[发明专利]一种输电变压器电性故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种输电变压器电性故障检测方法，属于输电技术领域。

背景技术

由于变压器油具有优良的散热和绝缘性能，因此油浸式电力变压器在电力系统中得到广泛的引用。在正常的运行过程中，变压器会在机械应力以及热、电等各种因素的影响下慢慢老化，并生成一些可燃性气体。如果变压器存在内部潜伏性故障，故障部位释放出的能量会加速绝缘材料的裂解，促使油中溶解气体的含量以及产气速率大大提高。通过获取变压器油样本，采用气相色谱的方法就可以获取油中溶解气体各组分的含量，从而对变压器的健康状况做出评估或者对存在异常的变压器进行故障情况的分析。因此，变压器油中溶解气体分析对油浸式变压器故障诊断有着重要的意义。经过总结分析发现变压器油中溶解气体的来源主要包括以下三个方面：绝缘油的分解产气；固体绝缘材料的分解产气；其他方面的来源。变压器油是在天然石油的基础上通过某些化学工艺精炼提取得到的。它是一种混合物，其中包含了各种的碳氢化合物，主要有烷烃、烯烃、环烷烃以及芳香烃等等。碳氢两种元素作为绝缘油的主要元素，占到全部重量的95％-99％，其它是一些氧、氮、硫及一些微量元素。

绝缘油包含很多种类的碳氢化合物，这些化合物分子含有CH，CH2，CH3等官能团，通过碳氢键和碳碳键连接起来。一些碳氢键和碳碳键会在电、热等因素作用下断裂，形成碳氢自由基和不稳定的氢原子。这些自由基和氢原子又会迅速参与到一系列复杂的化学反应中从而形成新的化合物，主要有氢气以及一些低分子烃类气体，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等等。

固体绝缘材料主要有绝缘纸板、绝缘纸，它们都是以木浆作为主要原料，从化学成分上来说，主要由纤维素、半纤素以及木质素等成分组成。其中纤维素是主要成分，包含碳氧键、葡萄糖普键以及无水右旋糖环。通过深入了解这些化学键的性质，可以发现这些化学键比碳氢键更脆弱。因此，当变压器发生一些热性故障以及放电故障的时候，这些化学键很容易发生裂解，进而通过一系列复杂的化学反应而形成新的物质。

除此之外，人为的一些操作也可能导致这些气体的产生。比如：对发生故障的设备进行维修之后没能对绝缘油进行彻底的脱气处理，这样就会导致绝缘油中还存在一些剩余故障气体；在油箱中还有绝缘油的情况下对变压器进行焊接操作可能也会导致绝缘油的分解产气；在切换有载分接开关的时候可能会因为电位的不固定而造成放电，导致开关室绝缘油的分解形成某些故障气体，并且这些气体随着开关室的绝缘油渗入变压器主油箱中。

变压器故障类型可以分为很多种，不同的分类方式可以获得不同结果。若根据故障回路的不同可以分为电路、磁路以及油路三种类型；按照故障的发展速度可以分为潜伏性和突发性两大类；如果按照故障性质来划分，则可以分为热性故障、电性故障和机械故障，但是机械故障通常以热性故障或者电性故障的形式展现出来。固体绝缘纤维和矿物绝缘油是目前变压器采用的主要绝缘材料。当变压器发生内部潜伏性故障时，绝缘材料就会在热、电等作用下产生一些可燃性气体。在故障发展的初级阶段，生成的气体会溶解于变压器油中，因此变压器油中溶解气体分析对内部潜伏性故障及其发展程度判断极其有效。在基于油中溶解气体数据的变压器故障诊断中，变压器故障类型被划分为热性故障以及电性故障。

其中，电性故障通常是变压器内部在高电应力作用下造成的绝缘性能劣化，按照能量密度的不同，电性故障可以分为高能放电(即电弧放电)、低能放电(即火花放电)和局部放电三种不同的故障类型。按照故障分析原因来看，局部放电主要原因：在内部高电压的作用下，固体绝缘结构中出现空腔，或者表面出现毛刺、尖角等不光滑部位，导体边缘因为绝缘性能薄弱以及电场集中，从而造成局部放电，并导致X蜡的形成。低能放电：由于有不良连接现象，导致电位不固定，进而发生火花放电或者电弧，可能发生在屏蔽环中、导体之间或者绕组的线圈之间，这是一种间歇性放电，它的放电能量密度比较大。高能放电：局部高电场或者由于短路形成闪络或电弧，沿着平面放电；绕组匝间或者层间的绝缘被击穿；各种原因造成的变压器内部短路，包括低压对地、接头之间、绕组线圈之间等等；引线存在断裂或者有对地闪络现象以及分接开关的飞弧。由于放电的能量密度很大，可能使绝缘材料性能迅速劣化，对变压器造成严重损伤。