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1、电力 变压器新型试验、检测方法,油浸式设备物理化学诊断原则,变压器事故部位统计,变压器事故原因分析,变压器发生事故的原因75与制造过程有关。,针对不同故障的检测方法分类,绝缘受潮 宜测绝缘电阻、介损、微水等 过热、电弧 宜用色谱、油温 局部放电 宜测局部放电、介损 套管故障 宜测套管电容、介损、取油样 分接开关 宜测开关温度、振动、电动机电流 冷却系统 宜测温度、电动机电流 绕组变形 宜测短路阻抗、响应特性、振动 绝缘纸老化 宜用糠醛，CO，CO2,试验及检测方法(在线/离线)分类,电气法（R, I, tan, PD, ） 化学法（DGA, 糠醛, ） 光学法（红外, 紫外, ） 机械法（振动
2、, 响应, ）,状态维修的基础是状态检测，通过各种在线/离线检测、电气/非电（热、化学、机械）方法等以掌握情况。,在线检测的优点在于发现缺陷 更灵敏: 运行电压高于停电后的试验电压 更真实: 交流设备不用直流试验 更及时: 不需要停电，有怀疑可随时测,但所选在线监测方法要成熟、读数要稳定、性价比要合理,获得各种信息综合分析诊断,测量方法要正确、获得数据才可靠； 设备的耐压水平与残余寿命与测得数据之间没有直接的函数联系；,因此要依据发现的现象（运行中的征兆）、各种试验数据等进行综合分析；不仅看当前测值，而且要看趋势（纵比、横比）、要吸收过去的经验、教训。,关于I, C, tand的检测,I, C
3、, tand的检测,电容型设备（套管、CT、耦合等）尺寸小，在线测介质损耗因数tgd及电容量C很有效。,如套管早期缺陷， tgd测值增大；发展到相邻极间击穿时， C测值增大。,数字化测量系统原理框图,各种测量参数灵敏度的比较,早期的三相不平衡法,改进的三相不平衡法框图,三相不平衡电压法的检测实例,变压器的重要试验项目,测量绕组的绝缘电阻、吸收比及极化指数； 测量绕组连同套管的泄漏电流及tg； 测量非纯瓷套管的tg及C; 测量绕组连同套管的导电部分的直流电阻； 测量铁芯对地的绝缘电阻； 油箱及套管中的绝缘油试验； 油中溶解气体的色谱分析； 绕组连同套管的交流耐压； 油中微量水分测量； 能否有效反
4、映变压器的状况？,出于经济因素的考虑，六、七十年代投运的变压器仍继续运行 好处：节省了新设备的投入，并获得延长寿命而带来的运行能力 目标：必须保证老旧设备运行的可靠性 国外调查报告结果显示，容量10MVA以上的电力变压器老化及剩余寿命评估是运行部门最为关注的问题,变压器固体绝缘老化,3 个重要功能：1. 绝缘 2. 机械强度3. 延长寿命,固体纸绝缘系统,不可更新的绝缘系统,变压器绝缘纸的组成,纤维素的结构,n 聚合度,变压器固体绝缘的老化：纤维素的降解,绝缘纸的老化原因：,变压器固体绝缘的老化,温度 纸中的水分 氧化劣化破坏了纤维素结构，降低了机械强度,0,0,20,40,80 C,130
5、C,时间 (年),100 C,绝缘纸的聚合度 DP,绝缘纸的老化（温度的影响）,变压器中水分的来源,残留水分厚绝缘的组成部分可向周围的油释放水分 侵入水分密封薄弱自由呼吸式缺少干燥剂内部检查分子流 (微量) 绝缘物质分解,变压器油中水分与纸中水分的平衡曲线,实际中只有油中水分可以检测经过多年研究，已经得到油中水分与纸中水分的关系曲线此曲线只适用于热平衡状态,变压器油和绝缘纸对水分的吸收能力,绝缘纸可以吸收 10 % 自身重量的水分 (100000 L/L)水在变压器油中的溶解度很低；在饱和状态，油中水分小于 50 L/L 相对于变压器油，绝缘纸可以吸收2000倍的水分,变压器中水分主要存在于固
6、体绝缘系统,变压器中水分分配的实例（25MVA）,变压器中主要水分存在于固体绝缘中变压器油中水分含量的改变不会导致纸中水分成比例的变化,变压器油中水分,水分影响变压器绝缘老化 IEEE Std 62 1995: 干燥 0-2% 潮湿 2-4% 非常潮湿 4.5% + 只有油中水分是可以方便测量的,非破坏性方法：绝缘电阻、油中含水量、介损测量等； 优点：测量方法简便易行 缺点：只能给出固体绝缘状态的部分信息 破坏性方法：抗张强度、聚合度等； 优点：测量结果较为直接 缺点：费用高、可操作性差、纸试样的选取代表性存在不足,固体绝缘状况诊断方法,以平板介质为例,p,介质极化现象,介质极化现象示意图 a
7、）极间为真空 b）极间为介质,讨论极化的意义,选择电容器材料时，希望r大 不同介质串联时，各层电场分布不均匀：如交流下，分到场强E1/E2= 2/1 偶极、夹层极化会引起tg增大 极性介质容易吸潮,纸中含湿量影响纸的寿命,油中含水量与温度有关,电介质的极化特性曲线,上图给出了一典型的反映极化特性的曲线，横轴是极化时间，纵轴是d/dt，为极化系数。图中极化时间t10-1s的属于夹层极化和空间电荷极化，它们对介质的老化与受潮的反应非常敏感。,回复电压法 (Return Voltage Measurement) 一种新型油纸绝缘状况试验方法,其原理是:绝缘介质施加直流高压时会呈现极化现象,表面出现束
8、缚电荷,内部偶极子定向排列。 撤去外施电压并短接两极后,表面电荷立即释放,同时介质内部会发生去极化过程。 去掉两极间的短接线后,去极化过程仍在继续,自由电荷会在电极之间呈现一个电势差(见图1)。该电压称为回复电压UR。 绝缘受潮、脏污或老化时,介电性能的变化使其回复电压明显改变。,回复电压法 (Return Voltage Method),回复电压法原理及参数定义,回复电压原理及参数示意图,P参数,回复电压法具体操作步骤,第一步：直流充电（tc）,Uc：充电电压 Cg：几何电容 Rg：绝缘电阻 Rp：极化电阻 Cp：极化电容,第二步：短路放电（td）,第三步：回复电压测量并记录相关参数,Urm
9、ax： 回复电压峰值 tc： 充电时间 dUr/dt：初始斜率 tpeak ： 到达峰值时间,第四步：松弛过程（短路放电）以去除绝缘系统中 的残余电荷，为下次测量做好准备。,不同的充、放电时间比tc/tg取恒定值(图中为2),在不同的充电时间tc下(如从0.1s到10ks), 其充、放电时间比tc/tg取恒定值(如取为2)进行一系列的RVM试验; 然后将各次的RVM曲线中的峰值URM与其对应的充电时间tc绘成曲线,常称之为极化谱。,极化谱,曲线1对应的为新投产变压器，曲线2对应的为已经服役了15年的变压器。从图中可以看出，曲线1反映出变压器的绝缘状况良好，而曲线2对应的变压器则呈现一定程度的老
10、化现象。,抗张强度、聚合度测量从绝缘材料的机械特性角度分析老化程度，机械强度不断下降将导致变压器绕组抗短路电流等冲击能力大大降低，从而降低变压器的运行可靠性。 CO、CO2、糠醛测量从化学角度入手，依据绝缘材料劣化产物的多少来监督分析老化程度，变压器油老化也会产生CO、CO2因而现场使用时会有很强的不确定性，虽然糠醛仅由变压器纸劣化产生，但油处理会影响变压器油中糠醛含量，给现场分析也造成了不便。 绝缘电阻、极化指数、吸收比通过电气量测量进行老化分析，测量过程包括电导过程及极化过程两方面，这类测量方法反映绝缘介质整体状况，不能了解局部老化问题。 回复电压法利用介质响应理论针对变压器老化进行分析，
11、测量过程中介质极化占主要因素，材料本身微观结构的改变，回复电压结果都能体现，这是回复电压法的优点。,现有可测参数之间的关系,通过以上的分析可见： 抗张强度、聚合度与绝缘电阻、介损等电量测量是无关的。固体绝缘在机械特性完全丧失时，其介电性能才会改变。如TS下降到初始值的50或更低时，认为设备便达到了最终使用期限；DP150时，绝缘纸的机械强度将完全丧失而难以再承受机械力；而吸收比不低于1.3或极化指数不低于1.5即认为不存在问题 CO、CO2、糠醛含量与聚合度是相关的，由于他们的产生机理是相同的，变压器绝缘老化劣化后，生成部分CO、CO2，糠醛增加，以及聚合度降低，但是它们之间的相关性不强，存在
12、很大分散性 回复电压法与绝缘电阻、极化指数是不相关的，它们内在机理不同 回复电压法与聚合度、 CO、CO2不相关，回复电压还能反映局部老化，而聚合度仅仅是对整体老化状况的反映。,变压器主绝缘,变压器主绝缘系统结构示意,油纸绝缘系统模型,RB1纸板的串联电阻； RpB1，RpB2纸板的极化电阻； CB1纸板的串联电容； CpB1，CpB2纸板的极化电容； RB2纸板的并联电阻； CB2纸板的并联电容； Ro油的串联电阻； Rpo油的极化电阻； Co油的串联电容； Cpo油的极化电容；,回复电压的应用,仿真结果,(a)改变Rg (b) 改变Cg 不同Rg与Cg时回复电压与时间关系对比,(a)改变R
13、p1 (b) 改变Cp1 不同Rp1与Cp1的回复电压与时间关系对比,相同极化时间常数下回复电压与时间关系,不同Uc下回复电压与时间关系对比,回复电压的波形分析,图2-26 不同老化程度纸板回复电压峰值比较（tc=2s）,回复电压最大值Urmax,不同老化程度试品在不同tc时的tmax比较,回复电压峰值时间tmax,仿真结果分析及数值讨论,极化特性是极化时间常数决定的，不同极化过程的时间常数也各不相同； Rg、Cg的改变，主要影响回复电压峰值； Rpi、Cpi的改变，对回复电压波形的影响显著； Uc主要影响回复电压峰值； 充电达到饱和后，充电时间延长，并不能充更多的电荷，而放电恰好相反，时间越
14、长，放电越充分。,试验回路及油纸绝缘系统模型,回复电压试验线路示意图,试样试验结果,不同充、放电时间下回复电压比较,不同充电电压下的比较,同一充电电压下不同老化程度回复电压波形比较,现场接线原理示意(1),现场接线原理示意(2),试验仪器RVM5462,内置直流电压源 充电时间可达104s 测量参数多 操作简单、自动完成 RS232接口 友好用户界面 重量轻,如纸性能不变而油绝缘电阻分别为2000、200、20M时,RVM试验的极化谱明显不同(见图 (a)、(b)、(c)。,典型测量案例,现场实测（I）,某一110kV主变的回复电压极化谱图,现场实测（II）,已损坏的 CT,新投运的CT,下图
15、为一台220kV/100MVA的油浸电力变压器全面整修(干燥、换油等)前后,于同一温度下的极化谱对比。,回复电压法的优点,非破坏性试验方法 试验环境要求简单 试验操作简单 抗干扰能力强 绝缘系统状况诊断 固体绝缘材料含水量估计,回复电压法是一种简便、有效、非破坏性的油浸电力设备离线检测诊断方法； 回复电压最大值、出现回复电压最大值时间、回复电压起始斜率等参数对油纸绝缘系统的老化状况都比较敏感，并且其趋势较清晰； 对于揭示油纸绝缘的老化程度有一定的作用，它将为油浸电力设备的老化程度的综合评估又提供一种简便有用的方法。,FRA绕组变形,绕组变形短路前后的频响分析,（a）高压绕组 （b）低压绕组,一台110kV主变的频谱图例(FRA法),化学法(DGA,糠醛),不同故障类型所产生的特征气体,油中溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis,DGA),目前DGA已作为检测变压器内部潜伏性故障的主要试验项目列于其试验项目的首位,不同故障类型的气体特征,简易型气体检测仪示意图,
