在線監(jiān)測及紅外診斷在變壓器故障分析中的應(yīng)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(yīng)用
摘要
隨著電力建設(shè)的大力發(fā)展，電網(wǎng)容量和電壓等級(jí)也隨之增長，而作為電網(wǎng)中輸變電的重要設(shè)備變壓器，從設(shè)計(jì)到制作都發(fā)生了較大的變化。本文對(duì)目前大型變壓器的制作和發(fā)展進(jìn)行了介紹，以及運(yùn)行中變壓器出現(xiàn)故障的分析，同時(shí)結(jié)合相關(guān)的知識(shí)，提出了大型變壓器在運(yùn)行中利用油色譜在線監(jiān)測以及紅外成像技術(shù)進(jìn)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(jì)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(jī)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(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活的繁榮穩(wěn)定。預(yù)計(jì)到2020年，廣東省裝機(jī)容量還要凈增80000 MW，到時(shí)整個(gè)電網(wǎng)的容量和電壓等級(jí)將會(huì)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(luò)，一些電力發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始采用750 kV和1000 kV以上等級(jí)的特高壓線路，作為輸變電的重要設(shè)備—變壓器的安全運(yùn)行就顯得非常的重要，它將直接影響到整個(gè)電力事業(yè)的發(fā)展方向和電力建設(shè)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(jí)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(shí)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(jìn)這個(gè)市場。
2.1變壓器的容量和體積
變壓器的電壓等級(jí)往往隨著容量的增加而增加，然而一個(gè)比較嚴(yán)重的問題就是其體積和重量也隨之增加，不但在設(shè)計(jì)和制造時(shí)困難較大，最主要的是運(yùn)輸受到限制。在我國，由于內(nèi)陸較多，傳統(tǒng)運(yùn)輸主要依靠公路和鐵路，一般公路運(yùn)輸受橋梁承重和隧道高度的限制，而鐵路運(yùn)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(duì)偏低，需要加強(qiáng)絕緣以提高其電壓等級(jí)，所以其電力發(fā)展也受到一定的限制。對(duì)于三相變壓器而言，由于其同比投資要低于三臺(tái)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(duì)比較先進(jìn)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(yùn)輸和安裝到一些偏遠(yuǎn)山區(qū)。然而對(duì)于更大容量和電壓等級(jí)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(diǎn)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(shè)計(jì)中不光要考慮其絕緣強(qiáng)度，同時(shí)還要考慮到整個(gè)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(duì)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(yīng)該包括對(duì)器身、附件等設(shè)計(jì)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(qiáng)度的環(huán)氧樹脂綁帶加固，鐵芯上、下層各有一條油道，整個(gè)結(jié)構(gòu)非常緊湊。東芝公司在考慮到變壓器運(yùn)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(yùn)輸和安裝過程中少了很多程序，不但可以防潮，防止異物進(jìn)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(huì)根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的設(shè)備，尤其是對(duì)于某些發(fā)達(dá)地區(qū)土地和空間資源相對(duì)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(dú)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(yùn)行的故障統(tǒng)計(jì)表明，主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面[1]：
⑴ 抗短路能力不足。由于器身結(jié)構(gòu)相對(duì)緊縮，變壓器的容量裕度相對(duì)較小，所以抵抗大電流的能力較弱，往往需要采用單獨(dú)的電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。特別是緊湊型變壓器其過負(fù)荷能力較低，較低的超負(fù)荷都可能導(dǎo)致變壓器過熱而引起保護(hù)動(dòng)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(duì)減弱，局部發(fā)熱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，特別是存在局部缺陷時(shí)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(luò)的主要原因，一般干燥天氣下外絕緣強(qiáng)度是很高的。
⑶ 附件質(zhì)量（套管、分接開關(guān)、冷卻器等）。目前根據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yùn)輸安裝中的機(jī)械損傷等。
⑷ 非電量保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)。
⑸ 安裝、檢修、運(yùn)行維護(hù)中存在的問題，其中包括生產(chǎn)廠家產(chǎn)品嚴(yán)重質(zhì)量問題；局部過熱、振動(dòng)、噪聲較大、色譜不良、介損增大、滲漏油等。
根據(jù)變壓器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出六點(diǎn)運(yùn)行中異常的判斷方法：
⑴ 外觀異常。套管出現(xiàn)閃絡(luò)放電、器身表面出現(xiàn)滲漏油、油位表和油流計(jì)指示不到等。
⑵ 顏色、氣味異
評(píng)論