大型电力变压器故障情况及检测新技术研究报告ppt课件.ppt

中国电科院高压所设备室二 九年八月 故障情况及检测新技术探讨 大型电力变压器 1 主要内容 一 国家电网公司变压器在运及运行情况 3 变压器在运情况统计表 4 2004年 2008年在运变压器容量增长率分布图 5 2008年变压器非停按技术原因统计 2008年本体非停原因分布 6 2007变压器非停按技术原因统计 2007年本体非停原因分布 7 2008年变压器跳闸原因统计及分析 2008年变压器跳闸本体原因分布 8 二 国家电网公司变压器事故 障碍情况统计及分析 9 变压器事故情况统计及分析 10 变压器损坏事故统计分析 2007年变压器各电压等级变压器事故分布 11 近6年各电压等级变压器年事故分布图 12 变压器损坏事故原因分析 2008年变压器损坏事故直接原因饼图 13 华北姜家营500kV主变压器故障 近几年典型变压器故障案例情况说明 14 华北姜家营500kV主变压器故障 近几年典型变压器故障案例情况说明 故障是由高压线圈的匝间短路引起的 制造缺陷和选材质量较差是变压器故障的主要原因 从中发现有Cu2S 但是Cu2S生成和对变压器匝间绝缘的影响需要进一步开展研究 15 湖北钢都500kV主变压器故障 近几年典型变压器故障案例情况说明 16 湖北钢都500kV主变压器故障 近几年典型变压器故障案例情况说明 故障是由高压套管爆炸所致 套管故障的主要原因是工艺处理中出现失误 17 不完全统计220kV变压器所用套管中 南京电瓷总厂967支 传奇公司867支 共占总数的55 2 330kV变压器所用套管中 ABB公司67支 西安西电高压电瓷有限责任公司60支 共占总数的81 9 500kV变压器所用套管中 ABB公司236支 传奇公司233支 日本NGK公司99支 共占总数的53 8 750kV变压器所用套管均为德国HSP公司产 共6支 在运变压器套管厂家统计 18 三 大型电力变压器缺陷诊断新技术探讨 19 大型电力变压器缺陷诊断技术探讨 20 局部放电的成因 制造过程中的局部缺陷 如气泡 裂缝 悬浮导电质点和电极毛刺等 正是这些缺陷会造成绝缘体内部或表面出现某些区域电场强度高于平均电场强度 当这些区域的击穿场强低于平均击穿场强时 将会首先发生放电 而其它区域仍保持绝缘特性 从而形成局部放电 绝缘在电 热 机械等应力长期作用下产生的老化 21 局部放电的劣化机理 局部放电引起介质劣化和损伤的机理是多方面的 主要包括三种效应 1 带电质点 电子和正 负离子 对介质表面的撞击 切断分子构造 2 由于带电质点撞击介质 在放电点引起介质局部温度上升 使介质加速氧化 导致材料的机械 电气性能下 3 局部放电产生的活性生成物对介质的氧化作用使介质逐渐劣化 22 绝缘内的电场分布 开始外加电压时空穴内没有初始电荷 23 绝缘内的电场分布 空间电荷改变了电场分布 绝缘体其他部分的电场增强并使其劣化几率增加 24 绝缘缺陷的电气模型 经典三电容模型 25 26 空穴放电 空穴上的电压Vc降到0 击穿时 Cc放电释放出能量 Ca向Cb提供能量 Va Vb Vc Vc 0 Va1 Vb1 27 视在放电量估计 28 视在放电量估计 29 局部放电的检测方法 30 局部放电的征兆及检测方法 声子 超声波 电荷迁移 电流脉冲 脉冲电流法 PD 材料分解 DGA方法 HF 3M 30MHz VHF 30M 300MHz UHF 300M 3GHz 光发射 光测法 产生热量 测温法 31 脉冲电流法 当变压器内部出现局部放电时 在出现脉冲电流信号的出线端 套管末屏接地线 铁芯接地线等处 利用电流传感器在这些点测量局部放电脉冲电流信号并进行分析 这种方法称为脉冲电流法 脉冲电流法主要利用局部放电频谱的较低频段部分 一般为数kHz到数百kHz 常规电流传感器采用电耦合的方式 包括RC和RLC两种检测阻抗 RC型检测阻抗一般是宽带测量 多用于试验研究 RLC型检测阻抗多串接在变压器套管末屏接地线 作为窄带测量 32 脉冲电流法 宽带的检测频带变化较大 一般在200 400kHz 具有脉冲分辨率高 但信噪比低窄带的检测频带一般为15kHz 中心频率在1MHz以内 具有灵敏度高 抗干扰能力强 但输出波形畸变严重 在线检测时 目前普遍采用的是罗果夫斯基线圈 检测灵敏度高 视在电荷量可标定现场强烈的电磁干扰是脉冲电流法的瓶颈广泛用于变压器型式试验 预防和交接试验 变压器局部放电实验研究 33 气相色谱法 DGA 化学检测法 罗杰斯比值法 优点 受外界电磁干扰影响相对较小 准确度较高缺点 油气分离时间长 实时性差 对突发性故障不灵敏 34 超声波 AE 法 检测局放产生的声发射优点 不影响电气主设备的安全运行 受电磁干扰影响较小缺点 声波阻抗复杂 超声波信号传播途径复杂 衰减严重 检测灵敏度较低 35 其他方法 光纤技术光纤超声波法测量原理 当局部放电的超声波信号传播到光纤上时会发生碰撞从而使光纤发生形变 紧接着导致光纤的长度和折射系数发生变化 光波在光纤中传播时受到超声信号的相位调制 然后采用合适的调制解调器把局放的超声波信号提取出来光测法测量局部放电产生的光来探测局放尽管在实验室里采用光学技术对电气设备的局部放电和老化等做了许多有用的研究 但该技术达到现场应用还有很大的距离 造成这种局限的主要原因变压器结构复杂 不透光 且有光学设备的造价高 36 其他技术 红外测温法红外检测是基于局部放电点的温度升高 利用红外探测仪的热成像原理实现热点测量 目前针对变压器外部故障 包括导体连接不良 漏磁引起的箱体涡流 冷却装置故障和变压器套管故障等 是有效的由于变压器结构和传热过程的复杂性 要利用红外成像方法直接检测变压器本体内部的局部放电是十分困难的 37 UHF法 高频RF检测 超宽带 300M 3000MHz 国外KEMA公司 Deft大学 法国Alstom公司 英国Strathclyde大学 国内清华大学 西安交通大学 华北电力大学 重庆大学等都展开了大量的理论和工程探索 大大推动了该方法的研究和应用优点 灵敏度高 抗电晕干扰 非接触式检测 更安全 适合在线 理论上可定位缺点 发展不完善 诊断判据 定位 变压器 技术都有待于进一步发展 38 脉冲电流法测量局部放电的判别 39 电晕放电 发生部位 高压导体尖端 毛刺 地电极尖端等 毛刺 40 电晕放电 特点 始发生负脉冲 针电极 板电极 更高电压下 产生正脉冲 且幅值较大 发生在电压峰值处 随电压增加 放电重复率增大 41 电晕放电的谱图 高压端为针电极 42 电晕放电的谱图 地电极为针电极 43 沿面放电 发生位置 套管 电缆终端 接头 发电机线圈 44 沿面放电 特征 正负半周均有放电 发生在零点与峰值之间 峰值点后无放电现象 可沿放电通道延伸 脉冲幅值高于气泡或空气间隙放电 45 沿面放电谱图 46 内部放电 空穴型放电 位置 固体或液体绝缘中充气的空隙部位主要原因 气体绝缘低电气强度 气隙中电场增强 47 内部放电 48 特点 两半周均有放电 波形基本对称 多发生在零点与峰值之间 电压增加 幅值无明显变化 放电密度加大 内部放电 49 内部放电谱图 50 悬浮放电 位置 分接引线 导线接头连接不良等因加工损伤而刮伤的金属屑螺栓松动等安装中遗落的金属组件等 51 特点加压到一定程度 放电突然出现 放电幅值 间隔大体相等随电压升高 脉冲出现的频率加快 幅值则基本不变 统计谱图呈现比较典型的 柱状 分布 放电几乎遍布所有相位 电压峰值后发生较少 悬浮放电 52 局部放电的UHF检测 53 特高频检测原理 当电力变压器内部发生局部放电时 将会向外辐射出特高频 UltraHighFrequency 下文简写为UHF 电磁波因此 通过检测电力变压器内部是否存在UHF信号 可以判断电力变压器内部是否发生局部放电 UHF检测方法由于检测频带宽且高 300M 1500MHz 因此兼有灵敏度高和抗干扰能力强的优点 特别由于变压器外壳具有良好的屏蔽作用 外部UHF信号无法进入油箱内部 这更加有利于现场环境下的抗干扰 此外 由于UHF检测方法由于和变压器高压侧完全不存在电气上的连接 因此这种检测方式对于二次系统和操作人员来说更加安全可靠 54 特高频检测技术 特高频检测变压器局部放电技术源于80年代的英国 目前 特高频检测局部放电的技术已经有了长足的进步 在我国也已经在一定的应用 特高频检测探头一般安装在变压器内部 如人孔 或手孔 放油阀等位置 55 特高频检测技术 特高频检测探头安装在变压器放油阀位置 56 特高频检测优 缺点 优点 抗干扰能力强 定位精确 缺点 难以定量无法与传统脉冲电流法测量结果进行比较 57 特高频检测局部放电定位技术 特高频局部放电测量的频段为300MHz 1500MHz 便于进行定位 多所国内外研究机构进行了相关的研究 定位系统如下组成 4路UHF宽带天线 安装在铁心同侧 4个UHF宽带放大器高速数字示波器 模拟带宽8GHz 采样率25GS s定位计算软件 58 特高频检测局部放电定位系统组成 59 基于时间差的网格搜索算法 1 时间差辐射源P x y z 到传感器Si xi yi zi 的传播时间ti满足 1 传感器Si与参考传感器S1的相对时间差为 1i ti t1 i 1 m m 4 2 通过4个传感器测出3个相对时差 1i并列出3个时间差方程 特高频检测局部放电定位原理 60 特高频检测局部放电定位原理 61 特高频检测局部放电定位技术 网格搜索算法将变压器内部空间划分为若干个网格 分别取网格中心点的坐标 将此坐标逐次带入上述三式 求得一系列时间差 将这些时间差与测量所得的时间差对比 相差最小的网格坐标即为定位计算结果 62 试品和传感器 b 信号采集部分 一组传感器阵列 连接传感器及放大器的四路RG402U高频电缆 四路XKLA1060N3515型放大器 LeCroy8620A型数字示波器 JF 2002型局放仪 实际检测系统简介 63 1 高压绕组与外壳之间的局部放电 2 B相高压线圈外 气泡放电 3 C相高压线圈出线端 尖刺放电 1 A相高压线圈引线处 尖刺放电 特高频检测局部放电定位试验研究 64 1 A相高压线圈引线处 尖刺放电 放电模型设置 放电UHF信号 65 2 B相高压线圈外 气泡放电 放电模型设置 放电UHF信号 66 3 C相高压线圈出线端 尖刺放电 放电模型设置 放电UHF信号 67 1 高压绕组与外壳之间的局部放电 定位效果 定位灵敏度 不大于50pC 定位准确度 不大于30cm 68 2 高低压绕组之间的局部放电 1 A相高低压绕组之间 沿面放电 2 A相端圈 沿面放电 3 B相高低压绕组之间 悬浮放电 69 1 A相高低压绕组之间 沿面放电 放电模型设置 放电UHF信号 70 放电模型设置 放电UHF信号 2 A相高低压绕组之间 沿面放电 71 3 B相高低压绕组之间 悬浮放电 放电模型设置 放电UHF信号 72 2 高低压绕组之间的局部放电 定位效果 定位灵敏度 不大于2000pC 定位准确度 不大于15cm 73 3 低压绕组与铁心之间的局部放电 C相低压绕组与铁心之间 悬浮放电模型 放电UHF信号 74 3 低压绕组与铁心之间的局部放电 定位效果 定位灵敏度 不大于