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1、第四章 电力变压器的监测与诊 断一、变压器检修形式1、计划定期检修标准项目检修，运行期间运行维护中的主要组成部分，包括定 期的大修和不定期的小修。其中，前者要打开钟罩对变压器内 部情况进行较为详细的检查、清扫、检修和紧固，后者只能是 检查变压器的外部状态和外附部件进行清扫、检查和检修.2、不定期的状态性检修 变压器在正常运行监测中，通过试验、检查和分析结果能够提 前判定出的变压器各部件临近损坏的渐变过程，经过检修或更 新来恢复变压器的健康水平。概述一、变压器检修形式3、非标准项目的恢复性大修变压器经过长期运行积累形成的严重缺陷，危及到它的可靠运 行（或运行中的突发事故），需要通过非标准项目的恢
2、复性大 修来处理和消除这些严重缺陷和某些组。部件的损坏。概述二、变压器检修周期1、大修周期新变压器投入运行后5年内应该进行延迟吊罩检查；再往后，每 隔10年进行一次。对于曾出现过出口短路的变压器（尤其是铝绕组），应提前进 行试验检查或检修，测试绕组的变形量。2、小修周期一般每年一次，安装2-3级污秽地区的，其小修周期应在现场规 程中确认。概述概述电力变压器检修工艺流程图一、电力变压器常见故障的划分 按变压器本体可分为内部故障和外部故障，即把油箱内发生的各相绕 组间的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引线与箱体接地等称为内 部故障，而油箱外部发生的套管闪络、引出线间的相间短路等故障称 为外部故障
3、； 按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油纸故障、附件故障； 按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障； 从故障发生的部位可分为绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、套管 故障等； 按性质又可分为热故障和放电故障。 4.1 变压器的故障4.1 变压器的故障1. 绕组故障绕组故障主要是器身中绕组及绝缘物发生故障。表现在各部分 绝缘老化，绕组受潮，绕组层间、匝间、相间、高低压绕组间发生 接地、短路、断路、击穿或烧毁故障；系统短路造成绕组机械损伤; 冲击电流造成绕组机械损伤等。1) 匝间短路故障导致匝间短路的原因通常有:线圈制作时操作不当，造成匝间绝 缘损伤;导线的匝绝缘不够，匝间工作场强增高，耐受不
4、住长期工作 电压或短时冲击电压作用，长期运行使绝缘老化、变形、松脆;局部 高温造成油流死角或油道堵塞而加速绝缘老化;电动力的作用使部分 线匝发生轴向住移，导致绝缘磨损而形成穿越性短路，长期过载运 行下绕组导线过热而使绝缘变脆;各种过电压和过电流作用下，绝缘 性能劣化;绕组发生局部放电等电气故障而引发绕组匝间短路;箱体内 油少而使绕组漏出油面，导致冷却变差而过热也会形成绕组短路。 4.1 变压器的故障1. 绕组故障（续）2) 相间短路在中小型变压器中，两相线圈引线上的软铜接线卡相碰引 起相间短路较多;在大型变压器内，若偶然有金属丝之类的导体 ，也会将两相线匝绝缘划破而构成短路;当分接开关错位严重
5、时 ，将导致两相分接开关短路而烧坏，引起两相绕组相间短路。3) 股间短路故障在用多股导线并绕的绕组中常发生股间短路，其主要原因 有:因导线质量问题导致绝缘层包绕不均，甚至导线裸露;在绕 制过程中因弯曲、毛刺等使匝间绝缘受损伤，卡线过紧或换位 不当导致线拧绞或刮伤导线绝缘;在压装及整形过程中，挤伤并 绕导线间的绝缘层。4.1 变压器的故障2. 铁心故障导致铁心故障的主要原因有:铁心组件中铁质夹件松动或 损伤而碰接铁心，压铁松动引起铁心振动和噪声，铁心接 地不良或夹件烧坏，铁心片间绝缘老化，铁心安装不正或 不齐造成空洞声，铁心片间叠装不良造成铁损增大而使铁 心发热等。1）铁心多点接地故障当出现两点
6、及以上的接地为多点接地。铁心多点接地的 类型有:n 由于铁心夹件肢板距心柱太近、铁心叠片因某种原因翘 起后，触及到夹件肢板，形成多点接地;n铁扼螺杆的衬套过长，与铁扼叠片相碰，构成了新的接地 ;4.1 变压器的故障1）铁心多点接地故障（续）n铁心下夹件垫脚与铁轨间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚 铁扼处叠片相碰造成接地;n由于潜油泵轴磨损，金属粉末进入油箱中，淤积油箱底不 ，在电磁力作用下形成桥路，将下铁辘与垫脚或箱底接通 ，形成多点接地;n油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁扼、旁柱边沿 相碰，构成新的接地点;n下夹件与铁扼阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较 多的油泥，使其绝缘电阻值降为零
7、时，构成了多点接地;n油箱中落入铁钉、焊条头等金属异物使铁心叠片与箱体沟 通，形成接地;n变压器安装完后未将油箱顶盖上用于运输的定位销翻过来 或去掉，构成多点接地。4.1 变压器的故障2）铁心过热故障n引起变压器铁心过热的故障原因有多方面，如绕组 短路、过载运行、铁心本身接地不良及异常接地、 铁心片间短路或铁心局部短路、铁扼螺杆接地、铁 心漏磁、铁心局部短路、电源电压高、铁心冷却油 道堵塞等。除上述之外，油循环不畅或箱内油量少 、油劣化，铁心叠片周围毛刺大，叠铁心片时缝隙 不均等都可能引起铁心过热故障。n铁心局部过热故障部位基本上都在铁心和夹件上。 如果运行中的变压器出现铁心过热，特别是发生局
8、 部过热故障，将产生特征气体H2、CH4、C2H2、 C2H6，色谱分析发现油中溶解气体组分含量超标。4.1 变压器的故障3.分接开关故障n充油变压器无载分接开关常见的故障有:当上分接头 的相间绝缘距离不足且绝缘材料上堆积油泥时，若 油泥受潮，在过电压下将发生相间短路故障;若触头 接触不良或因锈蚀使电阻增大，绝缘支架上的紧固 金属栓接地断裂造成悬浮放电等故障。n充油变压器有载开关的故障主要有:因密封不严使雨 水侵入而导致绝缘性能降低；过渡电抗或电阻在切 换过程中被击穿或烧断，导致触头间的电弧引发故 障；因滚轮卡死使分接开关停在过渡位置而造成短 路；切换开关油室密封不严而造成变压器本体渗漏; 选
9、择开关分接引线与静触头的固定绝缘杆变形等。4.1 变压器的故障4. 油流带静电故障n对于强迫油循环冷却的大型变压器，变压器油经油 泵加速传到绕组内的冷却油道，在油与固体绝缘界 面上产生静电电荷的分离，使纸及纸板上积累负电 荷，流油中积累起正电荷。在电荷对地油漏与电荷 中和的过程中，当某处电荷积累密集且产生的场强 超过了某一程度时，将会在油或固体绝缘表面上产 生静电放电或爬电放电，甚至使固体绝缘受损伤， 最终导致绝缘故障。n油流带静电的能量密度通常较小，其故障特征气体 组分中C2H2不一定能检测出来，但H2的变化比较明 显。4.1 变压器的故障5. 油和油纸绝缘故障n在充油变压器中，内绝缘的主要
10、绝缘材料是变压器油和 绝缘纸、纸板、木块等主要成分为纤维素的固体绝缘材 料。这些绝缘材料受环境因素的影响将发生分解而老化 ，甚至丧失绝缘强度，造成绝缘故障。n固体绝缘的老化特性不可逆转，老化后的聚合度和抗张 强度都将逐渐降低，并生成H2O、CO、CO2和糠醛，使 油纸绝缘的击穿电压和体积电阻率降低，介质损耗增大 。4.1 变压器的故障5. 油和油纸绝缘故障（续）n变压器油中混入水分和杂质后，绝缘性能下降，击 穿场强降低，介质损耗增大，并加速油的氧化过程 。n当变压器的工作温度升高时，固体绝缘的纤维素要 发生解环、断链，伴随产生的CO、CO2产气率往往 呈指数规律增大;固体绝缘所含的水分将加速纤
11、维素 降解。通常，当温度升高时，固体绝缘内的水分向 油中析出，油中微水含量增多，导致油的火花放电 电压降低，介质损耗增大，造成变压器油劣化。4.1 变压器的故障6. 放电故障导致变压器绝缘失败的基本模式有过热、局部放 电、火花放电及电弧放电，并可能涉及到固体绝缘 结构的故障。通常，按放电的能量密度将变压器内 部的放电故障分为局部放电、火花放电和电弧放电 三类。 1）局部放电故障局部放电故障是引起火花放电或电弧放电故障的 前兆。当变压器在制造或运行时，油中存在气泡， 固体绝缘材料中存在空穴式空腔，某些部位存在尖 角、毛刺、漆瘤，金属部件或导体之间接触不良等 都会引发局部放电。4.1 变压器的故障
12、1）局部放电故障（续）n局部放电的能量密度可用放电产生的油中溶解气体 组分含量来辩识:n能量密度在10-9以下时，总烃不高，主要气体组 分为H2，占总烃的80%90%，其次是CH4;n能量密度在10-8 10-7时，H2含量相应降低而出现 C2H2，但在总烃中不到2%，这是电弧放电和火 花放电区别的主要标志。n放电的部位通常在固体绝缘内的空穴、电极尖端、 油角间隙、油与绝缘纸板中的油隙或油中沿固体绝 缘的表面等处。局部放电的能量密度不大，一旦发 展将会形成高能量放电，并导致绝缘击穿或损坏。4.1 变压器的故障2) 火花放电故障n火花放电一般是低能量放电，即一种间隙性放电。n当变压器内部某一金属
13、部件接触不良并处于高、低压电极之间 部位时，因阻抗分压而在该金属部件上产生对地的悬浮电位。 调压绕组在分接开关转换极性时的短暂间，套管均压球和无载 分接开关拨叉等高电位处，铁心叠片磁屏蔽及紧固螺栓与地连 接松动脱落等低电位处，以及高压套管端部接触不良等均会形 成悬浮电位而引起火花放电。n同时，变压器油中的水分多、受潮的纤维多等也将形成杂质“小 桥”而引起火花放电。n火花放电引起的油中溶解特征气体的主要组分是C2H2、H2。 因放电能量小，一般总烃含量小，但油中溶解的在总烃中所占 比例可达25%90%，H2占氢烃总量的30%以上。4.1 变压器的故障3) 电弧放电故障n电弧放电又称高能放电。其特
14、点是产气急剧而且量 大，放电能量密度大、容易导致绝缘纸穿孔、烧焦 或炭化，金属材料变形或熔化。n变压器绕组匝间绝缘击穿、引线断裂或对地闪落、 分接开关飞弧等，将引起电弧放电故障。n出现电弧放电故障后，油中溶解气体的主要组分是 H2、C2H2，其次是CH4、C2H4、C2H6，一般H2占 氢烃的30%90%，C2H2占总烃的20%70%;若 电弧放电故障波及固体绝缘时，油中溶解气体还有 CO、CO2组分。4.1 变压器的故障4.1 变压器的故障表 充油电电力变压变压 器套管的典型故障热故障故障类型举例局部放电纸受潮、不完全浸渍、油的过饱 和，或纸被X-蜡 沉积物污染，造成充气空腔中的局部放电。也
15、可 能在运输期间把松散的绝缘纸 弄皱、弄折，造成 局部放电。 低能放电电容末屏连接不良引起的火花放电；静电屏蔽连 接线中的电弧；纸上有沿面放电 高能放电在电容均压金属箔片间的短路，局部高电流密度 熔化金属箔片，但不会导致套管爆炸。 由于污染或不合理地选择绝缘 材料引起高介损， 从而造成纸绝缘 中的环流，并造成热崩溃。套管 屏蔽间或高压引线接触不良，温度由套管内的导 体传出。4.1 变压器的故障二、变压器故障原因 1、制造工艺质量的控制不严 材料、设计、装配的缺陷 2、绝缘材料年久老化 是影响变压器寿命的最大的问题，可通过温度、油中气体 分析，局部放电和湿度分析来监测 3、运行过程中外部故障影响
16、大多数变压器故障是由于各种类型的绝缘故障造成的绝缘劣化的主要原因：1、局部放电2、水分:变压器受潮，放电起始电压降低，放电易于发展3、热：导致油、纸等绝缘物绝缘强度下降4、机械应力：导致绕组变形或导体绝缘松散或脱落变压器的主要监测和诊断内容1、变压器油包括油中气体分析和油样的电气监测2、变压器的局部放电、温度监测4. 2 局部放电的监测一、测量局部放电方法 电测法 非电测法 局部放电过程中产生了各种非电信息，如声波、发热、发光及出 现新的生成物 可通过测量以上非电量来监测局部放电，有不受电气的干扰的优 点声测法、光测法、红外法和气体分析法1、脉冲电流法脉冲电流法是研究变压器局部放电在线监测技术最早、应用最 广泛的监测方法。当变压器内部出现局部放电时，产生的高频 脉冲流可利用罗可夫斯基线圈检测变压器中性点、外壳接地电 缆处的脉冲电流，或用监测器捕获变压器高压套管抽头连接处 的脉冲电流，以此判断变压器内部是否发生局部放电。和电机局部放电监测类似，不过电流互感器监测的是变压器外 壳对绕组的电容上流过的脉冲电流条件：外壳要一点接地，干扰信号要少一、测量局部放电
