在線監(jiān)測及紅外診斷在變壓器故障分析中的應用
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在線監(jiān)測及紅外診斷在變壓器故障分析中的應用
摘要
隨著電力建設的大力發(fā)展，電網(wǎng)容量和電壓等級也隨之增長，而作為電網(wǎng)中輸變電的重要設備變壓器，從設計到制作都發(fā)生了較大的變化。本文對目前大型變壓器的制作和發(fā)展進行了介紹，以及運行中變壓器出現(xiàn)故障的分析，同時結(jié)合相關的知識，提出了大型變壓器在運行中利用油色譜在線監(jiān)測以及紅外成像技術(shù)進行故障診斷的綜合措施。
Abstrct：With the development of the construct of electric power, followed the capacity and voltage rank of the system are increasing, the design and produce of the transformer have changed very largely. Combine with the relative knowledge, this paper have introduced the produce and development of the large transformer, it put forward the integrate measures to diagnostic the failure of the transformer by using on-line system and infrared-photo.
Keyword: Transformer On-line system Infrared-photo Failure-diagnostic
1引言
隨著國民經(jīng)濟的不斷增長，我國的電力行業(yè)近幾年得到迅猛發(fā)展，僅廣東省的用電需求量同比2000年增加了一倍多，而目前廣東省總的裝機容量不足40000 MW，還從三峽、云貴地區(qū)輸入近8000 MW的電力容量，但仍存在近7000 MW的空缺，特別是夏季缺電高峰期拉閘限電時有發(fā)生，嚴重影響了國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人民生活的繁榮穩(wěn)定。預計到2020年，廣東省裝機容量還要凈增80000 MW，到時整個電網(wǎng)的容量和電壓等級將會大幅提升。目前國內(nèi)已經(jīng)形成了以500 kV超高壓線路為主干的電力傳輸網(wǎng)絡，一些電力發(fā)達地區(qū)已經(jīng)開始采用750 kV和1000 kV以上等級的特高壓線路，作為輸變電的重要設備—變壓器的安全運行就顯得非常的重要，它將直接影響到整個電力事業(yè)的發(fā)展方向和電力建設的前途。
2大型變壓器發(fā)展介紹
目前我國變壓器企業(yè)數(shù)量較多，而有能力生產(chǎn)500 kV及以上電壓等級的企業(yè)卻屈指可數(shù)，傳統(tǒng)國營企業(yè)象西變、保變、新疆特變（已收購了沈變）等，同時還有外資企業(yè)如東芝、ABB、西門子公司等，一些民營企業(yè)得到迅猛發(fā)展也逐漸走進這個市場。
2.1變壓器的容量和體積
變壓器的電壓等級往往隨著容量的增加而增加，然而一個比較嚴重的問題就是其體積和重量也隨之增加，不但在設計和制造時困難較大，最主要的是運輸受到限制。在我國，由于內(nèi)陸較多，傳統(tǒng)運輸主要依靠公路和鐵路，一般公路運輸受橋梁承重和隧道高度的限制，而鐵路運輸主要受高度限制，象秦嶺段鐵路就要求貨物限高不超過4.5 m，這剛好是360 MVA左右變壓器的極限高度，這就影響到了變壓器容量和重量的增加。此外，在高海拔、污穢以及覆冰地區(qū)由于外絕緣相對偏低，需要加強絕緣以提高其電壓等級，所以其電力發(fā)展也受到一定的限制。對于三相變壓器而言，由于其同比投資要低于三臺單相變壓器，在條件滿足的情況下，廠家還是主張采用三相變壓器。目前，一些工藝相對比較先進的企業(yè)象ABB之類公司已經(jīng)能夠生產(chǎn)700 MVA/500 kV的緊湊型變壓器，并已成功運輸和安裝到一些偏遠山區(qū)。然而對于更大容量和電壓等級的變壓器目前還多采用單相變壓器為主，在一些大型工程中特別是水電行業(yè)，已經(jīng)采用了1000 MVA/1000 kV的單相自耦且中性點有載調(diào)壓的變壓器。
2.2變壓器的結(jié)構(gòu)與制造工藝
變壓器在設計中不光要考慮其絕緣強度，同時還要考慮到整個繞組的電位分布、循環(huán)油路、散熱條件、整體密封性等，所以對于大容量、超高壓、特高壓變壓器來說，其結(jié)構(gòu)要求越簡單越好，不但是內(nèi)部電氣部分的布局，還應該包括對器身、附件等設計的考慮。
以常州東芝500 kV變壓器為例，如圖1所示：
圖1 500 kV三相變壓器立體結(jié)構(gòu) Fig 1 The solid structure of 500 kV Three-phase Transformer |
其主體仍然采用三相五柱式結(jié)構(gòu)，它的鐵芯結(jié)構(gòu)采用框架夾持，上部鐵軛是在整體成形后再疊上，夾件選材比較合理，鐵芯柱采用高強度的環(huán)氧樹脂綁帶加固，鐵芯上、下層各有一條油道，整個結(jié)構(gòu)非常緊湊。東芝公司在考慮到變壓器運輸和安裝的前提下采用現(xiàn)場不吊芯的整體封裝結(jié)構(gòu)，使得運輸和安裝過程中少了很多程序，不但可以防潮，防止異物進入本體，還有效的防止因箱沿處密封老化而引起的滲漏油。
廠家還會根據(jù)用戶的需要設計相應的設備，尤其是對于某些發(fā)達地區(qū)土地和空間資源相對匱乏，要求器身乃至附件都必須滿足緊湊型，有些地方還采用了獨特的高層立體布置的散熱裝置，極大限度的節(jié)約了變壓器安裝空間。
2.3變壓器故障分析
從國內(nèi)變壓器運行的故障統(tǒng)計表明，主要表現(xiàn)在以下五個方面[1]：
⑴ 抗短路能力不足。由于器身結(jié)構(gòu)相對緊縮，變壓器的容量裕度相對較小，所以抵抗大電流的能力較弱，往往需要采用單獨的電抗器進行補償。特別是緊湊型變壓器其過負荷能力較低，較低的超負荷都可能導致變壓器過熱而引起保護動作。
⑵ 絕緣故障。由于繞組結(jié)構(gòu)緊縮，其相間和匝間距離減少，絕緣相對減弱，局部發(fā)熱現(xiàn)象比較嚴重，特別是存在局部缺陷時內(nèi)絕緣就顯得比較脆弱，其耐受陡波和過電壓沖擊的能力下降。而外絕緣主要影響因素有污穢、海拔和潮濕天氣，這是發(fā)生外絕緣閃絡的主要原因，一般干燥天氣下外絕緣強度是很高的。
⑶ 附件質(zhì)量（套管、分接開關、冷卻器等）。目前根據(jù)統(tǒng)計，變壓器套管出現(xiàn)問題的數(shù)量在增加，原因有：套管本身的絕緣缺陷、引線接觸不良發(fā)熱、運輸安裝中的機械損傷等。
⑷ 非電量保護誤動和拒動。
⑸ 安裝、檢修、運行維護中存在的問題，其中包括生產(chǎn)廠家產(chǎn)品嚴重質(zhì)量問題；局部過熱、振動、噪聲較大、色譜不良、介損增大、滲漏油等。
根據(jù)變壓器運行經(jīng)驗，總結(jié)出六點運行中異常的判斷方法：
⑴ 外觀異常。套管出現(xiàn)閃絡放電、器身表面出現(xiàn)滲漏油、油位表和油流計指示不到等。
⑵ 顏色、氣味異
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