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1、,2014届学士论文毕业答辩,典型变压器故障分析与在线监测,答辩人：孙家文 指导教师：黄静,2014年6月5日,荆楚理工学院电子信息工程学院,本论文的主要内容,第四章针对目前电力变压器实际出现的故障多为突发性故障而常规诊断方法无法正确解决的情况下，提出了在线监测技术,论文共分五章：,第一章为绪论部分，阐述了本课题研究的背景、意义。国内外发展动态及现状,第二章对电力变压器的常见故障及特征、故障原因进行分析,第三章主要介绍变压器油中溶解气体的检测与诊断;变压器内部故障类型与油中气体含量的关系并在此基础上提出了故障类型的判断方法：三比值法,第五章是总结和展望部分，对本文的成果和不足分别进行介绍。,第
2、一章.绪论,1,1.选题背景及意义,国内外发展动态,：对电力变压器的常见故障及特征、故障原因以及目前常用的电力变压器故障的检测与诊断方法进行分析并提出在线监测技术。,1,本课题研究内容,1,第二章.电力变压器的常见故障及特征,电力变压器简介,故障的类型及产生的原因,变压器结构：由变压器本体和变压器附件这两大部分构成,2,电力变压器简介,铁心,绝缘装配件,绕组,分接开关,引线及外壳,高低压套管,变压器油枕,冷却装置,保护测量装置,测示仪表,变压器分类：,按用途分：,1.电力变压器（升压、降压、配电、联络变压器） 2.特种变压器（电炉、整流、控制变压器）,按绕组分：,1.双绕组变压器 2.三绕组变
3、压器 3.多绕组变压器,按相数分：,1.单相变压器 2.三相变压器,故障的类型及产生的原因,（1）变压器故障特点 ：变压器的故障率随着额定电压的增高而增加。 变压器的故障率随着变压器容量的增大而增大。,（2）变压器的故障类型 ：变压器的过热故障 变压器短路故障 变压器放电故障 变压器渗漏油故障 变压器进水受潮的故障 变压器绝缘故障 变压器分接开关故障 变压器铁芯故障,（3）不同类型故障的产生原因 ：,产生过热故障的主要原因 ： A. 绕组过热。因绕组的制作工艺，如端部或换位等绝缘处理不良造成局部放电、短路;绕组的冷却油路堵塞，使绕组绝缘老化严重，绕组内部温升较高，局部出现过热等。 B.分接开关
4、接触不良。由于频繁调压，负载电流增大调压开关的触头之间机械磨损、触头污染，因电腐蚀及电流热效应使弹簧的弹性变弱及检修工艺不良等，使开头的触头压力减少，接触电阻增大，局部发热，从而加剧触头电腐蚀及机械变形等，如此恶性循环，使变压器氧化、接触电阻增大，造成变压器过热故障。 C.引线故障。主要有引线分流故障，因装配、检修等不良使引线导线绝缘破损，造成裸铜线与套管的铜管内壁相碰，产生分流放电而过热;引线的接头过热或因套管将军帽接触不良造成引线过热故障;还有引线的断股、焊接工艺不良等造成引线过热故障。 D.漏磁导致的故障。在大型变压器、互感器中由于杂散损耗很大，在其铁芯的夹件拉杆等个别部位产生局部过热。
5、 E.变压器冷却装置故障。冷却装置的风路、油路堵塞引起过热现象时有发生，其原因有冷却装置的电源故障或油泵异常使油流速度和流量减少、或散热器风道缝隙被杂物堵塞（散热器长期未清扫易发生此情况）严重影响变压器正常散热，使变压器油温明显上升，而负载并没有多大变化，此外还有冷却风扇故障、反转或自起动装置失灵、定值错误等都会使变压器油温上升。,产生短路故障的主要原因 : A.在变压器结构设计中，对作用在变压器绕组上的电动力，仅按静力学计算是不能正确反映变压器突发短路电流冲击时所承受的各种应力的。 B.选择导线不恰当，存在重视热性能而忽视机械应力的现象。 C.绕组轴向压紧力不够。 D.引线固定支点不够、支架
6、不牢固、引线焊接不良等。 E.内绕组与铁芯柱间支撑不够。 F.制造过程中工艺条件不规范，质量控制不严。,产生放电故障的主要原因 : A.局部放电故障，主要原因是：油中存在气泡或固定绝缘材料中存在空穴或空腔。其介电常数小，容易引起放电，制造工艺不良，有尖角、毛刺、漆瘤等放电以及金属导体接触不良引起的放电。局部放电虽然能量密度不大，但其恶性循环会最终导致设备击穿损坏。 B.火花放电故障，因运输过程或运行中造成某金属构件接触不良而放电，因调压开关调压绕组、套管端部、铁心屏蔽件、夹件等在变压器内部强磁场中形成悬浮电位而引起火花放电。此外由于变压器油中杂质影响，杂质在强电场中被极化形成“小桥”，改变了介
7、质电场分布，绝缘油因受游离、氧化、气隙泡增大，如果逐渐发展下去，会在气隙通道中发生火花放电。,产生渗漏油故障的主要原因 : 大多数是由于制造过程中形成的缺陷或者由于材质不良而引起的，此外因安装、检修时质量问题及环境、负载等因素影响，会造成变压器的渗漏问题。 A.变压器的焊点多、焊道长，焊接的工艺、技术及材料直接影响焊接质量。 B.密封材料质量低劣、老化是变压器连接部位渗漏的主要原因。变压器油箱本体以及套管、冷却系统等连接处均采用橡胶密封件连接，这些橡胶密封件长期处于高温（大于环境温度）、挤压、油浸和局部暴露的条件下，容易老化、变质、龟裂、塑性变形，以至失效，这也是造成密封处渗漏的主要原因。而材
8、质低劣，安装检修工艺不良（如密封圈接触不平整，挤压不均匀等）是变压器早期出现油渗的主要原因。 C.变压器的导电铜杆、导电铜板及安装座的铜焊处时常会发生渗漏，因铜焊的脆性较大，在安装或运行中可能发生裂缝而渗漏。,产生进水受潮故障的主要原因 ： 进水原因有：套管顶部连接帽密封不良，水分沿引线进入绕组绝缘内，引起击穿事故;呼吸器的干燥剂失效;污爆管密封不严或潜水泵渗漏;油枕隔膜或胶串破损等情况，外界的潮气会通过这些途径进入变压器，使绝缘受潮。此外还有检修过程中，器身暴露空气中时间过长，空气中温度过大造成绝缘受潮。,产生绝缘故障的主要原因 ： 据统计变压器绝缘故障形成事故约占全部变压器事故的 85%以
9、上。 一般变压器的预期寿命 2040 年，但由于实际运行的负载较额定值为低，温升的累积较设计值低，因而变压器的实际寿命的预期的要长许多，现场运行经验表明，维护得好的变压器实际寿命可达 5070 年。 绝缘性能劣化包括纤维脆裂，即受热过度，使水分从纤维材料中脱离，或长期受热，纤维中的水分被进一步排出，其结果使纤维材料脆化，纤维材料的机械强度下降。纤维材料在脆化后收缩，使绝缘垫块失去夹紧作用。 变压器的性能下降主要有污染和劣化两个方面。油污染是变压器油混入水分和杂质，使其绝缘性能大为降低。其原因主要有安装、检修过程中，一些杂质混入油中；另一方面运行中密封不良，（如通过油枕、呼吸进入潮气，使油中含水
10、量过高）。 油的劣化则是油的氧化过程的结果，早期劣化主要是油中生成的氧化物与绝缘纤维材料反应生成氧化纤维素，使绝缘强度变差。而后期劣化则主要是酸浸蚀铜铁、绝缘漆等。,产生铁芯故障的主要原因 ： 造成铁芯故障原因有制造安装和检修过程中疏忽。将异物、杂物掉入油箱；铁心夹件、尺寸不对；铁心绝缘脱落；运输中定位钉未翻动或拆除；绝缘油泥污垢堵塞铁心散热通道；下夹件与铁轭的木垫及绝缘损坏受潮等等。,产生分接开关故障的主要原因： 变压器的分接开关故障占有一定比例，约占全部故障的 5%10%，故障停运时间占整个非计划停运时间不到 5%。无载分接开关的常反映在开关弹簧压力不足，滚轮压力不足，压力不均，接触不良，
11、接触面过小，接触电阻增大，烧伤，引线连接不良，此外分接开关相互绝缘距离不够等等。,第三章.变压器油中溶解气体的检测与诊断,变压器油中气体产生的原因,通常变压器选用油纸或油和纸板组成的绝缘结构。当变压器内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时，会产生多种气体。这些气体会溶解于油中，不同类型的气体及其尝试可以反映不同类型的故障。所以对油中溶解气体的监测和分析是变压器绝缘诊断的重要内容。,变压器油中气体组分,2,变压器油主要由碳氢化合物组成，包括烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃等。根据研究分析，变压器发生故障时分解出的气体主要有：,（1）300800时，热分解产生的气体主要是低分子烷烃（如甲烷、乙烷）和
12、低分子烯烃（如乙烯和丙烯），也含有氢气。,（2）当绝缘油暴露于电弧中时，分解气体大部分是氢气和乙炔，并有一定量的甲烷和乙烯。,（3）发生局部放电时，绝缘油分解的气体主要是氢气、烷和乙炔，发生火花放电时，则有较多的乙炔。,变压器在不同状态下油中气体的含量,运行半年内，烃类气体无明显增长，但氢气和碳的氧化物增长较快。这是由于制造过程中残留气体的影响。如变压器油中气体浓度超过表 31 中（2）项规定的值，就被确认为内部有故障。,新变压器在投运前和 72 小时试运行期间，进行油中气体分析是很重要的。要求气体浓度不超过表 31 中（1）项规定的值。,运行时间较长的正常变压器随运行时间的增加，油中可检测出
13、一定量的 CO、CO2、H2、CH4、C2H4、C2H6但C3H8、C2H2通常油中是不含的。,表3-1 新变压器投运前后油中气体的极限浓度（ul/L）,变压器内部故障类型与油中气体含量关系,3,变压器内部故障模式如前所述，可归为机械故障、热故障和电故障三种类型，主要以后两种为主，并且机械故障常以热故障和电故障的形式表现出来。,过热性故障与油中气体含量关系,统计表明，过热性故障的原因中，由于分接开关接触不良而引起的占 50%，铁心多点接地和局部短路或漏磁环流引起的占 33%，导线过热和接头不良或紧固件松动引起的占 14.4%，局部油道堵塞造成局部散热不良引起的约占 2.6%。 当热应力只引起热
14、源处绝缘油分解时，所产生的特征气体主要是 CH、C2H4，它们的部和占总烃的 80%，且CH4所占比例随着故障点温度的升高而增加。过热故障一般不产生C2H2，只在严重过热时才产生微量C2H2其最大含量也不超过总烃的 6%。当涉及固体材料时，则还会产生大量 CO、CO2。,电气部分故障与油中气体含量关系,电性故障可分为电弧放电、闪络放电、局部放电几种故障类型 。,电弧放电：,以线圈的匝、层间击穿为多见，其次是引线断裂或对地闪络，或分接开关飞弧等故障模式。其特点是产气急剧、量大。尤其是线圈的匝、层间绝缘故障，因无先兆现象，一般难以预测，最终以突发性事故暴露。,闪络放电 ：,通常发生在以下情况：引线
15、或套管储油柜对电位未固定的套和导电管放电，引线局部接触不良或铁心接地片接触不良而引起放电，分接开关拨叉电位悬浮而引起放电等。闪络放电的特征气体也以C2H2、H2为主，因故障能量小，一般总烃含量不高。,局部放电：,随放电能量密度不同而不同。一般总烃不高，主要成分是H2，其次是CH4。 无论哪种放电，只要有固体绝缘介入时，就都会产生CO 和CO2 。,受潮与油中气体含量关系,当变压器内部进水受潮时，油中水分和含湿气的杂质容易形成“小桥”，导致局部放电而产生H2。水分在电场作用下的电解以及水与铁的化学反应均可产生大量H2 。故受潮设备中，H2在氢烃总量中占比例更高。,油气分析与故障诊断,正常运行时，充油电气设各内部的绝缘油和有机绝缘材料,在热和电的作用下，逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类气体及一氧化碳、二氧化碳等气体。在热和电故障情况下，也会产生这些气体。这两种来源的气体在技术上不能分离，在数值上也没有严格的界限，而且与负荷、温度、油中的含水量、油的保护系统和循环系统，以及取样和测试的许多可变因素有关。因此在判断设备是否存在故障及其故障的严重程度时，要根据设备运行的历史状况和设备的结构特点及外部环境等因素进行综合判断。有时设备内并不存在故障，而由于其它原因,
