高压电力设备在线监测技术电力变压器在线监测与诊断PPT课件.ppt

第八章电力变压器在线监测与故障诊断 On linemonitoringandfaultdiagnosisforpowertransformer 1 本章内容 概述变压器绝缘的劣化及诊断内容变压器局部放电的在线监测温度的监测含水量的监测变压器寿命的预测 2 8 1概述 3 电力变压器在电力系统中的作用 电力变压器的工作原理 4 电力变压器结构 1 主绝缘 2 箱体 3 绕组 4 绝缘座 5 支座 6 套管 7 散热器 8 围屏 9 分接开关 5 电力变压器内部结构 变压器绕组截面 电力变压器铁心 6 电力变压器外观 7 为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平 现代变压器相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式 因此在运行中其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平显著提高 同时由于电网规模的增大 变压器故障所带来的影响也越来越大 8 电力变压器事故现场 1 9 电力变压器事故现场 2 10 变压器故障统计 故障类型 根据164台次故障数据统计 1电气设计10 2机械设计7 3制造工艺13 4材料品质17 5不适当的短路应力7 7不适当维修7 8操作错误3 9雷电3 10未知原因23 11其他10 IECGuideforReportingFailureDataforPowerTransformers 1996 11 电力变压器 吊芯 检修 12 变压器故障统计 发生故障的部位 根据164台次故障数据 1高压套管11 2中压套管2 3低压套管0 4绕组端部接线5 5高压绕组23 6中压绕组17 7低压绕组1 8绕组分接开关0 9接头4 10磁路4 11屏蔽体绝缘3 12铁心绝缘5 13铁心夹件1 14绕组夹件6 15油循环系统1 16油箱2 17换热器1 18分接开关3 19有载分接开关0 20除湿器0 21附件1 22未知部位5 23其他6 51 的主要故障均涉及绝缘 11 23 17根本原因 IECGuideforReportingFailureDataforPowerTransformers 1996 13 统计结论 有相当数量的故障原因不明 绝大多数故障与绝缘有关 这一方面反映了调查不充分 或者缺乏决定性证据 或缺乏足够的知识对故障进行判断 14 主要故障原因 受潮 短路应力造成的绕组变形 由于检修造成的绕组接头接触不良 铁心多点接地 15 绕组变形 变压器主要故障类型 16 绕组接头不良 17 围屏树枝状放电 18 分接开关烧蚀 19 过热 20 在热和电的作用下 绝缘油会逐渐老化 分解而产生各种低分子烃 氢气以及有机酸和石蜡等 而以纤维素为基础的固体绝缘材料 纸和纸板 发生劣化分解时 除释放出水 醛类 酮类和有机酸外 还会产生相当数量的一氧化碳和二氧化碳 绝缘的分解与劣化 8 2变压器绝缘的劣化及诊断内容 21 绝缘系统 变压器油CnHm 固体绝缘纤维素 C6H10O5 n DP值降低 C CO CO2H2OFurfuralsolidparticles 油特性的衰退 H2CH4 C2H4C2H6 C2H4 C2H2CO CO2acidsresin 电应力 热应力 联合应力作用及其影响 22 目前110kV及以上等级的大型电力变压器仍主要采用油纸绝缘结构 绝缘油同时承担着绝缘介质和冷却媒质两方面的作用 同人类的血液 除自身的设计功能外 还能够通过其性能的变化 和内涵物的改变反映设备内部绝缘的状况 变压器油及其对故障分析的作用 23 变压器固体绝缘的老化 纤维素的降解 HOH water 纤维素 C6H10O5 n 24 HOH HOH CO 80 C 300 C CH2OH OH OH O O H H H H H O HOH C 变压器固体绝缘的老化产物 糠醛 25 铜屑 齿轮碎片 电弧熔粒 绝缘纤维 变压器油中的颗粒 26 变压器的重要试验项目 测量绕组的绝缘电阻 吸收比及极化指数 测量绕组连同套管的泄漏电流及tan 测量非纯瓷套管的tan 及C 测量绕组连同套管的导电部分的直流电阻 测量铁芯对地的绝缘电阻 油箱及套管中的绝缘油试验 油中溶解气体的色谱分析 绕组连同套管的交流耐压 油中微量水分测量 27 28 绕组温度 铁心接地电流 油中溶解气体分析 DGA 局部放电 PD 变压器故障的有效检测项目 8 3变压器局部放电的在线监测 29 四种典型局部放电形式 当A 1时 从左到右依次为单指数衰减 单指数振荡衰减 双指数衰减和双指数振荡衰减 30 a 典型非振荡信号时域图 b 含噪声非振荡信号时域图 c 典型振荡信号时域图 d 含噪声振荡信号时域图 典型局部放电波形与实际波形对比 31 局部放电检测与诊断方法 32 套管 换油伐 接地线 检测传感器 变压器内部绕组结构示意 还需解决的问题 1 局部放电电磁波传输机理 2 检测放电的有效性 3 PD产生的EMW经过绕组间隙了么 4 EMW在传输路径的衰减 5 局放如何标定 6 局放如何定位 7 局放危险性如何评估 33 PD产生电磁波信号的传播机理研究 单绕组模型 实验室模拟 FDTD计算模拟 34 PD信号的传播过程的试验结果对比 35 差分法测局部放电 I 36 差分法测局部放电 II 37 电 超声联合法 38 超声局放测量 39 以超声找DGA异常位置 40 为什么测局放用UHF法 去除电晕等干扰外界电晕噪声 350MHz 而局放可达1GHz灵敏度高反应速度快可自动选择高信噪比频带可带电安装传感器 41 42 UHF局放测量 局放测量分析和危害评估的难点 内部放电源 UHF测量 PRPD 相位分解局放测量 屏蔽 频率分析局放视在电荷 pC 定量 UHF测量 目前与pC之间没有相关性 研究中 Z L 50 f 50 UHF MeasuringUnit Tankwall PD Sensor UHF局放测量 300 3000MHz 500kV主变的实测效果例 在400 800MHz时 信噪比约为50dB 局部放电的检测灵敏度可达100pc以下 43 44 UHF测局放实例 故障之一 局放量6000pC UHF图谱如上 解体发现系由于静电屏蔽焊接不良造成电位浮动产生 45 46 UHF测局放实例 故障之二 修理后试验 发现仍有明显放电 4000pC局放量 超高频法也有明显放电存在 表明此变压器有一个以上的局部放电源 返厂处理 47 48 49 UHF与IEC60270的相关性 UHF与IEC60270线性相关振幅 能量 QIEC 相关性因素取决于局放点油箱的尺寸故障类型传感器类型 AmplitudeU mV 8 4温度的监测 50 传统方式 变压器温度过高会降低绝缘性能 从而降低其使用寿命 它还有控制风机以及超温报警 超温跳闸的功能 优点 Pt100 结构简单 操作便捷 缺点 1 模拟量输出 2 测点有限 3 无法对绕组温度进行测定 4 51 光纤测温的重要性 与传统方法的不同在线监测油温与绕组温度不一致冷却系统瞬时控制现场维修人员有效工具热运行试验 光纤绕组测温监测 探头 抗高电压 高射频和强磁场干扰 52 光纤绕组测温安装 53 54 温度计 传感器端部 安装 在线圈或线圈套筒处理之前安装改良支撑 合适的支架以保护光纤电缆为了便于安装 需要将套筒磁极尾的末端进行适当的改动完整撑条必须安装在临近最热点的撑条中 更换原有的盘式绕组 合适尺寸的楔形撑条是必须的 55 光纤绕组测温安装 56 设备运行 动态负荷的关系 绕组分布式温度和应力测量技术 57 58 绝缘强度降低击穿电压降低局放起始电压降低水解作用加速固体材料老化机械强度降低较湿的纸板析出气泡 绝缘系统中水分含量非常重要 水分的作用 8 5含水量的监测 变压器中水分的来源 残留水分厚绝缘的组成部分可向周围的油释放水分侵入水分密封薄弱自由呼吸式缺少干燥剂内部检查分子流 微量 绝缘物质分解 59 变压器油和绝缘纸对水分的吸收能力 绝缘纸可以吸收10 自身重量的水分 100000ppm 水在变压器油中的溶解度很低 在饱和状态 油中水分小于50ppm相对于变压器油 绝缘纸可以吸收2000倍的水分 60 变压器中水分主要在固体绝缘系统 61 变压器中水分分配实例 变压器中主要水分存在于固体绝缘中变压器油中水分含量的改变不会导致纸中水分成比例的变化 25MVA 62 63 析出气泡的温度与含水量有关 变压器绝缘的老化 绝缘纸的劣化纸中水分的影响 64 变压器水分测量方法 油纸水分平衡曲线 油中水分确定KarlFisher滴定法油纸水分饱和特性 油中水分确定在线电容型传感器纸板响应特性 纸板水分确定FDSRVM PDC 65 KarlFisher滴定法 66 SamplingUncertaintyofKFTLiteraturesourcesAbsorptioncapacityAging 固体材料水分含量估计 67 滴定法的结果对比 68 电容型传感器 69 70 电介质响应测量方法 油箱 保护 高压绕组 低压绕组 高压电源 主绝缘 电流表 物理性质测量 纸板及绝缘油的导电率界面极化影响因素 绝缘几何尺寸温度受潮程度可导电的老化产物 71 时域及频域的方法 时域 极化 去极化电流 PDC 频域 频域谱法 FDS 缺点 低频段水分估计 测试时间 72 测量时间的选择 典型情况 干燥变压器或者低温环境 0 1mHz 2 50小时中等受潮变压器及环温适中 1mHz 22分钟受潮变压器或高温环境 0 1Hz 5min 73 德国对油中饱和湿度的建议 油老化在线监测传感器 74 8 6变压器寿命的预测 75 热老化电老化机械老化化学老化 老化的分类 电老化局部放电带电质点的轰击 热效应 活性生成物 辐射效应 机械力效应热老化氧化温度每升高8 12 平均约为10 其寿命将会缩短一半 CO CO2 糠醛 聚合度 丙酮机械老化环境老化水分 污染 氧气和辐射受潮 76 Tensilestrengthofthesolidinsulatingmaterialscannotenduremechanicalstressbyshort circuitingcurrentOccurrenceofcracksorfractures Thelife limitoftransformer 变压器寿命极限 变压器寿命定义 77 关于油纸绝缘老化机理的解释 热老化寿命模型Montsinger 1930年 L Ae mtDakin 1948 v v0e wa kT v Arrhenius 电老化寿命模型经验模型 L AE n机械老化寿命模型静态机械负荷 L L0exp W KT 多因子联合老化寿命模型Fallou L exp A1 A2U B1 B2U T U 0Simoni Ramu Montanari Crine etc 78 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 80 90 100 110 120 140 Temperature ageingfactor 纸板热老化 79 变压器寿命评估技术 基于固体纸板材料的机械特性聚合度 DegreeofPolymerization DP 抗张强度 TensileStrength TS 基于老化分解产物CO CO2油中糠醛含量 Furan 油中丙酮含量 Acetone 基于固体材料含水量 80 81 White Black Red Yellow Blue Green E ab L L A StandardcolorB Sample scolorA StandardcolorofthesamelightnessasB CIE1976L a b colorspace Colordifference E ab L 2 a 2 b 2 1 2 L lightnessa b hue chrom