電力干式變壓器的故障分析與診斷(二)

干式變壓器故障檢測(cè)技術(shù)是準(zhǔn)確故障診斷的主要手段。根據(jù)DL/T596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)順序，主要包括油中氣相色譜分析、DC電阻檢測(cè)、絕緣電阻和吸收率、極化指數(shù)檢測(cè)、介質(zhì)損耗角正切檢測(cè)、油質(zhì)檢測(cè)、局部放電檢測(cè)和絕緣耐壓試驗(yàn)等。

在干式變壓器的故障診斷中，應(yīng)綜合各種有效的檢測(cè)手段和方法，對(duì)各種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)。因?yàn)椴豢赡苡邪_萬(wàn)象的檢測(cè)方法，不可能有全面的檢測(cè)儀器，只有通過各種有效的途徑，運(yùn)用各種有效的技術(shù)手段，包括離線檢測(cè)方法和在線檢測(cè)方法；包括電氣測(cè)試，化學(xué)測(cè)試，甚至超聲波測(cè)試，紅外成像測(cè)試等。只要有效，就應(yīng)該在可能的閾值下進(jìn)行補(bǔ)充、驗(yàn)證和綜合分析判斷，以達(dá)到更好的故障診斷效果。

較好節(jié)干式變壓器油中故障氣相色譜檢測(cè)

目前，在干式變壓器的故障診斷中，僅靠電氣試驗(yàn)方法往往難以發(fā)現(xiàn)一些局部故障和發(fā)熱缺陷。然而，干式變壓器油中氣體色譜分析的化學(xué)檢測(cè)方法對(duì)于發(fā)現(xiàn)干式變壓器中的一些潛在故障及其發(fā)展程度的早期診斷是非常敏感和有效的，這已經(jīng)被大量的故障診斷實(shí)踐所證明。

油色譜分析的原理是基于任何特定烴類氣體的產(chǎn)氣率隨溫度變化，在特定溫度下，某一種氣體的產(chǎn)氣率往往達(dá)到較大；隨著溫度的升高，CH4、C2H6、C2H4和C2H2是產(chǎn)氣率較高的氣體。也證明了斷層溫度與溶解氣體含量之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。局部過熱、電暈和電弧是油浸紙絕緣故障特征氣體的主要原因。

在正常運(yùn)行條件下，干式變壓器會(huì)因油和固體絕緣而逐漸老化劣化，并分解出少量氣體(主要包括氫H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等氣體)。干式變壓器發(fā)生過熱故障、放電故障或絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加。

這些氣體大部分溶解在絕緣油中，少數(shù)上升到絕緣油表面，進(jìn)入氣體繼電器。經(jīng)驗(yàn)證明，油中氣體的各種成分含量與斷層的性質(zhì)和程度直接相關(guān)。因此，在設(shè)備運(yùn)行過程中，定期測(cè)量油中溶解氣體的成分和含量，對(duì)充油電力設(shè)備潛在故障的早期檢測(cè)具有重要的意義和實(shí)際作用。在1997年頒布實(shí)施的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中，將干式變壓器油的氣相色譜分析放在先位，經(jīng)過近幾年的推廣應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)積累，取得了顯著的效果。

電力干式變壓器的內(nèi)部故障主要包括過熱故障、放電故障和絕緣受潮。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，359臺(tái)故障干式變壓器中，過熱故障占63%；高能放電故障占18.1%；過熱和高能放電故障占10%；火花放電故障占7%；潮濕或局部放電故障占1.9%。過熱故障中，分接開關(guān)接觸不良占50%；鐵芯多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁電流約占33%；導(dǎo)線過熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起的過熱約占14.4%；剩下的2.1%是其他故障，比如硅膠進(jìn)入體內(nèi)導(dǎo)致局部油路堵塞導(dǎo)致過熱故障，導(dǎo)致局部散熱不良。電弧放電主要由繞組匝和層間絕緣擊穿引起，其次是導(dǎo)線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)電弧放電?；鸹ǚ烹姵Ｒ娪谔坠芤撂坠軐?dǎo)電管和電位端固定的均壓環(huán)的放電；導(dǎo)線局部接觸不良或鐵芯接地板接觸不良引起的放電；分接開關(guān)叉或金屬螺釘?shù)葷撛趹覓煲鸬姆烹姟? #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

針對(duì)上述故障，基于色譜分析數(shù)據(jù)的干式變壓器內(nèi)部故障診斷應(yīng)包括：

(1)分析氣體產(chǎn)生的原因和變化。

(2)確定是否有故障，故障類型。如過熱、電弧放電、火花放電、局部放電等。

(3)判斷故障情況。如熱點(diǎn)溫度、故障電路嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)等。

(4)提出相應(yīng)的處理措施。比如是否可以繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行中的技術(shù)安全措施和監(jiān)控手，或者是否需要小心檢修。如果需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)縮短下一次測(cè)試的周期。

特征氣體產(chǎn)生的原因

一般情況下，干式變壓器油含有溶解氣體，新油的較大氣體含量約為co-100ul/l、CO2-35ul/l、H2-15ul/l和CH4-2.5ul/L.跑油中有少量的一氧化碳和烴類氣體。然而，當(dāng)干式變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，油中溶解氣體的含量就有很大的不同。干式變壓器內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的氣體及其原因見表2-3。

表2-3特征氣體的成因

氣體

發(fā)生原因

氣體

發(fā)生原因

氘

電暈放電、油和固體絕緣的熱分解、濕氣

CH4

油和固體絕緣的熱分解和排放

哥倫比亞

固體絕緣的加熱和熱分解

C2H6

固體絕緣的熱分解和放電

二氧化碳（carbondioxide）

固體絕緣的加熱和熱分解

C2H4

高溫?zé)狳c(diǎn)下油和固體絕緣的熱分解和放電

烴氣

C2H2

強(qiáng)電弧放電，油熱分解，固體絕緣

油中的各種氣體成分可以通過從干式變壓器中提取油樣，對(duì)其脫氣并用氣相色譜分析儀進(jìn)行分析來獲得。根據(jù)這些氣體的含量、特性、組成比(如三個(gè)比值)和產(chǎn)氣率，可以判斷干式變壓器的內(nèi)部故障。

但是，在實(shí)際應(yīng)用中，不能簡(jiǎn)單地根據(jù)油中的氣體含量來劃分

設(shè)備有無故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)結(jié)合各種可能的因素進(jìn)行綜合判斷。因此，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程DL／T596—1996專門列出油中溶氣含量的注意值，這些注意值是根據(jù)對(duì)內(nèi)19個(gè)省市6000多臺(tái)次干式變壓器的實(shí)地統(tǒng)計(jì)而制定的，如表2—4所示。

表2—4規(guī)程中對(duì)油中溶解氣體含量的注意值及統(tǒng)計(jì)依據(jù)

設(shè)備

氣體組分

注意值uL／L

6000臺(tái)·次中超過注意值的比例

干式變壓器和電抗器

總烴

乙炔

氫氣

150

5

150

5.6

5.73.6

*(500KV干式變壓器為1)規(guī)程要求，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的油中H2與烴類氣體含量(體積分?jǐn)?shù))超過表2—4數(shù)值時(shí)應(yīng)引起主意。

第二節(jié)特征氣體變化與干式變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系

1．根據(jù)氣體含量變化分析判斷

(1)氫氣H2變化。干式變壓器在高、中溫過熱時(shí)，H2一般占?xì)錈N總量的27％以下，而且隨溫度升高，H2的絕對(duì)含量有所增長(zhǎng)，但其所占比例卻相對(duì)下降。干式變壓器無論是熱故障還是電故障，較終都將導(dǎo)致絕緣介質(zhì)裂解產(chǎn)生各種特征氣體。由于碳?xì)滏I之間的鍵能低，生成熱小，在絕緣的分解過程中，一般總是先生成H2，因此H2是各種故障特征氣體的主要組成成分之一。干式變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高?？陀^上如果色譜分析發(fā)現(xiàn)H2含量超標(biāo)，而其他成分并沒有增加時(shí)，可大致先判斷為設(shè)備含有水分，為進(jìn)一步判別，可加做微水分析。導(dǎo)致水分分解出H2有兩種可能：一是水分和鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；二是在高電場(chǎng)作用下水本身分子分解。設(shè)備受潮時(shí)固體絕緣材料含水量比油中含水量要大100多倍，而H2含量高，大多是由于油、紙絕緣內(nèi)含有氣體和水分，所以在現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備受潮時(shí)，僅靠采用真空濾油法不能持久地降低設(shè)備中的含水量，原因在于真空濾油對(duì)于設(shè)備整體的水分影響不大。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

另外，還有一種誤判斷的情況，如某干式變壓器廠的產(chǎn)品一階段曾連續(xù)十幾臺(tái)干式變壓器油色譜中H2高達(dá)1000t2L／L以上。而取相同油樣分送三處外單位測(cè)試，H2含量卻均正常。于是對(duì)標(biāo)氣進(jìn)行分析，氫氣峰高竟達(dá)216mm，而正常情況僅13mm左右。以上分析說明是氣相色譜儀發(fā)生異常，經(jīng)檢查與分離柱有關(guān)，因分離柱長(zhǎng)期使用，特別是用振蕩脫氣法脫氣吸附了油，當(dāng)吸附達(dá)到一定程度，便在一定條件下釋放出來，使分析發(fā)生誤差，經(jīng)更換分離柱后恢復(fù)正常。

(2)乙炔C2H2變化。C2H2的產(chǎn)生與放電性故障有關(guān)，當(dāng)干式變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電時(shí)，C2H2一般占總烴的20％--70％，H2占?xì)錈N總量的30％～90％，并且在絕大多數(shù)情況下，C2H4＼含量高于CH4。當(dāng)C2H2含量占主要成分且超標(biāo)時(shí)，則很可能是設(shè)備繞組短路或分接開關(guān)切換產(chǎn)生弧光放電所致。如果其他成分沒超標(biāo)，而C2H2超標(biāo)且增長(zhǎng)速率較快，則可能是設(shè)備內(nèi)部存在高能量放電故障。

(3)甲烷CH4和乙烯C2H4變化。在過熱性故障中，當(dāng)只有熱源處的絕緣油分解時(shí)，特征氣體CH4和C2H4兩者之和一般可占總烴的80％以上，且隨著故障點(diǎn)溫度的升高，C2H4所占比例也增加。

另外，丁腈橡膠材料在干式變壓器油中將可能產(chǎn)生大量的CH4，丁青在干式變壓器油中產(chǎn)生甲烷的本質(zhì)是橡膠將本身所含的CH4釋放到油中，而不是將油催化裂介為CH4。硫化丁腈橡膠在油中釋放CH4的主要成分是硫化劑，其次是增塑劑、硬脂酸等含甲基的物質(zhì)，而釋放量取決于硫化條件。

(4)一氧化碳CO和二氧化碳CO2變化。無論何種放電形式，除了產(chǎn)生氫烴類氣體外，與過熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會(huì)產(chǎn)生CO和CO2。但從總體上來說，過熱性故障的產(chǎn)氣速率比放電性故障慢。

在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》DL／T596—1996中對(duì)CO、CO2的含量沒有作出具體要求。《干式變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中也只對(duì)CO含量正常值提出了參考意見。

具體內(nèi)容是：開放式干式變壓器CO含量的正常值一般應(yīng)在300F．L／L以下，若總烴含量超過150uL／L，CO含量超過300uL／L，則設(shè)備有可能存在固體絕緣過熱性故障；若CO含量雖超過300uL／L，但總烴含量在正常范圍，可認(rèn)為正常。密封式干式變壓器，溶于油中的CO含量一般均高于開放式干式變壓器，其正常值約800uL／L，但在突發(fā)性絕緣擊穿故障中，CO、CO2含量不一定高，因此其含量變化常被人們忽視。

由于CO、CO2氣體含量的變化反映了設(shè)備內(nèi)部絕緣材料老化或故障，而固體絕緣材料決定了充油設(shè)備的壽命。因此必須重視絕緣油中CD、CO2含量的變化。

1)絕緣老化時(shí)產(chǎn)生的CO、CO2；正常運(yùn)行中的設(shè)備內(nèi)部絕緣油和固體絕緣材料由于受到電場(chǎng)、熱度、濕度及氧的作用，隨運(yùn)行時(shí)間而發(fā)生速度緩慢的老化現(xiàn)象，除產(chǎn)生一些怍氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還會(huì)產(chǎn)生少量的氧、低分子烴類氣體和碳的氧化物等，其中碳的氧比物CO、CO2含量較高。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

上述與干式變壓器運(yùn)行年限有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，適用于一般密封式干式變壓器。CO2含量變化的見律性不強(qiáng)，除與運(yùn)行年限有關(guān)外，還與干式變壓器結(jié)構(gòu)、絕緣材料性質(zhì)、運(yùn)行負(fù)荷以及油保戶方式等有密切關(guān)系。

干式變壓器正常運(yùn)行下產(chǎn)生的CO、CO2含量隨設(shè)備的運(yùn)行年限的增加而上升，這種變化自勢(shì)較緩慢，說明干式變壓器內(nèi)固體絕緣材料逐漸老化，隨著老化程度的加劇，一方面絕緣材的強(qiáng)度不斷降低，有被擊穿的可能；另——方面絕緣材料老化產(chǎn)生沉積物，降低絕緣油的性能，易造成局部過熱或其它故障。這說明設(shè)備內(nèi)部絕緣材料老化發(fā)展到一定程度有可能產(chǎn)生劇烈變化，容易形成設(shè)備故障或損壞事故。因此在進(jìn)行色譜分析判斷設(shè)備狀況時(shí)，CO、CO2作為固體絕緣材料有關(guān)的特征氣體，當(dāng)其含量上升到——定程度或其含量變化幅度較大時(shí)，都應(yīng)引起警惕，盡早將絕緣老化嚴(yán)重的設(shè)備退出運(yùn)行，以防發(fā)生擊穿短路事故。

2)故障過熱時(shí)產(chǎn)生的CD、CO2。固體絕緣材料在高能量電弧放電時(shí)產(chǎn)生較多的CO、CO2。由于電弧放電的能量密度高，在電應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生高速電子流，固體絕緣材料遭到這些電子轟擊后，將受到嚴(yán)重破壞，同時(shí)，產(chǎn)生的大量氣體一方面會(huì)進(jìn)一步降低絕緣，另一方面還含有較多的可燃?xì)怏w，因此若不及時(shí)處理，嚴(yán)重時(shí)有可能造成設(shè)備的重大損壞或爆炸事故。

當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生各種過熱性故障時(shí)，由于局部溫度較高，可導(dǎo)致熱點(diǎn)附近的絕緣物發(fā)生熱分解而析出氣體，干式變壓器內(nèi)油浸絕緣紙開始熱解時(shí)產(chǎn)生的主要?dú)怏w是CO2，隨溫度的升高，產(chǎn)生的CO含量也增多，使CO與CO2比值升高，至800''C時(shí)，比值可高達(dá)2．5。局部過熱危害不如放電故障那樣嚴(yán)重，但從發(fā)展的后果分析，熱點(diǎn)可加速絕緣物的老化、分解，產(chǎn)生各種氣體，低溫?zé)狳c(diǎn)發(fā)展成為高溫?zé)狳c(diǎn)，附近的絕緣物被破壞，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。

充油設(shè)備中固體絕緣受熱分解時(shí)，干式變壓器油中所溶解的CO、CO2濃度就會(huì)偏高。試驗(yàn)證明．在電弧作用下，純油中CO占總量的0--1％，002占0-3％；紙板和油中CO占總量的13％一24％，002占1％一2％；酚醛樹脂和油中CO占總量的24％一35％，CO2占0一2％。230-60012局部過熱時(shí)，絕緣油中產(chǎn)生的氣體CO2含量很低，為0．017一0.028mg/g，CO不能明顯測(cè)到。局部放電、火花放電同時(shí)作用下，純油中CO不能明顯測(cè)到。CO2約占5％左右；紙和油中CO約占總量的2％，CO2約占7.1％；油和纖維中CO約占總量的10．5％，CO2約占9．5％。

因此，CO、CO2的產(chǎn)生與設(shè)備內(nèi)部固體絕緣材料的老化或故障有明顯的關(guān)系，反映了設(shè)備的絕緣狀況。在色譜分析中，應(yīng)關(guān)注CO、CO2的含量變化情況，同時(shí)結(jié)合烴類氣體和H2，含量變化進(jìn)行全面分析。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

（5）氣體成分變化。由于在實(shí)際情況下，往往是多種故障類型并存，多種氣體成分同時(shí)變化。且各種特征氣體所占的比例難以確定。如當(dāng)干式變壓器內(nèi)部發(fā)生火花放電，有時(shí)總烴含量不高；但C2H2在總烴中所占的比例可達(dá)25％一90％，C2H2含量約占總烴的20％以下，H，占?xì)錈N總量的30％以上。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，一般總烴不高，其主要成分是H2，其次是CH4，與總烴之比大于90％。當(dāng)放電能量密度增高時(shí)也出現(xiàn)C2H2，但它在總烴中所占的比例一般不超過2％。

當(dāng)C2H2含量較大時(shí)，往往表現(xiàn)為絕緣介質(zhì)內(nèi)部存在嚴(yán)重的局部放電故障，同時(shí)常伴有電弧燒傷與過熱，因此會(huì)出現(xiàn)C2H2含量明顯增大，且占總烴較大比例的情況。

應(yīng)注意，不能忽視H2和CH4增長(zhǎng)的同時(shí)，接著又出現(xiàn)C2H2，即使未達(dá)到注意值也應(yīng)給予高度重視。因?yàn)檫@可能存在著由低能放電發(fā)展成高能放電的危險(xiǎn)。

過熱涉及固體絕緣時(shí)，除了產(chǎn)生上述氣體之外，還會(huì)產(chǎn)生大量的CO和CO2。當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部存在接觸不良時(shí)，如分接開關(guān)接觸不良、連接部分松動(dòng)、絕緣不良，特征氣體會(huì)明顯增加。超過正常值時(shí)，一般占總烴含氣量的80％以上，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，C2H4所占比例也增加。

受潮與局部放電的特征氣體有時(shí)比較相似，也可能兩種異常現(xiàn)象同時(shí)存在，目前僅從油中氣體分析結(jié)果還很難加以區(qū)分，而應(yīng)輔助以局部放電測(cè)量和油中微水分析等來判斷。

第三節(jié)繞組直流電阻檢測(cè)

干式變壓器繞組直流電阻的檢測(cè)是一項(xiàng)很重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，DL／T596--1996預(yù)試規(guī)程的試驗(yàn)次序排在干式變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目的第二位。規(guī)程規(guī)定它是干式變壓器大修時(shí)、無載開關(guān)調(diào)級(jí)后、干式變壓器出口短路后和1～3年1次等必試項(xiàng)目。在干式變壓器的所有試驗(yàn)項(xiàng)目中是一項(xiàng)較為方便而有效的考核繞組縱絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn)，它能夠反映繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關(guān)接觸狀態(tài)以及導(dǎo)線電阻的差異和接頭接觸不良等缺陷故障，也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔位是否正確的有效手段。長(zhǎng)期以來，繞組直流電阻的測(cè)量一直被認(rèn)為是考查干式變壓器縱絕緣的主要手段之一，有時(shí)甚至是判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。從1985年原水電部制訂的《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，到1996年電力部制訂的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，該項(xiàng)內(nèi)容沒有變化，也說明這一判斷標(biāo)準(zhǔn)符合實(shí)際情況的要求。

1．DL／T596--1996預(yù)試規(guī)程的試驗(yàn)周期和要求

(1)試驗(yàn)周期。干式變壓器繞組直流電阻正常情況下1～3年檢測(cè)一次。但有如下情況必須檢測(cè)：

1)對(duì)無勵(lì)磁調(diào)壓干式變壓器變換分接位置后必須進(jìn)行檢測(cè)(對(duì)使用的分接鎖定后檢測(cè))

2)有載調(diào)壓干式變壓器在分接開關(guān)檢修后必須對(duì)所有分接進(jìn)行檢測(cè)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3)干式變壓器大修后必須進(jìn)行檢測(cè)。

4)必要時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。如干式變壓器經(jīng)出口短路后必須進(jìn)行檢測(cè)。

(2)試驗(yàn)要求。

1)干式變壓器容量在1．6MVA及以上，繞組直流電阻相互間差別不應(yīng)大于2％；無中性點(diǎn)引出的繞組線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1％。

R1、R2——分別為溫度t1、t2時(shí)的電阻值；

T——常數(shù)，其中銅導(dǎo)線為235，鋁導(dǎo)線為225。

2．減少測(cè)量時(shí)間提高檢測(cè)準(zhǔn)確度的措施

干式變壓器繞組是由分布電感、電阻及電容組成的復(fù)雜電路。測(cè)直流電阻是在繞組的被試端子間通以直流，待瞬變過程結(jié)束、電流達(dá)到穩(wěn)定后，記錄電阻值及繞組溫度。隨著干式變壓器容量的增大，特別是五柱鐵心和低壓繞組為三角形連接的大型干式變壓器，如果仍如中小型干式變壓器那樣，用幾伏電壓的小容量電池作為測(cè)量電源，則電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)至十多小時(shí)，這不僅太費(fèi)時(shí)間，而且不能保證測(cè)量準(zhǔn)確度。測(cè)直流電阻的關(guān)鍵問題是將自感效應(yīng)降低到較小程度。為解決這個(gè)問題分為以下兩種方法。

(1)助磁法。助磁法是迫使鐵心磁通迅速趨于飽和，從而降低自感效應(yīng)歸納起來可縮短時(shí)間常

1)用大容量蓄電池或穩(wěn)流源通大電流測(cè)量。

2)把高、低壓繞組串聯(lián)起來通電流測(cè)量，采用同相位和同極性的高壓繞組助磁。由于高壓繞組的匝數(shù)遠(yuǎn)比低壓的多，借助于高壓繞組的安匝數(shù)，用較小的電流就可使鐵心飽和。

3)采用恒壓恒流源法的直阻測(cè)量?jī)x。使用時(shí)可把高、低壓繞組串聯(lián)起來，應(yīng)用雙通道對(duì)高、低壓繞組同時(shí)測(cè)量，較好地解決了三相五柱式大容量干式變壓器直流電阻測(cè)試的困難。一般測(cè)試一臺(tái)360MVA，500kV或220kV干式變壓器繞組直流電阻月需30～40min，測(cè)量接線如圖2－4所示。

圖2－4助磁法同時(shí)測(cè)量高、低壓繞組電阻的接線圖

(2)消磁法。消磁法與助磁法相反，力求使通過鐵心的磁通為零。使用的方法有兩種。

1)零序阻抗法。該方法僅適用于三柱鐵心YN連接的干式變壓器。它是將三相繞組并聯(lián)起來同時(shí)通電，由于磁通需經(jīng)氣隙閉合，磁路的磁陽(yáng)大大增加，繞組的電感隨之減小，為此使測(cè)量電阻的時(shí)間縮短。

2)磁通勢(shì)抵消法。試驗(yàn)時(shí)除在被測(cè)繞組通電流外，還在非被測(cè)繞組中通電流，使兩者產(chǎn)生在磁通勢(shì)大小相等、方向相反而互相抵消，保持鐵心中磁通趨近于零，將繞組的電感降到較低限度，達(dá)到縮短測(cè)量時(shí)間的目的。它比僅用恒流法縮短充電時(shí)間10倍以上。其測(cè)量接線如圖2—5所示

3.直流電阻檢測(cè)與故障診斷實(shí)例

(1)繞組斷股故障的診斷，某干式變壓器低壓側(cè)lOkV線間直流電阻不平衡率為2．17％，超過部頒標(biāo)準(zhǔn)值1％的一倍還多。發(fā)現(xiàn)缺陷后，先后對(duì)各引線與導(dǎo)線電桿連接點(diǎn)進(jìn)行緊固處理，又對(duì)其進(jìn)行幾次跟蹤試驗(yàn)，但缺陷仍存在。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

1)色譜分析。色譜分析結(jié)果該主干式變壓器C2H2超標(biāo)，從0．2上升至7．23／tL／I·，說明存在放電性故障。但從該主干式變壓器的檢修記錄中得知，在發(fā)現(xiàn)該干式變壓器QH：變化前曾補(bǔ)焊過2次，而且未進(jìn)行脫氣處理：其它氣體的含量基本正常，用三比值法分析，不存在過熱故障，且歷年預(yù)試數(shù)據(jù)反映除直流電阻不平衡率超標(biāo)外，其他項(xiàng)目均正常。

2)直流電阻超標(biāo)分析。經(jīng)換算確定C相電阻值較大，懷疑是否由于斷股引起，經(jīng)與制造廠了解該繞組股數(shù)為24股，據(jù)此計(jì)算若斷一股造成的誤差與實(shí)際測(cè)量誤差一致，判斷故障為C相繞組內(nèi)部有斷股問題。經(jīng)吊罩檢查，打開繞組三角接線的端子，用萬(wàn)用表測(cè)量，驗(yàn)證廠C相有一股開斷。

(2)有載調(diào)壓切換開關(guān)故障的診斷。某干式變壓器llOkV側(cè)直流電阻不平衡，其中C相直流電阻和各個(gè)分接之間電阻值相差較大。A、B相的每個(gè)分接之間直流電阻相差約為10～11．7u歐，而C相每個(gè)分接之間直流電阻相差為4．9—6．4u歐和14．1～16．4u歐，初步判斷C相回路不正常。通過其直流電阻數(shù)據(jù)CO(C端到中性點(diǎn)O端)的直流回路進(jìn)行分析，確定繞組本身缺陷的可能性小，有載調(diào)壓裝置的極性開關(guān)和選擇開關(guān)缺陷的可能性也極小，所以，缺陷可能在切換開關(guān)上。經(jīng)對(duì)切換開關(guān)吊蓋檢查發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)固定切換開關(guān)的一個(gè)極性到選擇開關(guān)的固定螺絲擰斷，致使零點(diǎn)的接觸電阻增大，而出現(xiàn)直流電阻規(guī)律性不正常的現(xiàn)象。

(3)無載調(diào)壓開關(guān)故障的診斷。在對(duì)某電力修造廠改造的干式變壓器交接驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中壓繞組Am、馬n、Cm三相無載磁分接開關(guān)的直流電阻數(shù)據(jù)混亂、無規(guī)律，分接位置與所測(cè)直流電阻的數(shù)值不對(duì)應(yīng)。

經(jīng)吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)三相開關(guān)位置與指示位置不符，且沒有空檔位置，經(jīng)重新調(diào)整組裝后恢復(fù)正常。

(4)繞組引線連接不良故障的診斷。某SFSLBl31500A10型干式變壓器，預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)35kV側(cè)運(yùn)行Ⅲ分接頭直流電阻不平衡率超標(biāo)。

測(cè)試結(jié)果如表2—15所示

測(cè)試時(shí)間

直流電組（歐）

較大不平衡率（％）

Aom

Bom

Com

預(yù)示

0.116

0.103

0.103

12.1

復(fù)試（轉(zhuǎn)動(dòng)分接開關(guān)后）

0.1167

0.1038

0.1039

11.9

該干式變壓器35kv側(cè)直流電阻不平衡率遠(yuǎn)大于2％，懷疑分接開關(guān)有問題，所以轉(zhuǎn)動(dòng)分接開關(guān)后復(fù)測(cè)，其不平衡率仍然很大，又分別測(cè)其他幾個(gè)分接位置的直流電阻，其不平衡率都在11％以上，而且規(guī)律都是A相直流電阻偏大，好似在A相繞組中已串入一個(gè)電阻，這一電阻的產(chǎn)生可能出現(xiàn)在A相繞組的先端或套管的引線連接處，是否為連接不良造成。經(jīng)分析確認(rèn)后，停電打開A相套管下部的手孔門檢查，發(fā)現(xiàn)引線與套管連接松動(dòng)(螺絲連接)，主要由于安裝時(shí)未裝緊，且無墊圈而引起，經(jīng)緊固后恢復(fù)正常。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

通過上述案例可見，干式變壓器繞組直流電阻的測(cè)量能發(fā)現(xiàn)回路中某些重大缺陷，判斷的靈敏度和準(zhǔn)確性亦較高，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中應(yīng)遵循如下相關(guān)要求，才能得到準(zhǔn)確的診斷效果。

1)通過對(duì)干式變壓器直流電阻進(jìn)行測(cè)量分析時(shí)，其電感較大，一定要充電到位，將自感效應(yīng)降低到較小程度，待儀表指針基本穩(wěn)定后讀取電阻值，提高一次回路直流電阻測(cè)量的正確性和準(zhǔn)確性。

2)測(cè)量的數(shù)據(jù)要進(jìn)行橫向和縱向的比較，對(duì)溫度、濕度、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量方法、測(cè)量過程和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行分析。

3)分析數(shù)據(jù)時(shí)，要綜合考慮相關(guān)的因素和判據(jù)，不能單搬規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，而要根據(jù)規(guī)程的思路、現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，具體分析設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)的發(fā)展和變化過程。

4)要結(jié)合設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，分析設(shè)備內(nèi)部的具體情況，根據(jù)不同情況進(jìn)行直流電阻的測(cè)量，以得到正確判斷結(jié)論。

5)重視綜合方法的分析判斷與驗(yàn)證。如有些案例中通過繞組分接頭電壓比試驗(yàn)，能夠有效驗(yàn)證分接相關(guān)的檔位，而且還能檢驗(yàn)出干式變壓器繞組的連接組別是否正確。同時(shí)對(duì)于匝間短路等故障也能靈敏地反映出來，實(shí)際上電壓比試驗(yàn)，也是一種常規(guī)的帶有檢驗(yàn)和驗(yàn)證性質(zhì)的試驗(yàn)手段。進(jìn)行綜合分析可進(jìn)一步提高故障診斷的可靠性。

第四節(jié)絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測(cè)

絕緣電阻試驗(yàn)是對(duì)干式變壓器主絕緣性能的試驗(yàn)，主要診斷干式變壓器由于機(jī)械、電場(chǎng)、溫度、化學(xué)等作用及潮濕污穢等影響程度，能靈敏反映干式變壓器絕緣整體受潮、整體劣化和絕緣貫穿性缺陷，是干式變壓器能否投運(yùn)的主要參考判據(jù)之一。

1．絕緣電阻的試驗(yàn)原理

干式變壓器的絕緣電阻對(duì)雙繞組結(jié)構(gòu)而言是表征干式變壓器高壓對(duì)低壓及地、低壓對(duì)高壓及地、高壓和低壓對(duì)地等絕緣在直流電壓作用下的特性。它與上述絕緣結(jié)構(gòu)在直流電壓作用下所產(chǎn)生的充電電流、吸收電流和泄漏電流有關(guān)。干式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)及產(chǎn)這三種電流的等效電路

如圖2—6所示。

圖2—6絕緣介質(zhì)的等效電路

U-一外施直流電壓；C1一等值幾何電容；C、R一表征不均勻程度和臟污等的等值電容、電阻；Rl一絕緣電阻；iC1－電電流；iCR一吸收電流；iRi一泄漏電流；i一總電流

(1)充電電流是當(dāng)直流電壓加到被試晶上時(shí)，對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)的幾何電容進(jìn)行充電形成的電流，其值決定于兩極之間的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)形式，并隨施加電壓的時(shí)間衰減很快。當(dāng)去掉直流電壓時(shí)相反的放電電流。電路中便會(huì)產(chǎn)生與充電電流極性

(2)吸收電流是當(dāng)直流電壓加到被試品上時(shí)，絕緣介質(zhì)的原子核與電子負(fù)荷的中心產(chǎn)生偏移，或偶極于緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)并調(diào)整其排列方向等而產(chǎn)生的電流，此電流隨施加電壓的時(shí)間衰減較慢。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

(3)泄漏電流是當(dāng)直流電壓加到被試品上時(shí)，絕緣內(nèi)部或表面移動(dòng)的帶電粒子、離子和自由電子形成的電流，此電流與施加電壓的時(shí)間無關(guān)，而只決定于施加的直流電壓的大小?？傠娏鳛樯鲜鋈N電流的合成電流。幾種電流的時(shí)間特性曲線如圖2—7所示。

圖2—7直流電壓作用下絕緣介質(zhì)中的等值電流

i－總電流；i1－吸收電流；i2充電電流；i3泄漏電流

干式變壓器的絕緣電阻是表征同一直流電壓下，不同加壓時(shí)間所呈現(xiàn)的絕緣特性變化。絕緣電阻的變化決定于電流i的變化，它直接與施加直流電壓的時(shí)間有關(guān)，一般均統(tǒng)一規(guī)定絕緣電阻的測(cè)定時(shí)間為一分鐘。因?yàn)?，?duì)于中小型干式變壓器，絕緣電阻值一分鐘即可基本穩(wěn)定；對(duì)于大型干式變壓器則需要較長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定。產(chǎn)品不同，絕緣電阻隨時(shí)間的變化曲線也不同，但曲線形狀大致相同，如圖2—8所示。

圖2—8絕緣電阻與時(shí)間曲線

2．絕緣電阻的試驗(yàn)類型

電力干式變壓器絕緣電阻試驗(yàn)，過去采用測(cè)量絕緣電阻的R60。(一分鐘的絕緣電阻值)，同時(shí)對(duì)大中型干式變壓器測(cè)量吸收比值(R60／R15)。這對(duì)判斷繞組絕緣是否受潮起到過一定作用。但近幾年來，隨著大容量電力干式變壓器的廣泛使用，且其干燥工藝有所改進(jìn)，出現(xiàn)絕緣電阻絕對(duì)值較大時(shí)，往往吸收比偏小的結(jié)果，造成判斷困難。吸取外經(jīng)驗(yàn)，采用極化指數(shù)戶、／，即10rain(600s)與1rain(60s)的比值(R600／R60)。有助于解決正確判斷所遇到的問題。

為了比較不同溫度廠的絕緣電阻值。GB／6451—86家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同溫度，下測(cè)量的絕緣電阻值R60換算到標(biāo)準(zhǔn)溫度2叭：時(shí)的換算公式。

當(dāng)t 20℃時(shí)

當(dāng)t 20℃時(shí)

表2－16測(cè)絕緣電阻值時(shí)換算系數(shù)表

溫度差

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

換算系數(shù)

1.2

1.5

1.8

2.3

2.8

3.4

4.1

5.1

6.2

7.5

9.2

11.2

注中間溫度差值的換算系數(shù)可用插值法求取。

DL／T596—1996規(guī)程規(guī)定吸收比(10—30℃范圍)不低于1．3或極化指數(shù)不低于1．5，且對(duì)吸收比和極化指數(shù)不進(jìn)行溫度換算。在判斷時(shí)，新的預(yù)試規(guī)程規(guī)定吸收比或極化指數(shù)中任——項(xiàng)，達(dá)到上述相應(yīng)的要求都作為符合標(biāo)準(zhǔn)。外按極化指數(shù)判斷干式變壓器絕緣狀況的參考標(biāo)準(zhǔn)如表2—17所示

狀態(tài)

極化指數(shù)

良好

2

較好

1.25－2

一般

1.1－1.25

不良

1－1.1

危險(xiǎn)

1

3．絕緣電阻的試驗(yàn)方法

(1)測(cè)量部位。

1)對(duì)于雙繞組干式變壓器，應(yīng)分別測(cè)量高壓繞組對(duì)低壓繞組及地；低壓繞組對(duì)高壓繞組及地；高、低繞組對(duì)地，共三次測(cè)量。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2)對(duì)于三繞組干式變壓器，應(yīng)分別測(cè)量高壓繞組對(duì)中、低壓繞組及地；中／k繞組對(duì)高、低壓繞組及地；低壓繞組對(duì)高、中壓繞組及地；高、中壓繞組對(duì)低壓繞組及地；高、低壓繞組對(duì)中壓繞組及地；十、低壓繞組對(duì)高壓繞組及地；高、中、低壓繞組對(duì)地，共七次測(cè)量。確定測(cè)量部位是因?yàn)闇y(cè)量干式變壓器絕緣電阻時(shí)，無論繞組對(duì)外殼還是繞組間的分布電容均被充電，當(dāng)按不同順序測(cè)量高壓繞組和低壓繞組絕緣電阻時(shí)，繞組間的電容重新充電過程不同而影響測(cè)量結(jié)果，因此為消除測(cè)量方法上造成的誤差，在不同測(cè)量接線時(shí)測(cè)量絕緣電阻必須有一定的／頃序，且一經(jīng)確定，每次試驗(yàn)均應(yīng)按確定的順序進(jìn)行，便于對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行合理的比較。

(2)操作方法。

1)檢查兆歐表或絕緣測(cè)定器本身及測(cè)量線的絕緣是否良好。檢查方法是將兆歐表或絕緣測(cè)定器的接地端子與地線相連，測(cè)量端子與測(cè)量線一端相連，測(cè)量線另一端懸空，接通絕緣測(cè)定器的輸出開關(guān)(或搖動(dòng)兆歐表至額定轉(zhuǎn)速)，絕緣電阻的讀數(shù)接近無窮大，瞬時(shí)短接的絕緣電阻的讀數(shù)為零。

2)將被試干式變壓器高、中、低各繞組的所有端子分別用導(dǎo)線短接，測(cè)量前對(duì)被測(cè)量繞組對(duì)地和其余繞組進(jìn)行放電。

3)接通絕緣測(cè)定器的輸出開關(guān)(或搖動(dòng)兆歐表至額定轉(zhuǎn)速)，將測(cè)量繞組絕緣電阻的回路迅速接通，同時(shí)記錄接通的時(shí)間。

4)當(dāng)時(shí)間達(dá)到15s時(shí)，立即讀取絕緣R15電阻值，60s時(shí)再讀取R60值。如需要測(cè)量極化指數(shù)時(shí)，則應(yīng)繼續(xù)延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間至10min，并應(yīng)每隔一分鐘讀取一個(gè)值，同時(shí)準(zhǔn)確作好記錄。

5)到達(dá)結(jié)束時(shí)間，從干式變壓器繞組上取下測(cè)量線，并將測(cè)量線與地線相連進(jìn)行放電。

6)改變接線，分別完成上述程序?qū)Ω骼@組絕緣電阻的測(cè)量。

(3)注意事項(xiàng)。

1)繞組絕緣電阻的測(cè)量應(yīng)采用2500V或5000V兆歐表。

2)測(cè)量前被測(cè)繞組應(yīng)充分放電。

3)測(cè)量溫度以頂層油溫為準(zhǔn)，并注意盡量使每次測(cè)量的溫度相近，并較好在油溫低于50C時(shí)測(cè)量。

4)絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)要同時(shí)記錄儀表讀數(shù)、試驗(yàn)時(shí)間、上層油溫，決不能隨意估計(jì)這三個(gè)數(shù)據(jù)。

5)按要求進(jìn)行統(tǒng)一溫度換算。電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程DL／T596--1996規(guī)定，電力干式變壓器的絕緣電阻值R60換算至同一溫度下，與前一次測(cè)試結(jié)果相比應(yīng)無明顯變化。換算公式為

(2-24)

式中R1、R2--分別為溫度t1、t2時(shí)的絕緣電阻值。

4．絕緣電阻的測(cè)試分析

(1)與測(cè)試時(shí)間的關(guān)系。對(duì)不同容量、不同電壓等級(jí)的干式變壓器的絕緣電阻隨加壓時(shí)間變化的趨勢(shì)也有些不同，一般是60s之內(nèi)隨加壓時(shí)間上升很快，60s到120s上升也較快，120s之后上升速度逐漸減慢。從絕對(duì)值來看，產(chǎn)品容量越大的電壓等級(jí)愈高，尤其是220kV及以上電壓等級(jí)的產(chǎn)品，60s之前的絕緣電阻值越小、60s之后達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)，一般約要8rain以后才能基本穩(wěn)定。這是由于在測(cè)量絕緣電阻時(shí)，兆歐表施加直流電壓，在試品復(fù)合介質(zhì)的交界面上會(huì)逐漸聚集電荷，這個(gè)過程的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象，或稱界面極化現(xiàn)象。通常吸收電荷的整個(gè)過程需經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。吸收比(R60／R15)反映測(cè)量剛開始時(shí)的數(shù)據(jù)，不能或來不及反映介質(zhì)的全部吸收過程。而極化指數(shù)／~600／R60)時(shí)間較長(zhǎng)，在更大程度上反映了介質(zhì)吸收過程，因此極化指數(shù)在判斷大型設(shè)備絕緣受潮問題上比吸收比更為準(zhǔn)確。由此可見，220kV及以上電壓等級(jí)的干式變壓器應(yīng)該測(cè)量極化指數(shù)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

(2)與測(cè)試溫度的關(guān)系。當(dāng)干式變壓器的溫度不超過30℃時(shí)，吸收比隨溫度的上升而增大，約30℃時(shí)吸收比達(dá)到較大極限值，超過30C時(shí)吸收比則從較大極限值開始下降。但220kV、500kV產(chǎn)品的吸收比和極化指數(shù)達(dá)到較大極限值的溫度則為40℃以上。

(3)與干式變壓器油中含水量的關(guān)系。干式變壓器油中含水量對(duì)絕緣電阻的影響比較顯著，反映在含水量增大，絕緣電阻減小、絕緣電阻吸收比降低，因此干式變壓器油的品質(zhì)是影響干式變壓器絕緣系統(tǒng)絕緣電阻高低的重要因素之一。

(4)與干式變壓器容量和電壓等級(jí)的關(guān)系。在干式變壓器容量相同的情況下，絕緣電阻常隨電壓等級(jí)的升高而升高，這是因?yàn)殡妷旱燃?jí)越高，絕緣距離越大的緣故。在干式變壓器電壓等級(jí)相同的情況下，絕緣電阻值常隨容量的增大而降低，這是因?yàn)槿萘吭酱?，等效電容的極板面積也增大，在電阻系數(shù)不變的情況下，絕緣電阻必然降低。

吸收比或極化指數(shù)能夠有效反映絕緣受潮，是對(duì)干式變壓器診斷受潮故障的重要手段。相對(duì)來講，單純依靠絕緣電阻絕對(duì)值的大小，對(duì)繞組絕緣作出判斷，其靈敏度、有效性比較低。這一方面是因?yàn)闇y(cè)量時(shí)試驗(yàn)電壓太低難以暴露缺陷；另一方面也是因?yàn)榻^緣電阻值與繞組絕緣的結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度等有關(guān)。但是，對(duì)于鐵心、夾件、穿心螺栓等部件，測(cè)量絕緣電阻往往能反映故障。主要是因?yàn)檫@些部件的絕緣結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，絕緣介質(zhì)單一。

5．絕緣電阻檢測(cè)與診斷實(shí)例

(1)干式變壓器充油循環(huán)后測(cè)絕緣電阻大幅下降。某2500kVA、l10kV干式變壓器充油循環(huán)后測(cè)絕緣電阻比循環(huán)前大幅降低，以低一高中地為例，充油循環(huán)前只R15=5000M歐、R60＝10000M歐,、R60／R15＝2、tg8％＝0．25。充油循環(huán)后7．5h測(cè)量，R15＝250M歐、R60=300M歐、R60／Ri5＝1．2、tg8％＝1．15。充油循環(huán)后34h測(cè)量，R15＝7000M歐、R60＝10000M歐、R60／R15＝1．43。

造成上述原因可能是充油循環(huán)后油中產(chǎn)生的氣泡對(duì)絕緣電阻的影響，因此要待油中氣泡充分逸出，再測(cè)絕緣電阻才能真實(shí)反映干式變壓器的絕緣狀況，通常，對(duì)8000kVA及以上干式變壓器需靜置20h以上，小型配電干式變壓器也要靜置5h以上才能進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。

(2)油中含水量對(duì)干式變壓器絕緣電阻的影響。某干式變壓器絕緣電阻R60為750M歐，吸收比為1．12，油中含水量的微水分析超標(biāo)，與二年前相近溫度條件下R60 2500而R60／R15 1，5相比變化很大。經(jīng)油處理，微水正常，絕緣電阻R60為2500M歐，吸收比為1．47。但運(yùn)行一年后，預(yù)試又發(fā)現(xiàn)反復(fù)，絕緣電阻R60為800M歐、吸收比為1．16。再次進(jìn)行微水檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)。再次進(jìn)行油過濾絕緣電阻又恢復(fù)正常。

分析認(rèn)為油中含水量是對(duì)干式變壓器絕緣電阻影響的主要因素，油中微水經(jīng)油處理合格后，絕緣電阻亦正常，所以運(yùn)行一階段，油中微水又超標(biāo)，應(yīng)解釋為紙絕緣材料中的水分并未全部烘干排除，并緩慢向油中析出而影響油的含水量，同時(shí)影響干式變壓器的絕緣電阻值。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

（3）吸收比和極化比指數(shù)隨溫度變化無規(guī)率可循。