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1、电气变压器故障2023/1/4河海大学电气工程学院1本讲稿第一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院2电力变压器本讲稿第二页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院3变压器八大故障一.短路故障(电流增大)1.短路电流引起的绝缘过热故障;2.短路电动力引起的 变形故障;本讲稿第三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院4二.放电故障(电压作用)v1.变压器局部放电故障;小v2.变压器火花放电故障;中v3.变压器电弧放电故障。大本讲稿第四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院5二.放电故障局部火花 电弧本讲稿第五页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工
2、程学院6三.绝缘故障(绝缘没了)v1.固体纸绝缘故障;v2.液体油绝缘故障;v3.气体绝缘故障;本讲稿第六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院7四.铁芯故障v 1.铁芯局部放电故障;v 2.铁芯绝缘损坏故障;v 3.铁芯磁路损坏故障;本讲稿第七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院8五.分接开关故障(动作引起)v1、变压器分无载和有载二种；v2.有载分接开关故障(变压器中唯一动作的部分，是最容易发生故障的部分).本讲稿第八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院9六.变压器渗油故障(质量)v渗油(变压器外壳很脏）-油面下降。本讲稿第九页，共七十二页2023/
3、1/4河海大学电气工程学院10七.变压器油流带电故障热油上升、油带电子的特点本讲稿第十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院11八八.变压器保护及误动故障变压器保护及误动故障1.变压器瓦斯保护误动;气体量变化大小-继电保护中的瓦斯保护2.变压器 继电保护故障.电气量变化大小-各种类型继电保护本讲稿第十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院12变压器故障检测技术变压器故障检测技术1.变压器故障的油中气体色谱检测;2.直流电阻检测3.绝缘电阻及吸收比极化指数检测4.绝缘介质检测5.油质检测6.绝缘老化检测7.局部放电故障检测8.变压器在线检测.本讲稿第十二页，共七十二页2
4、023/1/4河海大学电气工程学院13第二部分第二部分.变压器故障变压器故障油中气体色谱检测;v(1).什么是油中气体色谱?v(2)油中气体色谱与故障的对应关系?v(3)根据气体的比例判断故障?本讲稿第十三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院14导致产生各种故障的原因有：v（1）热故障原因。v（2）电气故障原因。v（3）高能量电弧放电原因。v（4）火花放电原因。v（5）局部放电的原因。本讲稿第十四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院15变压器故障时油箱内部产生的气体变压器故障时油箱内部产生的气体:变压器油产生的气体主要有：氢气、烃类气体（甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷
5、、丙稀等）、一氧化碳、二氧化碳等。本讲稿第十五页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院16油中气体色谱H2,CH4,C2H4,C2H6,C2H2,CO,CO2,气体单位:ppm负次方本讲稿第十六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院17一.特征气体法产生的气体与对应的故障产生气体对应的故障产生气体对应的故障H2 放电,油和固体绝缘分解,水分CH4油和固体绝缘分解CO固体绝缘受热及分解C2H4 固体绝缘分解,放电CO2 固体绝缘受热及分解C2H6 高温下油和固体绝缘分解.放电C2H2 弧光放电油和固体绝缘热分解.本讲稿第十七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院
6、18特征气体法注意数值本讲稿第十八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院19二、三比值法 所谓的三比值法是用五种特征气体的三对比值，用不同的编码表示不同的三对比值和不同的比值范围，来判断变压器的故障性质。v五种气体:H2,CH4,C2H2,C2H4,C2H6;v三对比值:C2H2,CH4,C2H4 C2H4,H2 ,C2H6本讲稿第十九页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院20三比值法的含义二种特征气体的比值大小W比值范围编码二种特征气体的比值大小W比值范围编码C2H2,CH4,C2H4C2H4,H2,C2H6C2H2,CH4,C2H4C2H4,H2,C2H6小于0.1
7、0 1 01-3 1 2 10.1-31 0 0 大于 3 2 2 2本讲稿第二十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院21三比值法故障对照表(统计规则）故障性质C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6无故障000低局部放电010高局部放电110低能量放电1-201-2高能量放电102低温过热001低温过热020中温过热高温过热002212本讲稿第二十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院22例子故障性质故障性质对应比值对应比值轻度局部放电 010 比较严重的局部放电 110低能量放电 202,212,200高能量放电 102低于150度的热故障 001150
8、-300度的热故障 020,300-700度的热故障 021700以上的热故障 022,本讲稿第二十二页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院23某变压器取样数据例子取样日期H2 CH4C2H6C2H4C2H2COCO2结果?3月2日80121292971976678103月6日78128252682075877983月10日7611541276157289999高温过热3月14日107144312912288392723月19日11013439261237617871高温过热本讲稿第二十三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院24 某变压器三比值法诊断例子：取样日期H2
9、 CH4C2H6C2H4C2H2COCO2?3月10日7611541276157289999三比值大小规定表示表示评判C2h2/c2h4=15/276=0.054小于0。10Ch4/h2=115/76=1.513在1-3之间20 2 2高温过热C2h4/c2h6=276/41=6.731大于32本讲稿第二十四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院25三比值法注意几点1.正常的变压器,三比值法没有意义;2.确定变压器有问题,用三比值法可行;如果不是这样,用三比值法不可行;3.对于有多种故障的变压器,此法不灵;4.有些比值还没有发现,或者正在完善;5.三比值法不适用分接开关内的油;本讲
10、稿第二十五页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院26四比值法还是这五种气体;比例方式为:CH4/H2,C2H6/CH4,C2H4/C2H6,C2H2/C2H4 判断规则有所改变;本讲稿第二十六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院27三、产气速率比较法绝对产气速率为：V=(C2-C1)/TG/DC2、C1表示后、前二次测量气体大小，T表示容器体积的大小。相对产气速率为：v=(C2-C1)/C1100%/T本讲稿第二十七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院28产气速率 正常会坏了本讲稿第二十八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院29四、CO o
11、r CO2大小判断绝缘老化程度1。CO随运行年增加是减缓增加方向；2。CO2随运行年增加是线性增加方向；3。发生故障时，其它气体没有变化，但是COCO2会有很大变化；4。对于COCO2,关键看增长速度。本讲稿第二十九页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院30变压器老化是大问题。利用油中糠醛的含量来判断变压器老化程度：1。取样方便，不停电；2。不要特别容器；3、糠醛不会损失、4、油老化不产生糠醛；本讲稿第三十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院31几个结论？本讲稿第三十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院32第三部分故障特征及综合判断一.变压器故障运行时
12、的特征1.外观异常2.颜色.气味异常3.声响异常4.温度异常本讲稿第三十二页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院335.油位异常6.负载异常本讲稿第三十三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院34综合分析诊断的程序1、故障判断的步骤；是什么诊断方法?-特征量？-2、有无异常的判断；看听闻？-初步判断3、故障严重性判断；严重？-时间是来得及？4、故障类型的判断；什么类型故障？-分析与决策5、故障状态的判断。设备处于什么状态处理本讲稿第三十四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院351.故障判断的步骤；1、判断变压器是否存在故障？是隐性故障还是显性故障？2、故障
13、属于什么性质？是电还是热故障？3、判断故障的状态，如：热点温度、故障功率、严重程度、发展趋势。4、提出方案，选择特征量，作成决定。本讲稿第三十五页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院362、有无异常的判断；1.将已经得到的现象的几项主要指标进行对比和分析。2.了解设备的结构、安装、运行和检修。3.注意油中COCO2的含量变化及比例。本讲稿第三十六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院373、故障严重性判断；1.看产气速度？2.看特征量超过程度？本讲稿第三十七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院384、故障类型的判断采用三比值法1.采用三比值法要满足条件；2
14、.要注意比值以外的比值的应用。3、注意对低温下故障的认识；4、注意设备的结构和运行情况5、对于没有录入比值的重视。本讲稿第三十八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院395、故障状态的判断。1、故障源的估计2、故障功率的估计3、估计油中气体达到饱和的时间本讲稿第三十九页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院40综合分析诊断应该注意的问题1.历史记录的分析；2.安全与经济指标的平衡;3.新技术(工艺)的应用.本讲稿第四十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院41四、变压器油故障定性分析1)利用特征气体分析法可以进行变压器故障原因的判断。利用特征气体分析法可以比较
15、直观、方便地分析判断故障大致的类型，缺点是没有明确量的概念。本讲稿第四十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院42四、变压器油故障定性分析 当H2含量增大，而其他气体组分不增加时，有可能是由于设备进水或有气泡引起水和铁的化学反应，或在高电场强度作用下，水或气体分子的分解或电晕作用所致。本讲稿第四十二页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院43四、变压器油故障定性分析 乙炔含量是区分过热和放电两种故障性质的主要指标。乙炔含量超过ppm说明设备一定发生放电故障本讲稿第四十三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院44故障定性分析 气体特征随故障类型、故障能量及其涉
16、及的绝缘材料的不同而不同，即故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源的能量密度之间有密切关系。定性分析.本讲稿第四十四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院45故障定性分析 油中溶解的气体可反映故障点引起的周围油、纸绝缘的电、热分解本质。定性分析.本讲稿第四十五页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院46提出一个设想提出一个设想v 故障能不能定位分析故障能不能定位分析?v 怎样定位怎样定位?本讲稿第四十六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院47故障定位分析v 基于油气量与基于油气量与电气量电气量相结相结合的变压器合的变压器绕组匝间短路绕组匝间短路故障故障在线在线
17、诊断系统诊断系统本讲稿第四十七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院48一一.背景技术背景技术 前面提出的方法,有三个明显的不足：一是不能定位判断故障；二是反应慢、周期长；三是它不易捕捉到突然性故障征兆等。本讲稿第四十八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院49v 本课题针对仅用油气量分析存在的缺陷，提出一种油气量与电气量相结合的变压器绕组匝间短路在线故障诊断技术。取电气量与油气量各自的优点，克服各自的不足，能准确快速地诊断变压器匝间短路的早期故障，并进一步进行故障定位（即分析出故障绕组在哪一相）。v本讲稿第四十九页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院50
18、本课题是我们在河南省新乡电力公司开展 已经取得国家发明专利本讲稿第五十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院51第四部分第四部分:基于电气量的电力变压器故障诊基于电气量的电力变压器故障诊断方法断方法 我们知道，电力变压器在运行时，铁心中我们知道，电力变压器在运行时，铁心中通过的磁通会在铁心中产生损耗，绕组中通通过的磁通会在铁心中产生损耗，绕组中通过的电流在绕组中也会产生损耗。除此以外，过的电流在绕组中也会产生损耗。除此以外，绕组电流引起的漏磁通、铁心过励磁时在铁绕组电流引起的漏磁通、铁心过励磁时在铁心外的漏磁通，会在各个结构件，如线圈、心外的漏磁通，会在各个结构件，如线圈、铁心结构
19、件、铁心片、油箱中产生附加损耗，铁心结构件、铁心片、油箱中产生附加损耗，冷却装置的油泵和风扇也有损耗。冷却装置的油泵和风扇也有损耗。本讲稿第五十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院52变压器工作时，铁心中通过和电源频率相同的正弦变化的交变磁通，在铁心磁性钢片中通过正弦变化的交变磁通时，在磁性钢片中有涡流损耗和磁滞损耗。因此，变压器运行时的损耗分为铜耗pCu和铁耗pFe两类。每一类又包括基本损耗和杂散损耗。本讲稿第五十二页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院53v基本铜耗:v电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗。杂散铜耗主要指漏磁场引起电流集肤效应，使绕组的有效电阻增大
20、而增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。铜耗与绕组的温度有关，一般都用75时的电阻值来计算。本讲稿第五十三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院54v基本铁耗:v变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。杂散铁耗包括叠片之间的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗可近似认为与电压的平方（U2）成正比。由于变压器的一次电压保持不变(U1U2N)，故铁耗可视为不变损耗。本讲稿第五十四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院55v变压器的输入有功功率减去输出功率，可得内部的总损耗。v变压器很多故障特别是绕组短路故
21、障会使变压器产生额外的损耗，利用这种损耗的变化可以进行电力变压器故障诊断。本讲稿第五十五页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院56基于损耗变化的故障诊断技术基于损耗变化的故障诊断技术:当当变变压压器器绕绕组组发发生生短短路路故故障障时时，对对于于轻轻微微故故障障，虽虽然然引引进进变变压压器器外外部部线线电电流流没没有有明明显显变变化化，但但由由于于绕绕组组短短路路匝匝内内电电流流很很大大，引引起起有有功功损损耗耗较较大大，因因此此可可以根据变压器损耗变化进行故障诊断。以根据变压器损耗变化进行故障诊断。本讲稿第五十六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院57 采样测量变压
22、器各侧的电压、电流，根据采样值计算变压器各侧的功率，再计算各侧功率差异即变压器的损耗，与变压器损耗的历史数据比较，根据其损耗的变化趋势，诊断出变压器绕组有无匝间短路故障及故障的程度。本讲稿第五十七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院58 通过变压器的采样测量值计算每相各侧的功率，进一步计算出各相的损耗增量，根据三相损耗增量变化规律的不同，诊断出故障绕组所在的相。可能其中一相二相的损耗增加,表示这对应相有问题了.本讲稿第五十八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院59定相诊断技术定相诊断技术v所谓定相诊断就是对诊断已发生匝间短路的变压器进一步确定故障绕组所在的相。v问题
23、是:v1、这一研究应用进展不大;v2、要不要定相诊断是有争论的问题.本讲稿第五十九页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院60v对三相变压器，在不计漏磁通的情况下，变压器同一铁芯柱上的功率是基本平衡的，即同一铁芯柱上输入的总电功率应等于输出的总的电功率加上该相的各种损耗。所以，如果变压器某一相的绕组发生匝间短路，则该相的损耗将增加，而另外两相的损耗基本不变。所以，对采样测量值通过分相技术，计算每相各侧的功率，并进一步计算出各相的损耗增量，根据三相损耗增量变化规律的不同，诊断出故障绕组所在的相。本讲稿第六十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院61综合诊断技术综合诊断技术油
24、色谱监测油色谱监测 电气量监测监测 综合诊断综合诊断本讲稿第六十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院62v比较基于电气量的诊断和基于油气量的诊断可以发现，将它们综合起来，构成基于电气量与油气量相结合的电力变压器故障诊断系统，可以同时具有油气量诊断技术成熟的优点与电气量快速准确的优点，使电力变压器在线监测与诊断技术上一个新的台阶，真正达到准确、快速、可靠的诊断目标。本讲稿第六十二页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院63研究或者关注的方向v1.特征量的选择?v2.综合什么?v3.怎样优化所需的信号.本讲稿第六十三页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院64第
25、五部分第五部分:电力变压器电力变压器在线检测与诊在线检测与诊断技术断技术一、变压器油中溶解气体的常规检测技术一、变压器油中溶解气体的常规检测技术 离线的变压器油中气体常规色谱分析的基本做法是在现场从变压器中提取试油样，将试油样送到化学分析实验室，由专家进行分析和评价，试验环节较多，操作手续较繁，检测周期较长，而且难以发现类似匝间绝缘缺陷等故障。本讲稿第六十四页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院65二二.在线技术在线技术1、变压器油氢气 浓度在线监测（特征气体法）v氢气v如果氢气超过规定数据，仅仅怀疑，不能定论v要看氢气增加速度本讲稿第六十五页，共七十二页2023/1/4河海大学电
26、气工程学院66在线技术在线技术2、变压器油氢和一氧化炭在线监测v看油中氢和一氧化炭大小v氢增多，油裂解；v一氧化炭增多，固体材料油裂解本讲稿第六十六页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院67在线技术在线技术3、变压器油中乙炔在线监测（特征气体法）v有乙炔,说明变压器过热在750度以上;v乙炔的浓度比氢气更关键本讲稿第六十七页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院68在线技术在线技术4、变压器油的红外光谱在线监测v国外研究v打出油样，红外光谱分析5、变压器铁心多点接地在线监测v监测铁心引出线接地电流6、变压器局部放电在线监测v局部放电监测设备早期故障，误差大，无法使用本讲稿
27、第六十八页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院697.油中四种气体的在线检测v加拿大产品v仅仅是四种气体的总数据v只能说明设备可能有故障v国内有大概200套，运行二年，仅仅一套有反映v每套14万v1995-1998年是引入高峰本讲稿第六十九页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院70原理图本讲稿第七十页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院71三.人工智能技术在电力设备故障诊断中的应用1、故障诊断的困难；什么是这个设备的特征量?如何提取?2、故障诊断的新技术；有用（特征）信号的放大和利用;3、故障诊断的发展。传感器精确的诊断技术.完本讲稿第七十一页，共七十二页2023/1/4河海大学电气工程学院72下次课程要求v学生参考题目去图书馆 查看有关电气设备故障诊断的资料。1、计划维修、状态维修、健康评估三种模式的优缺点是什么？改变任何一种模式的依据是什么？2、电气设备中对绝缘性能特别重视，为什么？3、电气设备状态监试与故障诊断的理解？v写一篇报告（1000字）v4下周四交.本讲稿第七十二页，共七十二页