黑龙江交通职业技术学院.doc

黑龙江交通职业技术学院黑龙江交通职业技术学院 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题目 牵引变电所主要电气牵引变电所主要电气 设备常见故障分析设备常见故障分析 专业班级 0935 班 姓 名 马珑芰 年 月 日 目 录 引 言 1 一 牵引变电所主要电气设备之变压器故障分析 1 一 变压器工作原理及故障 1 二 短路电流引起的故障 1 三 变压器放电故障及影响 2 四 变压器绝缘故障 3 五 变压器故障典型案例 6 六 变压器故障的处理 7 二 互感器的常见故障与分析 11 一 互感器的作用 11 二 仪用互感器的故障处理 12 三 直流系统接地故障处理 12 四 避雷器的故障处理 13 五 母线的故障处理 三 断路器常见故障分析 14 一 断路器原理及分类 14 二 高压断路器故障分析 14 三 低压断路器事故原因分析 15 四 事故原因分析 15 四 牵引变电所运行与检修重要规程与规则 16 总结 20 致谢 21 参考文献 22 摘 要 牵引变电所的任务是将 电力系统三相电压降低 同时以单相方式馈出 降低 电压是由牵引变压器来实现的 将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的 牵引变压器 主变 是一种特殊电压等级的电力变压器 应满足牵引负荷变化 剧烈 外部短路频繁的要求 是牵引变电所的 心脏 我国牵引变压器采用三相 三相 二相和单相三种类型 因而牵引变电所也分为三相 三相 二相和单 相三类 牵引变电所的主要原件担着电压变换 电能分配和传输 并提供电力服务 因此 他们的正常运行是对电力系统安全 可靠 优质 经济运行的重要保证 必须最大限 度地防止和减少故障和事故的发生 但由于电气设备长期运行 故障和事故总不可能 完全避免 且引发故障和事故又出于众多方面的原因 如外力的破坏和影响 不可抗 拒的自然灾害 安装 检修 维护中存在的问题和制造过程中遗留的设备缺陷等事故 隐患 特别是前期设备长期运行后造成的绝缘老化 材质劣化及预期寿命的影响 已 成为发生故障的主要因素 同时 部分工作人员业务素质不高 技术水平不够或违章 作业等 都会造成事故或导致事故的扩大 从而危及电力系统的安全运行 关键词 电气设备故障 电力系统 分析 诊断 毕业设计 论文 开题报告毕业设计 论文 开题报告 题目 1 1 本课题的来源 选题依据 2 2 本课题的设计 研究 意义 相关技术的现状和发展趋势 3 3 本课题的基本内容 重点和难点 拟采用的实现手段 途径 可以另附页 4 4 文献综述 列出主要参考文献的作者 名称 出版社 出版时间以及 与本课题相关的主要参考要点 指导教师意见 指导教师 年 月 日 专业部意见 签字 年 月 日 中期进展情况检查表中期进展情况检查表 年 月 日 课题名称牵引变电所电气设备常见故障分析 学生姓名马珑芰学 号 0935021 专 业电气化铁道 指导教师雍青青职 称学生 主要研究 内容及进 展 主要研究牵引变电所主要电器设备 如变压器 互感器 断路器等的原理 分类 和常见的故障分析和预防措施 现在已经完成变压器 互感器方面的原理应用 和有可能出现的故障及分 析 对个方面有可能出现的故障进行的各项预防措施 尚须完成 的任务 尚未完成断路器方面常见的故障分析及各方面的措施 存在的主 要问题及 解决措施 指导教师 审查意见 专业部审 查意见 牵引变电所主要电器设备常见故障分析牵引变电所主要电器设备常见故障分析 引 言 在我国 地铁是城市公共交通的重点发展方向 设备国产化又是发展的主 要原则 在地铁直流供电继电保护领域内 国产保护设备还处于起步阶段 目 前 国内主要城市的牵引变电所直流保护设备均来自国外 例如广州地铁二号 线选用的是德国 Siemens 公司的 DPU96 武汉轻轨选用的是瑞士 sechron 公司 的 SEPCOS 通过学习研究 让我知道了牵引变电所的正要运行的同时中 各种 电器元件的保护也是十分重要的 我认为应该首先了解个电器设备的运行原理 和常见的故障 才能使其能够正常的运行 保证牵引变电所的安全设施 本次 设计主要针对牵引变电所电气设备的故障与分析 一 牵引变电所主要电气设备之变压器故障分析 一 变压器工作原理及故障 变压器工作原理 当变压器一次侧施加交流电压 U1 流过一次绕组的电流为 I1 则该电流在铁芯中会产生交变磁通 使一次绕组和二次绕组发生电磁联系 根据电磁感应原理 交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势 其大小与绕 组匝数以及主磁通的最大值成正比 绕组匝数多的一侧电压高 绕组匝数少的 一侧电压低 当变压器二次侧开路 即变压器空载时 一二次端电压与一二次 绕组匝数成正比 变压器起到变换电压的目的 当变压器二次侧接入负载后 在电动势 E2 的作用下 将有二次电流通过 该 电流产生的电动势 也将作用在同一铁芯上 起到反向去磁作用 但因主磁通 取决于电源电压 而 U1 基本保持不变 故一次绕组电流必将自动增加一个分 量产生磁动势 F1 以抵消二次绕组电流所产生的磁动势 F2 在一二次绕组电流 L1 L2 作用下 作用在铁芯上的总磁动势 不计空载电流 I0 F1 F2 0 由于 F1 I1N1 F2 I2N2 故 I1N1 I2N2 0 由式可知 I1 和 I2 同相 所以 I1 I2 N2 N1 1 K 由式可知 一二次电流比与一二次电压比互为倒数 变压器一二次绕组功 率基本不变 因变压器自身损耗较其传输功率相对较小 二次绕组电流 I2 的大小取决于负载的需要 所以一次绕组电流 I1 的大小也取决于负载的需要 变压器起到了功率传递的作用 变压器工作故障 1 雷电引起变压器外部或内部绝缘损坏 严重时变压器被击 穿 击穿往往发生在高压线圈端部和中性点 2 输配电网上发生短路 变压器受 10 几倍的短路电流的冲击 巨大的电动力 使变压器动稳定被破坏 造成匝间 饼间或层间的线匝短路 进一步破坏了线 圈的稳定 严重时 线圈崩溃 3 变压器长期严重过负荷运行 使变压器线圈的最热点温度超过绝缘能承受的 限度 是线圈的热稳定被破坏 线圈变形 线匝短路而烧毁变压器 4 长期过电压运行 线圈绝缘的薄弱部分 产生局放以至于被击穿 内部原因 1 由于制造上的缺陷 或材料上缺陷 或设计余度不够等也会引起上述 4 种 故障发生 2 由于变压器的附件质量问题 该保护的保护不了 该报警的不报警 使变压 器发生故障的也不少见 特别是气体继电器 有载分接开关 压力释放器 温 度计等 最容易出问题 3 变压器油质变坏 油中有杂质 水份等引起的故障也不少 4 变压器空投时 主要考虑是冲击电流造成的损坏 合闸瞬间 会出现短暂的过电流 线圈短期受力过大 急速膨胀 易导致线圈 的绝缘系统损坏 从而导致线圈短路 变压器烧毁所以 大多数变压器需要对 其限制冲击电流大小的能力提出要求的 二 短路电流引起的故障 如果是变压器内部发生短路 其短路电流的大小很难通过计算得到 因为 短路位置的不同 将决定变压器内部实际起作用的阻抗的大小 实际上越靠近 高压引线变压器的阻抗越小 短路电流越大 比如如果在低压引线发生短路 则变压器线圈的阻抗基本上都起限流作用 这 时短路电流较小 如果是高压引线发生短路 则线圈没有限流作用 限制短路电流的基本上只有 系统阻抗了 1 短路电动力引起绕组变形故障 变压器绕组变形频率响应测试仪根据对变压器内部绕组特征参数的测量 采用目前世界发达国家正在开发完善的内部故障频率响应分析 FRA 方法 能 对变压器内部故障作出准确判断 变压器设计制造完成后 其线圈和内部结构就确定下来 因此对一台多绕组的 变压器线圈而言 如果电压等级相同 绕制方法相同 则每个线圈对应参数 Ci Li 就应该是确定的 因此每个线圈的频域特征响应也随之确定 对应的三 相线圈之间其频率图谱具有一定可比性 变压器在试验过程中发生匝间 相间短路 或在运输过程中发生冲撞 造 成线圈相对位移 以及运行过程中在短路和故障状态下因电磁拉力造成线圈变 形 就会使变压器绕组的分布参数发生变化 进而影响并改变变压器原有的频 域特征 即频率响应发生幅度变化和谐振频点偏移等 并根据响应分析方法研 制开发的 HX021 变压器绕组频率响应测试仪 就是这样一种新颖的变压器内部 故障无损检测设备 它适用于 63kV 500kV 电力变压器的内部结构故障检测 变压器绕组变形频率响应测试仪是将变压器内部绕组参数在不同频域的响 应变化经量化处理后 根据其变化量值的大小 频响变化的幅度 区域和频响 变化的趋势 来确定变压器内部绕组的变化程度 进而可以根据测量结果判断 变压器是否已经受到严重破坏 是否需要进行大修 对于运行中的变压器而言 无论过去是否保存有频域特征图 通过比较故 障变压器线圈间特征图谱的差异 也可以对故障程度进行判断 当然 如果保 存有一套变压器原有的绕组特征图 更易对变压器的运行状况 事故后分析和 维护检修提供更为精确有力的依据 三 变压器放电故障及影响 1 变压器局部放电故障 在电压的作用下 绝缘结构内部的气隙 油膜或导体的边缘发生非贯穿性 的放电现称为局部放电 局部放电刚开始时是一种低能量的放电 变压器内部出现这种放电时 情况比 较复杂 根据绝缘介质的不同 可将局部放电分为气泡局部放电和油中局部放 电 根据绝缘部位来分 有固体绝缘中空穴 电极尖端 油角间隙 油与绝缘 纸板中的油隙和油中沿固体绝缘表面等处的局部放电 1 局部放电的原因 1 当油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔 由于气体的介电常数小 在交流电压下所承受的场强高 但其耐压强度却低于油和纸绝缘材料 在气隙 中容易首先引起放电 2 外界环境条件的影响 如油处理不彻底下降使油中析出气泡等 都会引起放 电 3 由寻 制造质量不良 如某些部位有尖角高而出现放电 带进气泡 杂物和 水分 或因外界气温漆瘤等 它们承受的电场强度较 4 金属部件或导电体之间接触不良而引起的放电 局部放电的能量密度虽不大 但若进一步发展将会形成放电的恶性循环 最终导致设备的击穿或损坏 而引 起严重的事故 2 放电产生气体的特征 放电产生的气体 由于放电能量不同而有所不同 如 放电能量密度在 10 9C 以下时 一般总烃不高 主要成分是氢气 其次是甲烷 氢气占氢烃总量的日 80 一 90 当放电能量密度为 10 8 10 7 C 时 则氢 气相应降低 而出现乙炔 但乙炔这时在总烃中所占的比例常不到 2 这是 局部放电区别于其他放电现象的主要标志 随着变压器故障诊断技术的发展 人们越来越认识到 局部放电是变压器诸多 有机绝缘材料故障和事故的根源 因而该技术得到了迅速发展 出现了多种测 量方法和试验装置 亦有离线测量的 3 测量局部放电的方法 1 电测法 利用示波器 局部放电仪或无线电干扰仪 查找放电的波形或无线 电干扰程度 电测法的灵敏度较高 测到的是视在放电量 分辨率可达几皮库 2 超声测法 利用检测放电中出现的超声波 并将声波变换为电信号 录在磁 带上进行分析 超声测法的灵敏度较低 大约几千皮库 它的优点是抗干扰性 能好 且可 定位 有的利用电信号和声信号的传递时间差异 可以估计探测 点到放电点的距离 3 化学测法 检测溶解油内各种气体的含量及增减变化规律 此法在运行监测 上十分适用 简称 色谱分析 化学测法对局部过热或电弧放电很灵敏 但对 局部放电灵敏度不高 而且重要的是观察其趋势 例如几天测一次 就可发现 油中含气的组成 比例以及数量的变化 从而判定有无局部放电或局部过热 2 变压器火花放电故障 发生火花放电时放电能量密度大于 10 6C的数量级 1 悬浮电位引起火花放电 高压电力设备中某金属部件 由于结构上原因 或 运输过程和运行中造成接触不良而断开 处于高压与低压电极间并按其阻抗形 成分压 而在这一金属部件上产生的对地电位称为悬浮电位 具有悬浮电位的 物体附近的场强较集中 往往会逐渐烧坏周围固体介质或使之炭化 也会使绝 缘油在悬浮电位作用下分解出大量特征气体 从而使绝缘油色谱分析结果超标 悬浮放电可能发生于变压器内处于高电位的金属部件 如调压绕组 当有载分 接开关转换极性时的短暂电位悬浮 套管均压球和无载分接开关拨钗等电位悬 浮 处于地电位的部件 如硅钢片磁屏蔽和各种紧固用金属螺栓等 与地的连 接松动脱落 导致悬浮电位放电 变压器高压套管端部接触不良 也会形成悬 浮电位而引起火花放电 2 油中杂质引起火花放电 变压器发生火花放电故障的主要原因是油中杂质的 影响 杂质由水分 纤维质 主要是受潮的纤维 等构成 水的介电常数 e 约为 变压器油的 40 倍 在电场中 杂质首先极化 被吸引向电场强度最强的地方 即电极附近 并按电力线方向排列 3 火花放电的影响 一般来说 火花放电不致很快引起绝缘击穿 主要反映在 油色普分析异常 局部放电量增加或轻瓦斯动作 比较容易被发现和处理 但 对其发展程度应引起足够的认识和注意 3 变压器电弧放电故障 电弧放电是高能量放电 常以绕组匝层间绝缘击穿为多见 其次为引线断裂或 对地闪络和分接开关飞弧等故障 1 电弧放电的影响 电弧放电故障由于放电能量密度大 产气急剧 常以电子 崩形 e 冲击电介质 使绝缘纸穿孔 烧焦或炭化 使金属材料变形或熔化烧毁 严重时会造成 I 备烧损 甚至发生爆炸事故 这种事故一般事先难以预测 也 无明显预兆 常以突发的形式暴露出来 2 电弧放电的气体特征 出现电弧放电故障后 气体继电器中的 H2和 C2H2等 组分常高达几千 UL L 变压器油亦炭化而变黑 油中特征气体的主要成分是 H2和 C2H2 其次 C2H6和 CH4 当放电故障涉及到固体绝缘时 除了上述气体 外 还会产生 CO 和 CO2 综上所述 三种放电的形式既有区别又有一定的联系 区别是指放电能级和产 气组分 联系是指局部放电是其他两种放电的前兆 而后者又是前者发展后的 一种必然结果 由于变压器内出现的故障 常处于逐步发展的状态 同时大多 不是单一类型的故障 往往是 种类型伴随着另一种类型 或几种类型同时出 现 因此 更需要认真分析 具体对待 四 变压器绝缘故障 目前应用最广泛的电力变压器是油浸变压器和干式树脂变压器两种 电力变 压器的绝缘即是变压器绝缘材料组成的绝缘系统 它是变压器正常工作和运行 的基本条件 变压器的使用寿命是由绝缘材料 即油纸或树脂等 的寿命所决定 的 实践证明 大多变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成 据统 计 因各种类型的绝缘故障形成的事故约占全部变压器事故的 85 以上 对正 常运行及注意进行维修管理的变压器 其绝缘材料具有很长的使用寿命 国外 根据理论计算及实验研究表明 当小型油浸配电变压器的实际温度持续在 95 时 理论寿命将可达 400 年 设计和现场运行的经验说明 维护得好的变压器 实际寿命能达到 50 70 年 而按制造厂的设计要求和技术指标 一般把变压器 的预期寿命定为 20 一 40 年 因此 保护变压器的正常运行和加强对绝缘系统 的合理维护 很大程度上可以保证变压器具有相对较长的使用寿命 而预防性 和预知性维护是提高变压器使用寿命和提高供电可靠性的关键 油浸变压器中 主要的绝缘材料是绝缘油及固体绝缘材料绝缘纸 纸板和 木块等 c 所谓变压器绝缘的老化 就是这些材料受环境因素的影响发生分解 降低或丧失了绝缘强度 1 液体油绝缘故障 液体绝缘的油浸变压器是 1887 年由美国科学家汤姆逊发明的 1892 年被美国通用电气公司等推广应用于电力变压器 这里所指的液体绝缘即是变 压器油绝缘 油浸变压器的特点 大大提高了电气绝缘强度 缩短了绝缘距 离 减小了设备的体积 大大提高了变压器的有效热传递和散热效果 提高 了导线中允许的电流密度 减轻了设备重量 它是将运行变压器器身的热量通 过变压器油的热循环 传递到变压器外壳和散热器进行散热 从而提高了有效 的冷却降温水平 由于油浸密封而降低了变压器内部某些零部件和组件的氧 化程度 延长了使用寿命 2 固体纸绝缘故障 固体纸绝缘是油浸变压器绝缘的主要部分之一 包括 绝缘纸 绝缘板 绝缘垫 绝缘卷 绝缘绑扎带等 其主要成分是纤维素 化学表达式为 C6H10O6 n 式中 n 为聚合度 一般新纸的聚合度为 1300 左右 当下降至 250 左右 其机械强度已下降了一半以上 极度老化致使寿命终止的聚合度为 150 200 绝缘纸老化后 其聚合度和抗张强度将逐渐降低 并生成水 一氧 化碳 二氧化碳 其次还有糠醛 呋喃甲醛 这些老化产物大都对电气设备有 害 会使绝缘纸的击穿电压和体积电阻率降低 介损增大 抗拉强度下降 甚 致腐蚀设备中的金属材料 固体绝缘具有不可逆转的老化特性 其机械和电气 强度的老化降低都是不能恢复的 变压器的寿命主要取决于绝缘材料的寿命 因此油浸变压器固体绝缘材料 应既具有良好的电绝缘性能和机械特性 而且 长年累月的运行后 其性能下降较慢 即老化特性好 1 变压器油的性能 运行中的变压器油除必须具有稳定优良的绝缘性能和导热性能 从石油中 提炼制取的绝缘油是各种烃 树脂 酸和其他杂质的混合物 其性质不都是稳 定的 在温度 电场及光合作用等影响下会不断地氧化 正常情况下绝缘油的 氧化过程进行得很缓慢 如果维护得当甚至使用 20 年还可保持应有的质量而不 老化 但混入油中的金属 杂质 气体等会加速氧化的发展 使油质变坏 颜 色变深 透明度浑浊 所含水分 酸价 灰分增加等 使油的性质劣化 2 变压器油劣化的原因 变压器油质变坏 按轻重程度可分为污染和劣化两个阶段 污染是油中混入水分和杂质 这些不是油氧化的产物 污染油的绝缘性能会变 坏 击穿电场强度降低 介质损失角增大 劣化是油氧化后的结果 当然这种氧化并不仅指纯净油中烃类的氧化 而 是存在于油中杂质将加速氧化过程 特别是铜 铁 铝金属粉屑等 氧来源于变压器内的空气 即使在全密封的变压器内部仍有容积为 0 25 左右的氧存在 氧的溶解度较高 因此在油中溶解的气体中占有较高的 比率 变压器油氧化时 作为催化剂的水分及加速剂的热量 使变压器油生成油 泥 其影响主要表现在 在电场的作用下沉淀物粒子大 杂质沉淀集中在电场 最强的区域 对变压器的绝缘形成导电的 桥 沉淀物并不均匀而是形成分 离的细长条 同时可能按电力线方向排列 这样无疑妨碍了散热 加速了绝缘 材料老化 并导致绝缘电阻降低和绝缘水平下降 3 变压器油劣化的过程 油在劣化过程中主要阶段的生成物有过氧化物 酸类 醇类 酮类和油泥 早期劣化阶段 油中生成的过氧化物与绝缘纤维材料反应生成氧化纤维素 使绝缘纤维机械强度变差 造成脆化和绝缘收缩 生成的酸类是一种粘液状的 脂肪酸 尽管腐蚀性没有矿物酸那么强 但其增长速率及对有机绝缘材料的影 响是很大的 后期劣化阶段 是生成油泥 当酸侵蚀铜 铁 绝缘漆等材料时 反应生 成油泥 是一种粘稠而类似沥青的聚合型导电物质 它能适度溶解于油中 在 电场的作用下生成速度很快 粘附在绝缘材料或变压器箱壳边缘 沉积在油管 及冷却器散热片等处 使变压器工作温度升高 耐电强度下降 油的氧化过程是由两个主要反应条件构成的 其一是变压器中酸价过高 油呈酸性 其二是溶于油中的氧化物转变成不溶于油的化合物 从而逐步使变 压器油质劣化 4 变压器巡视检查应注意以下几点 一 声音是否正常 正常运行的变压器 有轻微的嗡嗡声 这是交流电通过线圈时产生磁通 使用时变压器铁芯振动发 出的声音 正常运行时 这种声音是清晰而有规律的 但当变压器的负荷变动 或运行出现异常以及发生事故时 将产生异常声音 因此 可根据声音来判断 变压器的运行情况 1 当发出嗡嗡声有变化 但无杂音 这时负荷可能有大的 变化 2 由于大设备的启动 使变压器发出哇哇的声音 如电弧炉 可控硅整 流设备等负荷 由于高次谐波分量很大 启动时也会发出哇哇声 3 由过负荷 引起变压器内发出很大 很重的嗡嗡声 4 系统短路或接地 因通过大量短路 电流 使用时变压器发出很大的噪音 5 个别零件松动 使变压器内部非常异 常音响 如铁芯穿心螺丝夹得不紧 造成铁芯松动 变压器发出强烈噪音 6 由于内部接触不良或绝缘被击穿 使变压器内发出放电声 7 由于铁磁谐振 使变压器发出粗细不匀的噪声 二 检查变压器本身是否有渗 漏油现象 油 的颜色和油位是否正常 新的变压器油呈浅黄色 运行后呈浅红色 如有异常 进行处理 三 变压器的电流和温度是否正常 国家规定变压器绕组温升为 65K 它的依据是以 A 级绝缘为基础的 因为一般环境温度低于 40 那么 40 65 105 正是 A 级绝缘的极限温度 四 变压器套管是否清洁 有无 破损 裂纹和放电痕迹 变压器套管脏污最容易引起管闪络 引起跳闸 而不 能保证可靠供电 另一方面 由于脏污吸收水分 使导电性能提高 不仅表面 容易引起表面放电 还可能引起泄漏电流增加 使套管发热 最后导致击穿 5 变压器接地是否良好 一 二次引线及各触点是否紧固 各部分电气距离 是否符合要求 五 可以根据声音来判断运行中的变压器的运行情况 用木棒的一端放在变压 器的油箱上 另一端放在耳朵边仔细听声音 如果是连续不断的嗡嗡声 比平 时加重 就要检查电压 油温是否太高 若无异状 再捡查铁芯是否松动 当 听到滋滋声时 要检查套管表面有无闪络现象 若无异状 再检查内部 当听 到必剥声时 要检查线圈之间或铁芯与夹板间的绝缘有无击穿现象 五 变压器出故障可以分为外部原因和内部原因引起的 外部原因 1 雷电引起变压器外部或内部绝缘损坏 严重时变压器被击穿 击穿往往发生 在高压线圈端部和中性点 2 输配电网上发生短路 变压器受 10 几倍的短路电流的冲击 巨大的电动力 使变压器动稳定被破坏 造成匝间 饼间或层间的线匝短路 进一步破坏了线 圈的稳定 严重时 线圈崩溃 3 变压器长期严重过负荷运行 使变压器线圈的最热点温度超过绝缘能承受的 限度 是线圈的热稳定被破坏 线圈变形 线匝短路而烧毁变压器 4 长期过电压运行 线圈绝缘的薄弱部分 产生局放以至于被击穿 内部原因 1 由于制造上的缺陷 或材料上缺陷 或设计余度不够等也会引起上述 4 种 故障发生 2 由于变压器的附件质量问题 该保护的保护不了 该报警的不报警 使变压 器发生故障的也不少见 特别是气体继电器 有载分接开关 压力释放器 温 度计等 最容易出问题 3 变压器油质变坏 油中有杂质 水份等引起的故障也不少 六 变压器故障的处理 变压器及其各辅助设备在长期运行过程中都会受到电 热 机械 化学和 环境等等诸多因素的影响 健康状况逐渐变差 当其健康状况下降到一定程度 时 就会影响变压器的安全运行 变压器故障可分为内部故障和外部故障 内部故障是指变压器本体内部绝 缘或绕组出现的故障 外部故障是指变压器辅助设备出现的故障 故障程度有 轻有重 在故障较轻时 变压器虽能继续运行 但必须采取措施 同时监视故 障的发展变化 当故障严重时 必须立即停止变压器的运行 防止故障扩大 在变压器出现故障时 需判断准确 处理得当 既要防止故障扩大 又不 可轻率停止变压器的运行 这就要求运行人员提高故障判别能力 积累运行经 验 使变压器的故障得到正确判断和及时处理 几种常见异常或故障的判断和处理方法 1 变压器过热 过热对变压器是极其有害的 变压器绝缘损坏大多是由过热引起 温度的 升高降低了绝缘材料的耐压能力和机械强度 IEC354 变压器运行负载导则 指出变压器最热点温度达到 140 时油中就会产生气泡 气泡会降低绝缘或引 发闪络 造成变压器损坏 变压器的过热也对变压器的使用寿命影响极大 国际电工委员会 IEC 认为 在 80 140 的温度范围内 温度每增加 6 变压器绝缘有效使用寿命降低 的速度会增加一倍 这就是变压器运行的 6 法则 国标 GB1094 中规定 油浸 变压器绕组平均温升限值是 65 顶部油温升是 55 铁芯和油箱是 80 IEC 还规定线圈热点温度任何时候不得超过 140 一般取 130 作为设计值 变压器油温异常升高的原因可能有 变压器过负荷 冷却装置故障 或冷 却装置末完全投入 变压器内部故障 温度指示装置误指示 发现变压器油温异常升高 应对以上可能的原因逐一进行检查 作出准确 判断检查 并及时处理 1 若运行仪表指示变压器已过负荷 单相变压器组三相各温度计指示基 本一致 可能有几度偏差 变压器及冷却装置无故障迹象 则油温升高由过负 荷引起 则按过负荷处理 2 若冷却装置未完全投入或有故障 应立即处理 排除故障 若故障不 能立即排除 则必须降低变压器运行负荷 按相应冷却装置冷却性能与负荷的 对应值运行 3 若远方测温装置发出温度告警信号 且指示温度值很高 而现场温度 计指示并不高 变压器又没有其它故障现象 可能是远方测温回路故障误告警 这类故障可在适宜的时候予以排除 4 如果三相变压器组中某一相油温升高 明显高于该相在过去同一负荷 且同样冷却条件下的运行油温 而冷却装置 温度计均正常 则过热可能是由 变压器内部的某种故障引起 应通知专业人员立即取油样作色谱分析 进一步 查明故障 若色谱分析表明变压器存在内部故障 或变压器在负荷及冷却条件 不变的情况下 油温不断上升 则应按现场规程规定将变压器退出运行 5 造成主变温度异常升高的原因主要有 a 内部各接头发热 b 线卷有匝间短路 c 铁芯存在短路或涡流不正常现象 2 冷却装置故障 冷却装置是通过变压器油帮助绕组和铁芯散热 冷却装置正常与否 是变 压器正常运行的重要条件 在冷却设备存在故障或冷却效率达不到设计要求时 变压器是不宜满负荷运行的 更不宜过负荷运行 需要注意的是 在油温上升 过程中 绕组和铁芯的温度上升快 而油温上升较慢 可能从表面上看油温上 升不多 但铁芯和绕组的温度已经很高了 所以 在冷却装置存在故障时 不 仅要观察油温 还应注意变压器运行的其它变化 综合判断变压器的运行状况 冷却装置常见的故障及处理方法如下 1 冷却装置电源故障 冷却装置常见的故障就是电源故障 如熔丝熔断 导线接触不良或断线等 当发现冷却装置整组停运或个别风扇停转以及潜油泵 停运时 应检查电源 查找故障点 迅速处理 若电源已恢复正常 风扇或潜 油泵仍不能运转 则可按动热继电器复归按钮试一下 若电源故障一时来不及 恢复 且变压器负荷又很大 可采用临时电源 使冷却装置先运行起来 再去 检查和处理电源故障 2 机械故障 冷却装置的机械故障包括电动机轴承损坏 电动机绕组损 坏 风扇扇叶变形及潜油泵轴承损坏等 这时需尽快更换或检修 3 控制回路故障 小控制回路中的各元件损坏 引线接触不良或断线 接点接触不良时 应查明原因迅速处理 3 变压器油位异常 变压器的油位是与油温相对应的 生产厂家应提供油位与温度曲线 当油 位与油温不符合油位 温度曲线时 则油位异常 500kV 变压器一般采用带有 隔膜或胶囊的油枕 用指针式油位计反映油位 在下列情况下会出现油位异常 现象 1 指针式油位计出现卡针等故障 2 隔膜或胶囊下面储积有气体 使隔膜或胶囊高于实际油位 3 呼吸器堵塞 使油位下降时空气不能进入 油位指示将偏高 4 胶囊或隔膜破裂 使油进入胶囊或隔膜以上的空间 油位计指示可能 偏低 5 温度计指示不准确 6 变压器漏油使油量减少 发现变压器油位异常 应迅速查明原因 并视具体情况进行处理 特别是 当油位指示超过满刻度或将到 0 刻度时 应立即确认故障原因及时处理 同时 应监视变压器的运行状态 出现异常情况 立即采取措施 主变油位可通过油 位与油温的关系曲线来判断 并通过油位表的微动开关发出油位高或低的信号 7 若发现油位异常指示时 应检查油箱呼吸器是否堵塞 有无漏油现象 查明原因汇报调度及有关领导 8 若油位异常降低是由主变漏油引起 需迅速采取防止漏油措施 并立 即通知有关部门安排处理 如大量漏油使油位显著降低时 禁止将重瓦斯改信 号 9 若油位因温度上升而逐渐上升 若最高油温时的油位可能高出油位指 示并经分析不是假油位 则应放油至适当的高度以免溢出 应由检修单位处理 4 压力释放阀动作发出一个连续的报警信号 只能通过恢复指示杆人工解 除 压力释放阀动作后 应作如下处理 1 检查压力释放阀是否喷油 2 检查保护动作情况 瓦斯信号动作情况 瓦斯继电器气体情况 3 主变油温和绕组温度是否正常 4 是否是压力释放阀误动 5 在末查明原因前 主变不得试送 5 主变轻瓦斯动作 1 检查是否因主变漏油引起 2 检查主变油位和绕组温度 声响是否正常 3 检查瓦斯继电器内有无气体 若存在气体 应取气体进行分析 4 检查二次回路有无故障 5 若瓦斯继电器内的气体为无色 无臭 不可燃 色谱分析为空气 则 主变可继续运行 若信号动作是因为油中剩余空气逸出或强油循环系统吸入空 气而动作 而且信号动作时间间隔逐次缩短 将造成跳闸时 则应将重瓦斯改 接信号 若气体是可燃的 色谱分析后其含量超过正常值 经常规试验给以综 合判断 如说明主变内部已有故障 必须将主变停运 以便分析动作原因和进 行检查 试验 6 主变重瓦斯动作 并经检查是可燃气体 则主变未经检查 并试验合格 前不许再投入运行 重瓦斯在下列情况下需将跳闸改信号 1 主变运行中进行滤油 加油及更换硅胶时 应先将重瓦斯改接信号 其它保护投入跳闸 工作完毕 主变空气排尽后 方可将重瓦斯重新投入跳闸 2 当主变油位计上指示的油面有异常升高或油路系统有异常现象时 为 查明原因 需打开各个放气或放油阀门 检查吸湿器或进行其它工作时 必须 先将重瓦斯改信号 然后才能开始工作 3 主变进行检修时 应停用本体保护 7 变压器跳闸 变压器自动跳闸时 应立即进行全面检查并查明跳闸原因再作处理 具体 的检查内容有 1 根据保护的动作掉牌或信号 事件记录器及其它监测装置来显示或打 印记录 判断是否是变压器故障跳闸 2 检查变压器跳闸前的负荷 油位 油温 油色 变压器有无喷油 冒 烟 瓷套有否闪络 破裂 压力释放阀是否动作或其它明显的故障迹象 作用 于信号的气体继电器内有无气体等 3 分析故障录波的波形 4 了解系统情况 如保护区内区外有无短路故障及其它故障等 若检查结果表明变压器自动跳闸不是变压器故障引起 则在外部故障排除 后 变压器可重新投入运行 若检查发现下列情况之一者 应认为变压器内部存在故障 必须进一步查 明原因 排除故障 并经电气试验 色谱分析以及其它针对性的试验证明故障 确已排除后 方可重新投入运行 a 瓦斯继电器中抽取的气体分析判断为可燃性气体 b 变压器有明显的内部故障特征 如外壳变形 油位异常 强烈喷油等 c 变压器套管有明显的闪络痕迹或破损 断裂等 d 差动 瓦斯 压力等继电保护装置有两套或两套以上动作 8 主变差动保护动作 1 检查保护动作情况 作好记录 并对差动保护范围内所有连接的电气 设备进行检查有无短路 闪络等明显故障现象 2 检查瓦斯继电器有无气体 压力释放阀是否动作 喷油 3 如检查设备无明显故障现象 且故录未动作 有可能是差动保护误动 作 但在未确定前不得试送 4 主变试送必须经总工同意方可进行 9 主变着火的事故处理 1 主变着火时 应立即断开各侧开关和冷却装置电源 使各侧至少有一 个明显的断点 然后用灭火器进行扑救并投入水喷雾装置并立即通知消防队 2 若油溢在主变顶盖上着火时 则应打开下部油门放油至适当油位 若 主变内部故障引起着火时 则不能放油 以防主变发生严重爆炸 3 消防队前来灭火 必须指定专人监护 并指明带电部分及注意事项 10 变压器紧急停运 运行中的变压器如发现以下任何情况 应立即停止变压器的运行 1 变压器内部声响异常或声响明显增大 2 套管有严重的破损和放电现象 3 变压器冒烟 着火 喷油 4 变压器已出现故障 而保护装置拒动或动作不明确 5 变压器附近着火 爆炸 对变压器构成严重威胁 二 互感器的常见故障与分析 互感器是按比例变换电压或电流的设备 互感器的功能是将高电压或大 电流按比例变换成标准低 电压 100V 或标准小电流 5A 或 1A 均指额定 值 以便实现测量 仪表 保护设备及自动控制设备的标准化 小型化 互 感器还可用来隔开高电压系统 以保证人身和设备的安全 一 互感器的作用 电力系统用互感器是将电网高电压 大电流的信息传递到低电压 小电 流二次侧的计量 测量仪表及继电保护 自动装置的一种特殊变压器 是一 次系统和二次系统的联络元件 其一次绕组接入电网 二次绕组分别与测量 仪表 保护装置等互相连接 互感器与 测量仪表和计量装置配合 可以测量 一次系统的电压 电流和 电能 与继电保护和自动装置配合 可以构成对电 网各种故障的电气保护和自动控制 互感器性能的好坏 直接影响到电力系 统测量 计量的准确性和 继电器保护装置动作的可靠性 互感器分为电压互感器和电流互感器两大类 其主要作用有 将一次系 统的电压 电流信息准确地传递到二次侧相关设备 将一次系统的高电压 大电流变换为二次侧的低电压 标准值 小电流 标准值 使测量 计 量仪表和继电器等装置标准化 小型化 并降低了对二次设备的绝缘要求 将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离 从 而保证了二次设备和人身的安全 二 仪用互感器的故障处理 当互感器及其二次回路存在故障时 表针指示将不准确 值班员容易发生误判 断甚至误操作 因而要及时处理 1 电压互感器的故障处理 电压互感器常见的故障现象如下 1 一次侧或二次侧的保险连续熔断两次 2 冒烟 发出焦臭味 3 内部有放电声 引线与外壳之间有火花放电 4 外壳严重漏油 发现以上现象时 应立即停用 并进行检查处理 1 电压互感器一次侧或二次侧保险熔断的现象与处理 1 当一次侧或二次侧保险熔断一相时 熔断相的接地指示灯熄灭 其他两 相的指示灯略暗 此时 熔断相的接地电压为零 其他两相正常略低 电压回 路断线信号动作 功率表 电度表读数不准确 用电压切换开关切换时 三相 电压不平衡 拉地信号动作 电压互感器的开口三角形线圈有电压 33v 当电压互感器一交侧保险熔断时 一般作如下处理 拉开电压互感器的隔离开关 详细检查其外部有元故障现象 同时检查二次保 险 若无故障征象 则换好保险后再投入 如合上隔离开关后保险又熔断 则 应拉开隔离开关进行详细检查 并报告上级机关 若切除故障的电压互感器后 影响电压速断电流闭锁及过流 方向低电压等保 护装置的运行时 应汇报高度 并根据继电保护运行规程的要求 将该保护装 置退出运行 待电压互感器检修好后再投入运行 当电压互感器一次侧保险熔 断两相时 需经过内部测量检查 确定设备正常后 方可换好保险将其投入 2 当二次保险熔断一相时 熔断相的接地电压表指示为零 接地指示灯熄 灭 其他两相电压表的数值不变 灯泡亮度不变 电压断线信号回路动作 功 率表 电度表读数不准确电压切换开关切换时 三相电压不平衡 当发现二次保险熔断时 必须经检查处理好后才可投入 如有击穿保险装置 而 B 相保险恢复不上 则说明击穿保险已击穿 应进行处理 2 电流互感器的故障处理 电流互感器常见的故障现象有 1 有过热现象 2 内部发出臭味或冒烟 3 内部有放电现象 声音异常或引线与外壳间有火花放电现象 4 主绝缘发生击穿 并造成单相接地故障 5 一次或二次线圈的匝间或层间发生短路 6 充油式电流互感器漏油 7 二次回路发生断线故障 当发现上述故障时 应汇报上级 并切断电源进行处理 当发现电流互感器的 二次回路接头发热或断开 应设法拧紧或用安全工具在电流互感器附近的端子 上将其短路 如不能处理 则应汇报上级将电流互感器停用后进行处理 三 直流系统接地故障处理 直流回路发生接地时 首先要检查是哪一极接地 并分析接地的性质 判断其 发生原因 一般可按下列步骤进行处理 首先停止直流回路上的工作 并对其 进行检查 检查时 应避开用电高峰时间 并根据气候 现场工作的实际情况 进行回路的分 合试验 一般分 合顺如下 事故照明 信号回路 充电回路 户外合闸回路 户内合闸回路 载波备用电源 6 10KV 的控制回路 35KV 以上的主要控制回路 直流母线 蓄电池以上顺 应根据具体情况灵活掌握 凡分 合时涉及到调度管辖范围内的设备时 应先取得调度的同意 确定了接地回路应在这一路再分别分 合保险或拆线 逐步缩小范围 有条件时 凡能将直流系统分割成两部分运行的应尽量分开 在寻找直流接地 时 应尽量不要使设备脱离保护 为保证个人身和设备的安全 在寻找直流接 地时 必须由两人进行 一人寻找 另一人监护和看信号 如果是 220V 直流 电源 则用试电笔最易判断接地是否消除 否认是哪极接地 在拔下运行设备 的直流保险时 应先正极 后负极 恢复时应相反 以免由于寄生回路的影响 而造成误动作 四 避雷器的故障处理 发现避雷器有下列征象时 应将避雷器与电源断开 1 避雷器瓷瓶 套管破裂或爆炸 2 雷击放电后 连接引线严重烧伤或烧断 切断故障避雷器前 应检查有 无接地现象 若有接地现象则不得隔离开关断开避雷器 而应汇报上级听候处 理 五 母线的故障处理 变电所发生母线故障时 影响很大 严重时会使整个变电所停电 母线故障的 原因多是由运行人员误操作时设备损坏而造成的 也有外部原因 如小动物 长草等 和线路断路器的继电保护拒绝动作 越级跳闸造成的 当母线断路器跳闸时 一般应先检查母线只有在消除故障后才能送电 严禁用 母联断路器对母线强送电 以防事故扩大 当母线因后备保护动作而跳闸 一 般因线路故障而线路的继电保护拒绝动作发生越级跳闸 时 此时应该判明故 障元件并消除故障后再恢复母线送电 若母线断路器装有重合闸装置 在重合 闸失败后 应立即倒换至备用母线供电 若跳闸前在母线上曾有人工作过 更 应该对母线进行详细检查 以防误送电而威胁 人身和设备的安全 三 断路器常见故障分析 高压断路器是电力系统中最重要的开关设备 它担负着控制和保护的双重任务 如断 路器不能在电力系统发生故障时及时开断 就可能使事故扩大 造成大面积停电 为了满 足开断和关合 断路器必须具备三个组成部分 开断部分 包括导电 触头部分和灭弧 室 操动和传动部分 包括操作能源及各种传动机构 绝缘部分 高压对地绝缘及断 口间的绝缘 此三部分中以灭弧室为核心 断路器按灭弧介质的不同可分为 油断路器 利用绝缘油作为灭弧和绝缘介质 触头在绝缘油中开断 又可分为多油和少 油断路器 压缩空气断路器 利用高压力的空气来吹弧的断路器 六氟化硫断路器 指利用六氟化硫气体作为绝缘和灭弧介质的断路器 真空断路器 指触头在真空中开断 利用真空作为绝缘和灭弧介质的断路器 断路器的分合操作是依靠操作机构来实现 根据操作机构能源形式的不同 操作机构可分 为 电磁机构 指利用电磁力实现合闸的操作机构 弹簧机构 指利用电动机储能 依靠弹簧实现分合闸的操作机构 液压机构 指以高压油推动活塞实现分合闸的操作机构 气动机构 指以高压力的压缩空气推动活塞实现分合闸的操作机构 操作机构还有组合式的 例如气动弹簧机构是由气动机构实现合闸 由弹簧机构分闸 操 作机构一般为独立产品 一种型号的操作机构可以配几种型号的断路器 一种型号的断路 器可以配几种型号的操作机构 下面就不同灭弧介质的断路器和不同型式操作机构分别介 绍断路器在运行时最常见的故障 以及原因分析 1 断路器本体的常见故障 1 1 油断路器本体 序号常见故障可能原因 1渗漏油 固定密封处渗漏油 支柱瓷瓶 手孔盖等处的橡皮 垫老化 安装工艺差和固定螺栓的不均匀等原因 轴转动密封处渗漏油 主要是衬垫老化或划伤 漏 装弹簧 衬套内孔没有处理干净或有纵向伤痕及轴 表面粗糙或轴表面有纵向伤痕等原因 2本体受潮 帽盖处密封性能差 其他密封处密封性能差 3导电回路发热 接头表面粗糙 静触头的触指表面磨损严重 压缩弹簧受热失去弹 性或断裂 导电杆表面渡银层磨损严重 中间触指表面磨损严重 压缩弹簧受热失去弹性或 断裂 4断路器本体内部卡滞 导电杆不对中 灭弧单元装配不当 传动部件及焊 接尺寸不合格和灭弧单元与传动部件装配时间隙不 均匀 运动机构卡死 拉杆装配时接头与杆不在一条直线 各柱外拐臂上下方向不在一条直线上 5断口并联电容故障 并联电容器渗漏油 并联电容器试验不合格 1 2 真空断路器本体 序号常见故障可能原因 1真空泡漏气真空泡密封性能差 漏气造成真空泡内部真空度下降 绝缘性能下降 2真空泡绝缘不良 真空泡漏气 真空泡外表面积灰 在天气潮湿情况下 真空泡表 面绝缘性能下降 严重时 会引起真空泡表面闪烙 3触头间熔焊拒分触头间接触压力小 当触头间通过大电流时 触头间 发热而发生熔焊 造成断路器拒分 4接触电阻不合格 由于开断电弧时触头金属表面的电磨损 间隙变大 致使触头间接触压力小 触头连杆的压缩弹簧调整 不当 造成触头间接触压力小 由于电磨损使触头表面粗糙不平 触头与触头间接触不均匀 1 3 六氟化硫断路器本体 序号常见故障可能原因 1SF6 漏气 密封面表面粗糙 安装工艺差及密封床老化 传动轴及轴套表面有纵向伤痕磨损严重 轴与轴套 间密封床老化 浇铸件质量差 有砂眼 瓷套质量差 有裂纹或砂眼 SF6 连接管道安装工艺不良 SF6 充放气接头密封性能差或关闭不严 SF6 压力表或密度继电器等接头处密封不良 2SF6 气体湿度即含水量超 标 SF6 存在漏气现象 补充的 SF6 气体含水量不合格 运输和安装过程中 本体内部的绝缘件受潮 本体内部的干燥剂含水量偏高 3主回路接触电阻超标 连杆松动 运行时间长和操作次数多后 动触头表面磨损严重 或动静触头 中间触头表面不干净 导电回路连接表面粗糙或紧固螺栓松动 4合闸电阻不合格 合闸电阻阻值超标 合闸电阻的电阻片老化使介损超标 超标严重将影 响正常运行 5断口并联电容故障 并联电容器试验不合格 并联电容器渗漏油 6重燃定开距设计的灭弧室断路器在开断空载线路时发生重 燃的机率较高 亦有可能是装配灭弧室时残留在灭弧 室内的金属微粒 在操作振动和气流作用下 金属微 粒悬浮在断口间 造成重燃 7喷口及均压罩松动 运行时间长及操作次数多 均压罩公差偏大固定不可靠 压缩空气断路器在高压系统已基本淘汰 压缩空气断路器本体的常见故障情况以及原 因分析略 2 断路器操作机构的常见故障 2 1 电磁操作机构 序号常见故障可能原因 1合闸铁芯不启动 辅助开关的触点接触不良 合闸操作回路断线或熔丝熔断 合闸接触器线圈烧坏 合闸铁芯被铜套卡死 2合闸铁芯启动未合上 延时开关配合不良 过早切断电流 合闸铁芯顶杆止钉松动 造成顶杆长度变短 合闸铁芯返回弹簧断裂 隔磁铜圈脱落或铁芯顶杆 行程不足 跳闸后滚轮卡死 使滚轮无法返回造成空合 合闸速度太大 剩余能量将其振开或分闸弹簧调整 不当 3脱扣卡板不复归 卡板复归弹簧太软 跳闸后不复位造成空合 脱扣板顶端下面不平整 返回时卡住 脱扣板与卡板扣入距太少 合闸后在铁芯返回时被 振动而自行分闸 分闸时 连板下圆角顶死在托架上 使卡板无法返 回造成空合 4分闸铁芯不启动 分闸线圈顶杆卡死 或分闸铁芯与线圈间的铝套互 相卡死 分闸回路的切换开关触点接触不良 分闸线圈断线或烧坏 5分闸铁芯启动未分闸 并联接法的分闸线圈中有一个断线 造成铁芯吸力 不足 掣动螺钉未松到位或未松开 卡板与脱扣板扣入尺寸太多或扣合面粗糙 6机构卡死 机构连板不平整 销孔磨损变形 焊接开裂变形等 使机构连杆倾斜卡死而不能分闸 固定连杆的主要轴孔不平行 使连杆倾斜 卡死而 不能分闸 2 2 弹簧操作机构 序号常