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1、故障情况及检测新技术探讨,大型电力变压器,主要内容,一、国家电网公司变压器在运及运行情况,变压器在运情况统计表,2004年2008年在运变压器容量增长率分布图,2008年变压器非停按技术原因统计,2008年本体非停原因分布,2007变压器非停按技术原因统计,2007年本体非停原因分布,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,二、国家电网公司变压器事故/障碍情况统计及分析,变压器事故情况统计及分析,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,近6年各电压等级变压器年事故分布图,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,华北姜
2、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,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。,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,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。,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%。 3
3、30kV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,三、大型电力变压器缺陷诊断新技术探讨,大型电力变压器缺陷诊断技术探讨,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
4、，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,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。,绝缘内的电场分布,开始外加电压时空穴内没有初始电荷,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,绝缘缺陷的电气模型,经典三电容模型,空穴放电, 空穴上的电压 Vc降到0
5、 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,视在放电量估计,视在放电量估计,局部放电的检测方法,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),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
6、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。,脉冲电流法,宽带的检测频带变化较大，一般在200400kHz ,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
7、电实验研究,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,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,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
8、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,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。,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
9、、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,脉冲电流法测量局部放电的判别,电晕放电,发生部位: 高压导体尖端、毛刺 地电极尖端等、毛刺,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,电晕放电的谱图 (高压端为针电极),电晕放电的谱图 (地电极为针电极),沿面放
10、电,发生位置: 套管 电缆终端、接头 发电机线圈,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,沿面放电谱图,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,内部放电,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,内部放电谱图,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,特点 加压到一定程度，放电突然出现，放电幅值、间隔大
11、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,局部放电的UHF检测,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（Ultra High Frequency，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（300M1500MHz），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，
12、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。,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。,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。,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,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。
13、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,特高频检测局部放电定位系统组成,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 tit1 ( 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,特高频检测局部放电定位原理,特高频检测局部放电定位技术
14、,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。,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；：LeCroy 8620A型数字示波器；：JF-2002型局放仪,实际检测系统简介,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,（1）
15、A相高压线圈引线处， 尖刺放电,放电模型设置,放电UHF信号,（2）B相高压线圈外，气泡放电,放电模型设置,放电UHF信号,（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,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。,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,（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,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,（3）B相高低压绕组之间，悬浮放电,
16、放电模型设置,放电UHF信号,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。,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,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4000pC。 定位准确度：不大于15cm。,4. 多点同时放电,（1）B相高低压绕组之间，悬浮放电,（2）C相低压绕组与铁心之间，悬浮放电,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,变压器局部放电测试可以很好的反应本体缺陷 局部放电测试有很多种方法 特高频检测变压器本体局部放电有很多优点，是一种新的检测方法,变压器局部放电测试技术总结,谢谢 Thanks,