在線監(jiān)測(cè)及紅外診斷在變壓器故障分析中的應(yīng)用

摘要
隨著電力建設(shè)的大力發(fā)展，電網(wǎng)容量和電壓等級(jí)也隨之增長(zhǎng)，而作為電網(wǎng)中輸變電的重要設(shè)備變壓器，從設(shè)計(jì)到制作都發(fā)生了較大的變化。本文對(duì)目前大型變壓器的制作和發(fā)展進(jìn)行了介紹，以及運(yùn)行中變壓器出現(xiàn)故障的分析，同時(shí)結(jié)合相關(guān)的知識(shí)，提出了大型變壓器在運(yùn)行中利用油色譜在線監(jiān)測(cè)以及紅外成像技術(shù)進(jìn)行故障診斷的綜合措施。

1引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)的電力行業(yè)近幾年得到迅猛發(fā)展，僅廣東省的用電需求量同比2000年增加了一倍多，而目前廣東省總的裝機(jī)容量不足40000 MW，還從三峽、云貴地區(qū)輸入近8000 MW的電力容量，但仍存在近7000 MW的空缺，特別是夏季缺電高峰期拉閘限電時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人民生活的繁榮穩(wěn)定。預(yù)計(jì)到2020年，廣東省裝機(jī)容量還要凈增80000 MW，到時(shí)整個(gè)電網(wǎng)的容量和電壓等級(jí)將會(huì)大幅提升。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了以500 kV超高壓線路為主干的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，一些電力發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始采用750 kV和1000 kV以上等級(jí)的特高壓線路，作為輸變電的重要設(shè)備—變壓器的安全運(yùn)行就顯得非常的重要，它將直接影響到整個(gè)電力事業(yè)的發(fā)展方向和電力建設(shè)的前途。

2大型變壓器發(fā)展介紹
目前我國(guó)變壓器企業(yè)數(shù)量較多，而有能力生產(chǎn)500 kV及以上電壓等級(jí)的企業(yè)卻屈指可數(shù)，傳統(tǒng)國(guó)營(yíng)企業(yè)象西變、保變、新疆特變（已收購(gòu)了沈變）等，同時(shí)還有外資企業(yè)如東芝、ABB、西門子公司等，一些民營(yíng)企業(yè)得到迅猛發(fā)展也逐漸走進(jìn)這個(gè)市場(chǎng)。

2.1變壓器的容量和體積
變壓器的電壓等級(jí)往往隨著容量的增加而增加，然而一個(gè)比較嚴(yán)重的問題就是其體積和重量也隨之增加，不但在設(shè)計(jì)和制造時(shí)困難較大，最主要的是運(yùn)輸受到限制。在我國(guó)，由于內(nèi)陸較多，傳統(tǒng)運(yùn)輸主要依靠公路和鐵路，一般公路運(yùn)輸受橋梁承重和隧道高度的限制，而鐵路運(yùn)輸主要受高度限制，象秦嶺段鐵路就要求貨物限高不超過4.5 m，這剛好是360 MVA左右變壓器的極限高度，這就影響到了變壓器容量和重量的增加。此外，在高海拔、污穢以及覆冰地區(qū)由于外絕緣相對(duì)偏低，需要加強(qiáng)絕緣以提高其電壓等級(jí)，所以其電力發(fā)展也受到一定的限制。對(duì)于三相變壓器而言，由于其同比投資要低于三臺(tái)單相變壓器，在條件滿足的情況下，廠家還是主張采用三相變壓器。目前，一些工藝相對(duì)比較先進(jìn)的企業(yè)象ABB之類公司已經(jīng)能夠生產(chǎn)700 MVA/500 kV的緊湊型變壓器，并已成功運(yùn)輸和安裝到一些偏遠(yuǎn)山區(qū)。然而對(duì)于更大容量和電壓等級(jí)的變壓器目前還多采用單相變壓器為主，在一些大型工程中特別是水電行業(yè)，已經(jīng)采用了1000 MVA/1000 kV的單相自耦且中性點(diǎn)有載調(diào)壓的變壓器。

2.2變壓器的結(jié)構(gòu)與制造工藝
變壓器在設(shè)計(jì)中不光要考慮其絕緣強(qiáng)度，同時(shí)還要考慮到整個(gè)繞組的電位分布、循環(huán)油路、散熱條件、整體密封性等，所以對(duì)于大容量、超高壓、特高壓變壓器來(lái)說，其結(jié)構(gòu)要求越簡(jiǎn)單越好，不但是內(nèi)部電氣部分的布局，還應(yīng)該包括對(duì)器身、附件等設(shè)計(jì)的考慮。
以常州東芝500 kV變壓器為例，如圖1所示：

其主體仍然采用三相五柱式結(jié)構(gòu)，它的鐵芯結(jié)構(gòu)采用框架夾持，上部鐵軛是在整體成形后再疊上，夾件選材比較合理，鐵芯柱采用高強(qiáng)度的環(huán)氧樹脂綁帶加固，鐵芯上、下層各有一條油道，整個(gè)結(jié)構(gòu)非常緊湊。東芝公司在考慮到變壓器運(yùn)輸和安裝的前提下采用現(xiàn)場(chǎng)不吊芯的整體封裝結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)輸和安裝過程中少了很多程序，不但可以防潮，防止異物進(jìn)入本體，還有效的防止因箱沿處密封老化而引起的滲漏油。
廠家還會(huì)根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的設(shè)備，尤其是對(duì)于某些發(fā)達(dá)地區(qū)土地和空間資源相對(duì)匱乏，要求器身乃至附件都必須滿足緊湊型，有些地方還采用了獨(dú)特的高層立體布置的散熱裝置，極大限度的節(jié)約了變壓器安裝空間。

2.3變壓器故障分析
從國(guó)內(nèi)變壓器運(yùn)行的故障統(tǒng)計(jì)表明，主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面[1]：
⑴ 抗短路能力不足。由于器身結(jié)構(gòu)相對(duì)緊縮，變壓器的容量裕度相對(duì)較小，所以抵抗大電流的能力較弱，往往需要采用單獨(dú)的電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。特別是緊湊型變壓器其過負(fù)荷能力較低，較低的超負(fù)荷都可能導(dǎo)致變壓器過熱而引起保護(hù)動(dòng)作。
⑵ 絕緣故障。由于繞組結(jié)構(gòu)緊縮，其相間和匝間距離減少，絕緣相對(duì)減弱，局部發(fā)熱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，特別是存在局部缺陷時(shí)內(nèi)絕緣就顯得比較脆弱，其耐受陡波和過電壓沖擊的能力下降。而外絕緣主要影響因素有污穢、海拔和潮濕天氣，這是發(fā)生外絕緣閃絡(luò)的主要原因，一般干燥天氣下外絕緣強(qiáng)度是很高的。
⑶ 附件質(zhì)量（套管、分接開關(guān)、冷卻器等）。目前根據(jù)統(tǒng)計(jì)，變壓器套管出現(xiàn)問題的數(shù)量在增加，原因有：套管本身的絕緣缺陷、引線接觸不良發(fā)熱、運(yùn)輸安裝中的機(jī)械損傷等。
⑷ 非電量保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)。
⑸ 安裝、檢修、運(yùn)行維護(hù)中存在的問題，其中包括生產(chǎn)廠家產(chǎn)品嚴(yán)重質(zhì)量問題；局部過熱、振動(dòng)、噪聲較大、色譜不良、介損增大、滲漏油等。

根據(jù)變壓器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出六點(diǎn)運(yùn)行中異常的判斷方法：
⑴ 外觀異常。套管出現(xiàn)閃絡(luò)放電、器身表面出現(xiàn)滲漏油、油位表和油流計(jì)指示不到等。
⑵ 顏色、氣味異