故障情況及檢測新技術(shù)探討大型電力變壓器主要內(nèi)容一、國家電網(wǎng)公司變壓器在運及運行情況變壓器在運情況統(tǒng)計表電壓等級(kV)臺數(shù)(臺)容量(MVA)2008年2007年同比2008年2007年同比750126666003000360050015021170332425479.4328721.296758.23301961801645855.841285.8457022045704023547694600.2593359.3101240.911013455119671488546947.1440576.35106370.7566178016859540996.3936322.654673.74合計215151903124843172142004年～2008年在運變壓器容量增長率分布圖2008年本體非停原因分布2007年本體非停原因分布2008年變壓器跳閘本體原因分布2007年變壓器各電壓等級變壓器事故分布2008年變壓器損壞事故直接原因餅圖華北姜家營500kV主變壓器故障華北姜家營500kV主變壓器故障

故障是由高壓線圈的匝間短路引起的，制造缺陷和選材質(zhì)量較差是變壓器故障的主要原因。從中發(fā)現(xiàn)有Cu2S，但是Cu2S生成和對變壓器匝間絕緣的影響需要進一步開展研究。湖北鋼都500kV主變壓器故障湖北鋼都500kV主變壓器故障故障是由高壓套管爆炸所致，套管故障的主要原因是工藝處理中出現(xiàn)失誤。不完全統(tǒng)計220kV變壓器所用套管中，南京電瓷總廠967支，傳奇公司867支，共占總數(shù)的55.2%。330kV變壓器所用套管中，ABB公司67支，西安西電高壓電瓷有限責(zé)任公司60支，共占總數(shù)的81.9%。500kV變壓器所用套管中，ABB公司236支，傳奇公司233支，日本NGK公司99支，共占總數(shù)的53.8%。750kV變壓器所用套管均為德國HSP公司產(chǎn)，共6支。

制造過程中的局部缺陷（如氣泡、裂縫、懸浮導(dǎo)電質(zhì)點和電極毛刺等）正是這些缺陷會造成絕緣體內(nèi)部或表面出現(xiàn)某些區(qū)域電場強度高于平均電場強度，當(dāng)這些區(qū)域的擊穿場強低于平均擊穿場強時，將會首先發(fā)生放電、而其它區(qū)域仍保持絕緣特性，從而形成局部放電。絕緣在電、熱、機械等應(yīng)力長期作用下產(chǎn)生的老化局部放電引起介質(zhì)劣化和損傷的機理是多方面的，主要包括三種效應(yīng)：（1）帶電質(zhì)點(電子和正、負離子)對介質(zhì)表面的撞擊，切斷分子構(gòu)造；（2）由于帶電質(zhì)點撞擊介質(zhì)，在放電點引起介質(zhì)局部溫度上升，使介質(zhì)加速氧化，導(dǎo)致材料的機械、電氣性能下（3）局部放電產(chǎn)生的活性生成物對介質(zhì)的氧化作用使介質(zhì)逐漸劣化。絕緣內(nèi)的電場分布開始外加電壓時空穴內(nèi)沒有初始電荷絕緣內(nèi)的電場分布空間電荷改變了電場分布=>絕緣體其他部分的電場增強并使其劣化幾率增加絕緣缺陷的電氣模型經(jīng)典三電容模型空穴放電?空穴上的電壓Vc降到0?擊穿時，Cc放電釋放出能量?Ca向Cb提供能量Va=Vb+VcVc=0Va1=Vb1視在放電量估計視在放電量估計電磁輻射[射頻]聲子[超聲波]電荷遷移-〉電流脈沖(脈沖電流法)PD材料分解(DGA方法)HF(3M-30MHz)VHF(30M-300MHz)UHF(300M-3GHz)光發(fā)射(光測法)產(chǎn)生熱量(測溫法)當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)局部放電時，在出現(xiàn)脈沖電流信號的出線端、套管末屏接地線、鐵芯接地線等處，利用電流傳感器在這些點測量局部放電脈沖電流信號并進行分析，這種方法稱為脈沖電流法。脈沖電流法主要利用局部放電頻譜的較低頻段部分，一般為數(shù)kHz到數(shù)百kHz。常規(guī)電流傳感器采用電耦合的方式，包括RC和RLC兩種檢測阻抗，RC型檢測阻抗一般是寬帶測量，多用于試驗研究；RLC型檢測阻抗多串接在變壓器套管末屏接地線，作為窄帶測量。寬帶的檢測頻帶變化較大，一般在200~400kHz,具有脈沖分辨率高，但信噪比低窄帶的檢測頻帶一般為15kHz,中心頻率在1MHz以內(nèi)，具有靈敏度高、抗干擾能力強，但輸出波形畸變嚴重。在線檢測時，目前普遍采用的是羅果夫斯基線圈。檢測靈敏度高、視在電荷量可標定現(xiàn)場強烈的電磁干擾是脈沖電流法的瓶頸廣泛用于變壓器型式試驗、預(yù)防和交接試驗、變壓器局部放電實驗研究化學(xué)檢測法(羅杰斯比值法)優(yōu)點：受外界電磁干擾影響相對較小，準確度較高缺點：油氣分離時間長，實時性差，對突發(fā)性故障不靈敏檢測局放產(chǎn)生的聲發(fā)射優(yōu)點：不影響電氣主設(shè)備的安全運行，受電磁干擾影響較小缺點：聲波阻抗復(fù)雜，超聲波信號傳播途徑復(fù)雜、衰減嚴重，檢測靈敏度較低光纖技術(shù)光纖超聲波法測量原理：當(dāng)局部放電的超聲波信號傳播到光纖上時會發(fā)生碰撞從而使光纖發(fā)生形變，緊接著導(dǎo)致光纖的長度和折射系數(shù)發(fā)生變化。光波在光纖中傳播時受到超聲信號的相位調(diào)制，然后采用合適的調(diào)制解調(diào)器把局放的超聲波信號提取出來光測法測量局部放電產(chǎn)生的光來探測局放盡管在實驗室里采用光學(xué)技術(shù)對電氣設(shè)備的局部放電和老化等做了許多有用的研究，但該技術(shù)達到現(xiàn)場應(yīng)用還有很大的距離。造成這種局限的主要原因變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不透光，且有光學(xué)設(shè)備的造價高紅外測溫法紅外檢測是基于局部放電點的溫度升高，利用紅外探測儀的熱成像原理實現(xiàn)熱點測量。目前針對變壓器外部故障（包括導(dǎo)體連接不良、漏磁引起的箱體渦流、冷卻裝置故障和變壓器套管故障等）是有效的由于變壓器結(jié)構(gòu)和傳熱過程的復(fù)雜性，要利用紅外成像方法直接檢測變壓器本體內(nèi)部的局部放電是十分困難的。高頻RF檢測、超寬帶(300M-3000MHz)國外KEMA公司，Deft大學(xué)、法國Alstom公司、英國Strathclyde大學(xué)；國內(nèi)清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華北電力大學(xué)、重慶大學(xué)等都展開了大量的理論和工程探索，大大推動了該方法的研究和應(yīng)用優(yōu)點：靈敏度高、抗電暈干擾、非接觸式檢測，更安全，適合在線，理論上可定位缺點：發(fā)展不完善，診斷判據(jù)、定位（變壓器）技術(shù)都有待于進一步發(fā)展脈沖電流法測量局部放電的判別電暈放電發(fā)生部位:?高壓導(dǎo)體尖端、毛刺?地電極尖端等、毛刺電暈放電特點:

?始發(fā)生負脈沖（針電極”+”，板電極”-”）

?更高電壓下，產(chǎn)生正脈沖，且幅值較大

?發(fā)生在電壓峰值處

?隨電壓增加，放電重復(fù)率增大電暈放電的譜圖(高壓端為針電極)電暈放電的譜圖(地電極為針電極)沿面放電發(fā)生位置:?套管?電纜終端、接頭?發(fā)電機線圈沿面放電特征:?正負半周均有放電?發(fā)生在零點與峰值之間?峰值點后無放電現(xiàn)象?可沿放電通道延伸?脈沖幅值高于氣泡或空氣間隙放電沿面放電譜圖內(nèi)部放電（空穴型放電）位置:?固體或液體絕緣中充氣的空隙部位主要原因–氣體絕緣低電氣強度–氣隙中電場增強內(nèi)部放電特點:?兩半周均有放電，波形基本對稱?多發(fā)生在零點與峰值之間?電壓增加，幅值無明顯變化，放電密度加大內(nèi)部放電內(nèi)部放電譜圖懸浮放電位置:?分接引線、導(dǎo)線接頭連接不良等因加工損傷而刮傷的金屬屑螺栓松動等安裝中遺落的金屬組件等特點加壓到一定程度，放電突然出現(xiàn)，放電幅值、間隔大體相等隨電壓升高，脈沖出現(xiàn)的頻率加快，幅值則基本不變。統(tǒng)計譜圖呈現(xiàn)比較典型的“柱狀”分布，放電幾乎遍布所有相位，電壓峰值后發(fā)生較少懸浮放電當(dāng)電力變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，將會向外輻射出特高頻（UltraHighFrequency，下文簡寫為UHF）電磁波因此，通過檢測電力變壓器內(nèi)部是否存在UHF信號，可以判斷電力變壓器內(nèi)部是否發(fā)生局部放電。UHF檢測方法由于檢測頻帶寬且高（300M～1500MHz），因此兼有靈敏度高和抗干擾能力強的優(yōu)點；特別由于變壓器外殼具有良好的屏蔽作用，外部UHF信號無法進入油箱內(nèi)部，這更加有利于現(xiàn)場環(huán)境下的抗干擾。此外，由于UHF檢測方法由于和變壓器高壓側(cè)完全不存在電氣上的連接，因此這種檢測方式對于二次系統(tǒng)和操作人員來說更加安全可靠。特高頻檢測變壓器局部放電技術(shù)源于80年代的英國。目前，特高頻檢測局部放電的技術(shù)已經(jīng)有了長足的進步，在我國也已經(jīng)在一定的應(yīng)用。特高頻檢測探頭一般安裝在變壓器內(nèi)部，如人孔（或手孔）、放油閥等位置。特高頻檢測探頭安裝在變壓器放油閥位置。優(yōu)點：抗干擾能力強。定位精確。缺點：難以定量無法與傳統(tǒng)脈沖電流法測量結(jié)果進行比較

特高頻局部放電測量的頻段為300MHz-1500MHz，便于進行定位。多所國內(nèi)外研究機構(gòu)進行了相關(guān)的研究。定位系統(tǒng)如下組成：4路UHF寬帶天線（安裝在鐵心同側(cè)）4個UHF寬帶放大器高速數(shù)字示波器，模擬帶寬8GHz，采樣率25GS/s定位計算軟件特高頻檢測局部放電定位系統(tǒng)組成基于時間差的網(wǎng)格搜索算法（1）時間差輻射源P(x，y，z)到傳感器Si(xi,yi,zi)的傳播時間ti滿足(1)傳感器Si與參考傳感器S1的相對時間差為τ1i

＝ti－t1(i=1,…,m;m≥4)(2)

通過4個傳感器測出3個相對時差τ1i并列出3個時間差方程。特高頻檢測局部放電定位原理特高頻檢測局部放電定位原理

網(wǎng)格搜索算法

將變壓器內(nèi)部空間劃分為若干個網(wǎng)格，分別取網(wǎng)格中心點的坐標。將此坐標逐次帶入上述三式，求得一系列時間差。將這些時間差與測量所得的時間差對比，相差最小的網(wǎng)格坐標即為定位計算結(jié)果。

試品和傳感器(b)信號采集部分：一組傳感器陣列；：連接傳感器及放大器的四路RG402U高頻電纜；：四路XKLA1060N3515型放大器；：LeCroy8620A型數(shù)字示波器；：JF-2002型局放儀實際檢測系統(tǒng)簡介

（2）B相高壓線圈外，氣泡放電（3）C相高壓線圈出線端，尖刺放電（1）A相高壓線圈引線處，尖刺放電特高頻檢測局部放電定位試驗研究（1）A相高壓線圈引線處，尖刺放電放電模型設(shè)置放電UHF信號（2）B相高壓線圈外，氣泡放電放電模型設(shè)置放電UHF信號（3）C相高壓線圈出線端，尖刺放電放電模型設(shè)置放電UHF信號定位效果：定位靈敏度：不大于50pC。定位準確度：不大于30cm。（1）A相高低壓繞組之間，沿面放電（2）A相端圈，沿面放電（3）B相高低壓繞組之間，懸浮放電（1）A相高低壓繞組之間，沿面放電放電模型設(shè)置放電UHF信號放電模型設(shè)置放電UHF信號（2）A相高低壓繞組之間，沿面放電（3）B相高低壓繞組之間，懸浮放電放電模型設(shè)置放電UHF信號定位效果：定位靈敏度：不大于2000p