電力油浸干式變壓器絕緣故障分析

魏張強(qiáng)陜西華錦界能源有限責(zé)任公司

摘 要：供電技術(shù)的發(fā)展也對(duì)電力干式變壓器的可靠性提出了更高的要求。由于干式變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出故障，需要一種故障預(yù)測(cè)方法來保證其可靠運(yùn)行。本文對(duì)干式變壓器的絕緣故障進(jìn)行了分析，并根據(jù)“三比值法”進(jìn)行了計(jì)算，從而判斷干式變壓器的絕緣故障并進(jìn)行預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：油浸干式變壓器；絕緣；影響因素

干式變壓器是供電系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，是電壓轉(zhuǎn)變的樞紐，其運(yùn)行狀態(tài)是否正常會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生直接的影響。由于干式變壓器有很多的保護(hù)裝置，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)故障。根據(jù)干式變壓器油中溶解的氣體濃度變化情況來分析故障是一種常用的判斷方法，結(jié)合灰色系統(tǒng)，可以提前對(duì)干式變壓器進(jìn)行檢修等工作，減少事故發(fā)生的概率，從而確保電力系統(tǒng)的安全可靠[1。

1、干式變壓器絕緣設(shè)計(jì)研究思路

建立一個(gè)計(jì)算模型，用于準(zhǔn)確計(jì)算干式變壓器鐵芯損耗，分析不同材質(zhì)鐵芯的磁通密度和頻率變化；建立三維損耗模型，計(jì)算出繞組損耗，研究繞組損耗的影響因素；根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)對(duì)絕緣性能的影響，以及干式變壓器的絕緣電場(chǎng)特征，較后開發(fā)出適用于高電壓大容量干式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)。

2、干式變壓器絕緣技術(shù)的應(yīng)用

環(huán)氧VPI 技術(shù)

環(huán)氧VPl技術(shù)是干式變壓器絕緣技術(shù)中相對(duì)復(fù)雜的一類，不僅要考慮絕緣材料的結(jié)構(gòu)性能和特點(diǎn)，還需要綜合實(shí)際需求選擇稀釋比例，以實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的絕緣效果。一般來說，這項(xiàng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是VB2645 樹脂，通過對(duì)樹脂進(jìn)行技術(shù)改造，從而充分發(fā)揮出樹脂的性能。當(dāng)然，為滿足實(shí)際需要，還應(yīng)該運(yùn)用VPl 技術(shù)對(duì)樹脂進(jìn)行稀釋，稀釋完成后繼續(xù)進(jìn)行合成，合成的過程中，為使樹脂成型，還需要添加固化劑。在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注的是樹脂的稀釋參數(shù)，因?yàn)樗苯佑绊懥私^緣系數(shù)，而絕緣系數(shù)又影響了絕緣效果，一旦選擇不當(dāng)，甚至可能損壞干式變壓器，給電力企業(yè)造成損失。

多膠膜壓技術(shù)

多膠膜壓技術(shù)以多膠粉云母為原料，進(jìn)行燒包和模壓成型，它的技術(shù)原理與環(huán)氧VPl 技術(shù)使用少膠粉云母類似，成型質(zhì)量比較高，能達(dá)到絕緣效果。多膠模壓技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)發(fā)展的比較完善，在各個(gè)電力系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用，能夠較好的保護(hù)設(shè)備。而在高電壓大容量干式變壓器中，它的應(yīng)用能提供給干式變壓器高質(zhì)量的保護(hù)，以保障干式變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

LD.F 絕緣技術(shù)

LD.F 絕緣技術(shù)在經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間的發(fā)展之后，目前已經(jīng)形成了較為完善的絕緣體系，而且類型繁多。其中比較常用的技術(shù)是低電壓機(jī)電絕緣技術(shù)，而同步電動(dòng)機(jī)和變頻電機(jī)又是其中具有代表性的低壓機(jī)電絕緣技術(shù)。對(duì)于高電壓大容量干式變壓器而言，LD.F 絕緣技術(shù)具有非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在電器性能優(yōu)良，同時(shí)具有非常好的穩(wěn)定性和優(yōu)良的耐熱性能，而且絕緣厚度相對(duì)較小。在實(shí)際應(yīng)用中，LD.F 絕緣技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更為顯著，性能可靠、綠色節(jié)能而且工藝簡(jiǎn)單。另一方面，LD.F 絕緣技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，也在逐漸改進(jìn)、發(fā)展，其發(fā)展的方向，一個(gè)向耐更高電壓發(fā)展，另一個(gè)就是向更薄的厚度發(fā)展。隨著干式變壓器的發(fā)展，LD.F 絕緣技術(shù)也在持續(xù)完善中，以適應(yīng)更高的絕緣要求。

3、絕緣故障分析

熱性故障

所謂熱性故障，是指在有效熱應(yīng)力的作用下，干式變壓器內(nèi)部絕緣加速劣化，較終導(dǎo)致發(fā)生絕緣故障。造成熱性故障的原因主要有以下幾種：導(dǎo)線過電流；接線焊接不良；油道堵塞，散熱不良；鐵芯局部發(fā)生短路故障等。當(dāng)干式變壓器內(nèi)部發(fā)生熱性故障時(shí)，如果是固體材料過熱，會(huì)有大量一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）生成，而且比值大于10；如果是油液局部過熱，會(huì)有大量乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）生成；如果油液局部嚴(yán)重過熱，會(huì)有大量乙炔（C2H2）生成。

電性故障

所謂電性故障是指在電應(yīng)力的作用下，干式變壓器內(nèi)部絕緣加速劣化，由于能量密度差異導(dǎo)致高能放電、電火花放電或者局部放電等故障的發(fā)生。當(dāng)干式變壓器內(nèi)部發(fā)生電性故障時(shí)，會(huì)有大量氫氣（H2）和乙炔（C2H2）生成，還會(huì)產(chǎn)生少量乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）。如果是高能量放電造成絕緣被電弧擊穿而發(fā)生故障，那么會(huì)急劇產(chǎn)生大量氣體，特別是匝間、層間絕緣故障。故障產(chǎn)生的大量氣體主要是氫氣（H2）和乙炔（C2H2），還會(huì)產(chǎn)生少量乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）。這類故障一般很難預(yù)測(cè)，發(fā)生時(shí)會(huì)比較突然。導(dǎo)致火花放電故障的因素主要有三種。一是引線或者套管儲(chǔ)油柜電位未固定的套管導(dǎo)電管放電；二是引線局部接觸不良導(dǎo)致放電現(xiàn)象；三是分接開關(guān)撥叉電位懸浮而引起的放電等。這類故障的主要特征氣體是氫氣（H2）和乙炔（C2H2）。

局部放電故障通常發(fā)生在氣隙和懸浮帶電體的空間內(nèi)。一般來講，總烴含量比較小，產(chǎn)生的特征氣體以氫氣（H2）為主。如果干式變壓器內(nèi)部進(jìn)水而受潮，這時(shí)候也可能導(dǎo)致局部放電，而且水分會(huì)發(fā)生電解反應(yīng)，這都會(huì)導(dǎo)致氫氣（H2）的產(chǎn)生。

“三比值法”進(jìn)行故障判斷

由上所述可以看出，干式變壓器的主要故障類型中，干式變壓器油中所含溶解氣體的組成和數(shù)量有著很大的差別。因此，可以用不同氣體的比值進(jìn)行故障類型的判斷。際電工委員會(huì)（lEC）和我標(biāo)推薦分析干式變壓器故障類型采用“三比值法”進(jìn)行，即使用a=C2H2/C2H4、b=CH4/H2、c=C2H2/C2H6 來進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)，規(guī)定了編碼規(guī)則。根據(jù)這個(gè)編碼的不同組合，查詢手冊(cè)，就可以進(jìn)行干式變壓器常見故障的判斷。

灰色理論預(yù)測(cè)模型分析方法研究

灰色系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是通過灰色理論的思想，把抽象的因素賦予定量的意義，通過數(shù)據(jù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。內(nèi)較著名的灰色系統(tǒng)理論學(xué)家鄧聚龍教授說過，灰色系統(tǒng)就是從變化規(guī)律不明顯的數(shù)據(jù)中找出規(guī)律，并進(jìn)行發(fā)展變化的預(yù)測(cè)。

4、結(jié)束語

綜上所述，絕緣技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是保障高電壓大容量干式變壓器正常運(yùn)行，從而保障電力系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，是關(guān)系人民能否正常生產(chǎn)、生活的關(guān)鍵[2。所以，作為相關(guān)研究人員，應(yīng)該不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)更多的絕緣材料和應(yīng)用技術(shù)，不斷提高高電壓電容量干式變壓器的安全性能和穩(wěn)定性，從而推進(jìn)我的電力企業(yè)不斷向前發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1 馬奔, 趙晨如. 關(guān)于高電壓大容量干式變壓器絕緣技術(shù)的應(yīng)用探討[J. 電子世界,2017(10):88.

[2 戴永帥, 崔查秀. 高電壓大容量干式變壓器絕緣技術(shù)分析[J. 山東工業(yè)技術(shù),2016(03):212.

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