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(lái)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(lái)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(kāi)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(lái)說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是VB2645 樹(shù)脂，通過(guò)對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行技術(shù)改造，從而充分發(fā)揮出樹(shù)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(shù)脂進(jìn)行稀釋，稀釋完成后繼續(xù)進(jìn)行合成，合成的過(guò)程中，為使樹(shù)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(shù)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(lái)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(lái)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(jiàn)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(guò)灰色理論的思想，把抽象的因素賦予定量的意義，通過(guò)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(shuō)過(guò)，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(yǔ)

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(kāi)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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