一種輸電變壓器電性故障檢測方法
【專利摘要】本發明提出一種輸電變壓器電性故障檢測方法，其重點對電性故障進行監測，該輸電變壓器電性故障檢測方法能夠在進行三比值法檢測之前預先進行電性故障的判斷，假如判斷為電性故障預先進行氣體組分的檢測，如果未涉及到固體絕緣材料分解，選擇繼續使用三比值法檢測，假如監測涉及到固體絕緣材料分解則選擇本申請的二次檢測判斷法進行檢測。這樣可以最大程度上避免因多重因素影響而產生的測量不精確或不穩定，使得三比值法檢測效果更優，避免了由于固體絕緣類故障所產生的二氧化碳(CO2)以及一氧化碳(CO)對診斷造成的影響。
【專利說明】一種輸電變壓器電性故障檢測方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種輸電變壓器電性故障檢測方法，屬于輸電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]由于變壓器油具有優良的散熱和絕緣性能，因此油浸式電力變壓器在電力系統中得到廣泛的引用。在正常的運行過程中，變壓器會在機械應力以及熱、電等各種因素的影響下慢慢老化，并生成一些可燃性氣體。如果變壓器存在內部潛伏性故障，故障部位釋放出的能量會加速絕緣材料的裂解，促使油中溶解氣體的含量以及產氣速率大大提高。通過獲取變壓器油樣本，采用氣相色譜的方法就可以獲取油中溶解氣體各組分的含量，從而對變壓器的健康狀況做出評估或者對存在異常的變壓器進行故障情況的分析。因此，變壓器油中溶解氣體分析對油浸式變壓器故障診斷有著重要的意義。經過總結分析發現變壓器油中溶解氣體的來源主要包括以下三個方面:絕緣油的分解產氣；固體絕緣材料的分解產氣；其他方面的來源。變壓器油是在天然石油的基礎上通過某些化學工藝精煉提取得到的。它是一種混合物，其中包含了各種的碳氫化合物，主要有烷烴、烯烴、環烷烴以及芳香烴等等。碳氫兩種元素作為絕緣油的主要元素，占到全部重量的95% -99%，其它是一些氧、氮、硫及一些微量兀素。
[0003]絕緣油包含很多種類的碳氫化合物，這些化合物分子含有CH，CH2，CH3等官能團，通過碳氫鍵和碳碳鍵連接起來。一些碳氫鍵和碳碳鍵會在電、熱等因素作用下斷裂，形成碳氫自由基和不穩定的氫原子。這些自由基和氫原子又會迅速參與到一系列復雜的化學反應中從而形成新的化合物，主要有氫氣以及一些低分子烴類氣體，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等等。
[0004]固體絕緣材料主要有絕緣紙板、絕緣紙，它們都是以木漿作為主要原料，從化學成分上來說，主要由纖維素、半纖素以及木質素等成分組成。其中纖維素是主要成分，包含碳氧鍵、葡萄糖普鍵以及無水右旋糖環。通過深入了解這些化學鍵的性質，可以發現這些化學鍵比碳氫鍵更脆弱。因此，當變壓器發生一些熱性故障以及放電故障的時候，這些化學鍵很容易發生裂解，進而通過一系列復雜的化學反應而形成新的物質。
[0005]除此之外，人為的一些操作也可能導致這些氣體的產生。比如:對發生故障的設備進行維修之后沒能對絕緣油進行徹底的脫氣處理，這樣就會導致絕緣油中還存在一些剩余故障氣體；在油箱中還有絕緣油的情況下對變壓器進行焊接操作可能也會導致絕緣油的分解產氣；在切換有載分接開關的時候可能會因為電位的不固定而造成放電，導致開關室絕緣油的分解形成某些故障氣體，并且這些氣體隨著開關室的絕緣油滲入變壓器主油箱中。
[0006]變壓器故障類型可以分為很多種，不同的分類方式可以獲得不同結果。若根據故障回路的不同可以分為電路、磁路以及油路三種類型；按照故障的發展速度可以分為潛伏性和突發性兩大類；如果按照故障性質來劃分，則可以分為熱性故障、電性故障和機械故障，但是機械故障通常以熱性故障或者電性故障的形式展現出來。固體絕緣纖維和礦物絕緣油是目前變壓器采用的主要絕緣材料。當變壓器發生內部潛伏性故障時，絕緣材料就會在熱、電等作用下產生一些可燃性氣體。在故障發展的初級階段，生成的氣體會溶解于變壓器油中，因此變壓器油中溶解氣體分析對內部潛伏性故障及其發展程度判斷極其有效。在基于油中溶解氣體數據的變壓器故障診斷中，變壓器故障類型被劃分為熱性故障以及電性故障。
[0007]其中，電性故障通常是變壓器內部在高電應力作用下造成的絕緣性能劣化，按照能量密度的不同，電性故障可以分為高能放電(即電弧放電)、低能放電(即火花放電)和局部放電三種不同的故障類型。按照故障分析原因來看，局部放電主要原因:在內部高電壓的作用下，固體絕緣結構中出現空腔，或者表面出現毛刺、尖角等不光滑部位，導體邊緣因為絕緣性能薄弱以及電場集中，從而造成局部放電，并導致X蠟的形成。低能放電:由于有不良連接現象，導致電位不固定，進而發生火花放電或者電弧，可能發生在屏蔽環中、導體之間或者繞組的線圈之間，這是一種間歇性放電，它的放電能量密度比較大。高能放電:局部高電場或者由于短路形成閃絡或電弧，沿著平面放電；繞組匝間或者層間的絕緣被擊穿；各種原因造成的變壓器內部短路，包括低壓對地、接頭之間、繞組線圈之間等等；引線存在斷裂或者有對地閃絡現象以及分接開關的飛弧。由于放電的能量密度很大，可能使絕緣材料性能迅速劣化，對變壓器造成嚴重損傷。
[0008]而三比值法是一種根據氣體濃度的相對比值來進行變壓器故障診斷的方法。它依據變壓器絕緣材料在故障能量的作用下生成的氣體成分含量的相對比值與故障點溫度存在的密切關系，從五種特征氣體組分中選取氣體擴散系數以及在絕緣油中溶解度相似的兩種氣體做比值。當獲得三種比值的編碼之后，按照導則所規定表所列出的故障類型判斷方法就可以很容易的對故障類型以及可能的故障原因做出判斷。
[0009]當然，三比值法在進行變壓器故障判斷時也存在比較明顯的不足之處，例如由產氣機理的分析可以發現，當氣體各組分含量以及產氣速率都沒有超標，變壓器運行狀態正常，三比值法診斷是無效的，只有當氣體含量超標或者產氣速率超標或者有足夠的依據判定變壓器存在故障的時候，三比值法診斷才會有意義。
[0010]還有當變壓器故障涉及到固體絕緣材料分解的時候，會生成大量的二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)，但是導則所推薦的三比值法并沒有參考二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)的信息，因此這對于固體絕緣類電性故障的診斷造成很大的影響。
[0011]因此為克服上述缺陷，有必要對目前采用的三比值法進行改進以提高診斷電力變壓器電性故障的精度和穩定性，同時避免發生誤判操作或其他因素產生不良影響。
【發明內容】
[0012]為了解決上述技術問題，本發明提出一種輸電變壓器電性故障檢測系統，其重點對電性故障進行監測，該輸電變壓器電性故障檢測系統能夠在進行三比值法檢測之前預先進行電性故障的判斷，假如判斷為電性故障則預先進行氣體組分的檢測判斷，如果未涉及到固體絕緣材料分解，選擇繼續使用三比值法檢測，假如監測涉及到固體絕緣材料分解則選擇本申請的二次檢測判斷法進行檢測。這樣可以最大程度上避免因多重因素影響而產生的測量不精確或不穩定，使得三比值法檢測效果更優，避免了由于固體絕緣類故障所產生的二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)對診斷造成的影響。
[0013]為實現上述目的，本發明適應不同的故障類型以及故障來源的影響，電性故障檢測系統采取了二次檢測判斷法和三比值法兩種檢測方法，采用的技術手段為:
[0014]方案1、一種輸電變壓器電性故障檢測系統，包括以下步驟:
[0015]步驟1:首先啟動預警操作步驟，設置i值、K值以及計數器N清零，其中i = 1，為整數，K ( 6，優選為3，在組分濃度檢測模塊中檢測每個氣體組分的濃度得到各個濃度值Di，依次判斷各個氣體組分的濃度值是否超出了各自的極限值D1，一旦對應的氣體組分超出極限值，則進行計數器N的加I操作，當計數器N大于等于K時，即超出極限值的氣體組分數量超過K時,則啟動進入檢測工作；
[0016]步驟2:進入檢測工作之后，檢測得出特征氣體的組分量，當各組分量滿足(C2H2+H2) /CnHn≥A的條件時，則表明存在電性故障可能性，假如不滿足(C2H2+H2) /CnHn ^ A的條件時，有可能存在熱性故障可能性，則啟動熱性故障判斷及檢測過程；滿足上述條件會啟動電性故障的報警，提示進行電性故障診斷；
[0017]步驟3:基于是否滿足條件(C0+C02)/CnHn≥B來判斷是否進入二次檢測判斷法還是進入三比值法來進行故障檢測，當滿足條件(C0+C02)/CnHn ^ B時，表明此時有過量的固體絕緣類故障所產生的二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)，此時需要選擇使用二次檢測判斷法，假如不滿足(C0+C02)/CnHn≥B，則表明并未發生過量的固體絕緣類故障，則可以繼續使用三比值法。
[0018]步驟4:上述二次檢測判斷法的具體判斷過程如下:
[0019]I).當滿足(C2H2+H2)/(H2+CnHn) > Vl且H2/CnHn > V2時，表示變壓器可能存在高能電弧放電故障，此時需要進行二次檢測上述組分含量進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假如仍然滿足(C2H2+H2) / (H2+CnHn) > Vl且H2/CnHn > V2，此時表明存在高能電弧放電故障；
[0020]2).當滿足CnHn/(H2+CnHn) <V3且H2/CnHn>V4時，表示變壓器可能存在火花放電故障，此時需要進行二次檢測上述組分含量進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假如仍然滿足CnHn/(H2+CnHn) < V3且H2/CnHn > V4，此時表明存在火花放電故障；
[0021]3).當滿足CH4/CnHn>V5且H2+C2H2/CnHn>V6時，表示變壓器可能存在局部放電故障，此時需要進行二次檢測上述組分含量進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假如仍然滿足CH4/CnHn > V5且H2+C2H2/CnHn > V6，此時表明存在局部放電故障；
[0022]上式中，H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2來分別表示各個組分量，而總烴含量用CnHn表示，A代表用來判斷是否存在熱性故障的第一閾值，B代表用來判斷是否存在固體絕緣類故障的第二閾值，VI，V2，V3，V4，V5，V6分別代表相關經驗值或設置閾值。
[0023]方案2、根據方案I的輸電變壓器電性故障檢測系統,其特征在于,每個氣體組分包括 H2，CH4, C2H4, C2H6, C2H2,總烴。
[0024]方案3、根據方案I的輸電變壓器電性故障檢測系統，其特征在于，通常情況下，K可設置為K≤6，優選為3。
[0025]方案4、根據方案I的輸電變壓器電性故障檢測方法，其特征在于，A = 70-85%,B=15-30%, Vl = 55-85%, V2 = 42-74%, V3 = 35-55%, V4 = 35-90%, V5 = 72-90%,V6 = 80-90%。
[0026]經研究發明，采用了上述技術手段，改變了現有輸電變壓器控制系統的單層次判斷模式，提高利用三比值法判斷變壓器故障類型的準確性；優化了變壓器控制系統的預警故障工作模式，減少了由于各種原因導致的誤判誤操作的幾率，保證了輸出預警狀態的準確性，同時也通過二次檢測判斷的方法實現了對各級故障預警的進一步驗證檢測，增強了預警系統的應用性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的輸電變壓器結構示意圖；
[0028]圖2為本發明輸電變壓器電性故障檢測系統簡圖；
[0029]圖3為本發明輸電變壓器電性故障檢測方法的流程簡圖。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明公開了一種油浸式輸電變壓器，該油浸式輸電變壓器結構示意圖如圖1所示，該變壓器包括覆蓋整個變壓器的變壓器殼體1，連接到變壓器殼體I上的絕緣油箱2，變壓器襯墊3，以及輸電變壓器的主要功能件繞組線圈4和鐵芯5，檢測裝置6和測溫計7位于變壓器殼體I上方邊緣處，用于進行相關控制數據的檢測，位于絕緣油箱2內的絕緣油10以及空氣層11。
[0031]如圖2所示，本發明的輸電變壓器電性故障檢測系統包括輸電變壓器ECU單元，儲存器單元，組分濃度檢測模塊，電性故障檢測模塊，熱性故障檢測模塊，三比值法編碼判斷模塊以及電性故障報警單元。其中組分濃度檢測模塊，電性故障檢測模塊，熱性故障檢測模塊，三比值法編碼判斷模塊與ECU單元連接，接受ECU單元的控制指令以及向ECU單元反饋各種信號，儲存器單元分別與ECU單元和三比值法編碼判斷模塊連接，電性故障報警單元負責將ECU單元輸出的電性故障預警信號進行外部顯示處理。
[0032]變壓器在運行過程中會受到機械應力、溫度、強電場以及水分、氧氣等各種因素的影響，絕緣油會在這些因素的作用下發生碳化、裂解以及氧化等各種化學反應，生成氫氣、低分子烴類化合物、油泥、某些氧化物以及碳氫聚合物(X蠟)，這就是變壓器絕緣油劣化與老化現象。在正常情況下，絕緣油只生成很少量的一些氣體，這些氣體的含量也通常會保持在國標規定值以內。當變壓器發生內部潛伏性故障時，故障點釋放的能量會加速絕緣材料的分解產氣，可能導致氣體濃度超過極限值，因此可以通過氣體的濃度來大致判斷變壓器狀態是否正常。規定變壓器油中溶解氣體濃度極限值如表所示。
[0033]表變壓器油中氣體組分濃度極限值(uL/L)
[0034]
【權利要求】
1.一種輸電變壓器電性故障檢測系統，包括以下步驟: 步驟1:首先啟動預警操作步驟，設置i值、K值以及計數器N清零，其中i = 1，為整數，K < 6，優選為3，在組分濃度檢測模塊中檢測每個氣體組分的濃度得到各個濃度值Di，依次判斷各個氣體組分的濃度值是否超出了各自的極限值D1，一旦對應的氣體組分超出極限值，則進行計數器N的加I操作，當計數器N大于等于K時，即超出極限值的氣體組分數量超過K時，則啟動進入檢測工作； 步驟2:進入檢測工作之后，檢測得出特征氣體的組分量，當各組分量滿足(C2H2+H2)/CnHn ^ A的條件時，則表明存在電性故障可能性，假如不滿足(C2H2+H2)/CnHn ^ A的條件時，有可能存在熱性故障可能性，則啟動熱性故障判斷及檢測過程；滿足上述條件會啟動電性故障的報警，提示進行電性故障診斷； 步驟3:基于是否滿足條件(C0+C02)/CnHn ^ B來判斷是否進入二次檢測判斷法還是進入三比值法來進行故障檢測，當滿足條件(C0+C02)/CnHn ^ B時，表明此時有過量的固體絕緣類故障所產生的二氧化碳(C02)以及一氧化碳(CO)，此時需要選擇使用二次檢測判斷法，假如不滿足(C0+C02)/CnHn≥B，則表明并未發生過量的固體絕緣類故障，則可以繼續使用三比值法。 步驟4:上述二次檢測判斷法的具體判斷過程如下: 1).當滿足(C2H2+H2)/ (H2+CnHn) > Vl且H2/CnHn > V2時，表示變壓器可能存在高能電弧放電故障，此時需要進行二次檢測上述組分含量進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假如 仍然滿足(C2H2+H2) / (H2+CnHn) > Vl且H2/CnHn > V2，此時表明存在高能電弧放電故障； 2).當滿足CnHn/(H2+CnHn)< V3且H2/CnHn > V4時，表示變壓器可能存在火花放電故障，此時需要進行二次檢測上述組分含量進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假如仍然滿足CnHn/(H2+CnHn) < V3且H2/CnHn > V4，此時表明存在火花放電故障； 3).當滿足CH4/CnHn> V5且H2+C2H2/CnHn > V6時，表示變壓器可能存在局部放電故障，此時需要進行二次檢測上述組分含量進行進一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假如仍然滿足CH4/CnHn > V5且H2+C2H2/CnHn > V6，此時表明存在局部放電故障； 上式中，H2，CH4，C2H4，C2H6，C2H2，CO, C02來分別表示各個組分量，總烴含量用CnHn表示，A代表用來判斷是否存在熱性故障的第一閾值，B代表用來判斷是否存在固體絕緣類故障的第二閾值，VI，V2，V3，V4，V5，V6分別代表相關經驗值或設置閾值。
2.根據權利要求1的輸電變壓器電性故障檢測系統，其特征在于，每個氣體組分包括H2, CH4, C2H4, C2H6, C2H2,總烴。
3.根據權利要求1的輸電變壓器電性故障檢測系統，其特征在于，通常情況下，K可設置為K≤6，優選為3。
4.根據權利要求1的輸電變壓器電性故障檢測方法，其特征在于，A= 70-85%, B =15-30%, Vl = 55-85%, V2 = 42-74%, V3 = 35-55%, V4 = 35-90%, V5 = 72-90%, V6=80-90%。
【文檔編號】G01R31/00GK104076231SQ201410341278
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】胡小青 申請人:胡小青