沒有更準確的測定方法，只能根據推測來確定變壓器壽命的終結時間摘自：工變電器。另一項研究是根據許多研究者

24、的設想來估計繞組范圍內施加低壓脈沖后產生的位移。由于絕緣老化會導致收縮，因此，盡管變壓器制造過程的夾緊力能使繞組處于最初的軸向擠壓狀態，但是隨著壽命終結期的降臨，這種收縮作用將會產生一種疏松度。疏松度本身便是對絕緣機械強度已呈下降趨勢的變壓器的一種破壞。疏松度可以使繞組位移。假設繞組已經出現位移，在很高的貫穿電流下，繞組的軸向力便會進一步增加。通常的做法是要求變壓器完全與系統斷開，以免受外部電路影響，增加檢測繞組變化的難度。如今有人已經嘗試利用聲音傳感器來探測繞組對沖擊電壓振動的響應。另一項技術那么根據繞組電感和電容值的細微變化會導致自然諧振頻率變化的原理。所有研究方法的障礙均與反映變壓器狀態

25、的測量參數和有效性有關。選擇參數的準確測量本身相當困難，它往往會使最終結果相差許多倍，因此不能用這類方法在可預見的將來時間段里獲得較有意義的結果，所以必須繼續采用推測的方法摘自：工變電器。7.6變壓器故障和起因因為變壓器設計和制造技術開展迅速，在開展和變革進程中，人們獲得了大量的經歷，即，哪些方面符合要求，哪些方面不符合要求。令人欣慰的是，在本書第一版發表70多年后，變壓器制造經歷已趨于成熟，從而使變壓器故障率得到明顯降低。僅僅從過去20年變壓器出現的故障一覽表中，很可能看不到什么變化。對目前制造的變壓器來說，盡管變壓器外觀一樣，但其構造特點卻與20年前制造的變壓器有許多不同。例如，在本書的早

26、期版本中，將鐵心螺栓絕緣故障看成是一種常見故障。根據這一經歷，目前用戶規定了鐵心螺栓絕緣的質量，甚至不采用鐵心螺栓，即使大型變壓器鐵心如今也不采用螺栓摘自：工變電器。并摘自：工變電器非說變壓器故障不再發生。在20世紀70年代早期，英國中央供電局已經注意到大型發電機變壓器存在著很高的干擾性故障率。大型發電機變壓器故障率高的原因很多，但其中最明顯的原因是隨著英國發電機額定容量從120MW迅速增大到500MW和600MW，從而使變壓器尺寸出現突變性增大所致。在20世紀80年代，通過對變壓器制造過程中的質量保證和各種性能試驗，將變壓器制成單相，然后組裝成三相變壓器，以便利于運輸，并且減少了疊加在根本材

27、料上的負載，在變壓器設計時，采用經過運行檢驗的設計構造等，凡此種種都使變壓器的故障率得到大大降低。有人對于不采用經常變革的設計構造持有爭議，因為限制創新那么意味著不讓制造廠家利用自己的技術來進步產品的競爭力。但實際上，指責和抱怨是針對變壓器經常出現故障而來的，因為根據推斷，假設新構造的變壓器在運行中常出現故障，那么這種創新那么難于被用戶所承受，不管其改進材料的可靠性和設計計算方法是否比以前的要好，用戶仍回絕使用這種變壓器，因此限制了創新的積極性，還將導致用戶的技術規定不被接納。這是來自英國電力供電部門工業用電技術規定BEBS T21966的批評。確實，在這個文件中指出了許多令人難以承受的變壓器

28、設計構造方面的改變，因為這些改變使變壓器在運行中引起了許多故障。如今的技術規定允許制造廠采用自己的設計方案。在這種自由度的前提下，必須對變壓器技術規定有一個適當的檢驗。必須告知廠家制造的變壓器所面臨的垂行條件。同時希望能使期望中的用戶指出如何設計制造變壓器才能影響變壓器運行特性。顯然，并非所有變壓器故障均屬于設計和制造方面的故障。運行和維護也對變壓器故障有一定影響，這一點可通過本章前面的闡述得到理解。盡管運行維護方面的要求很少，但用戶必須定期監測變壓器狀態，假設想得到較高的可靠性，必須注意以下三方面：·必須適當的維護呼吸系統，以便使含水量保持在最低的允許限值摘自：工變電器。·

29、;必須在任何時間都使變壓器得到較好的冷卻，使過載保持在允許的范圍內。對任何可能的過熱均應采取措施。·變壓器不能經受過分的過電壓。變壓器故障的一項最詳細國際性研究是由國際大電網會議工作組1978年進展的。它在大電網刊物上的報告是88份，日期為1983年5月。報告來自l3個國家，涉及各種類型的變壓器，高壓從72765kV。這些報告分析了1968年1978年間出現的1000屢次變壓器故障，涉及的變壓器總臺數達47000臺·年以上，運行時間那么從"剛剛投入運行"到"已有20年運行期"不等，近半數的變壓器運行期在l0年和20年間。變壓器類型可分為電廠用變壓器、電站用變壓器和自耦變壓器，進一步劃分又可分成帶有載分接開關和不帶有載分接開關摘自：工變電器的變壓器。檢測的目的是要建立可靠性數據，對有問題的數據還要求根