為了使設備的外形尺寸保持在可以接受的水平,現代變壓器的設計采用了更為緊湊的絕緣方式,在運行中其內部各組件間的絕緣所需承受的熱和電應力水平顯著升高。110kV及以上等級的大型電力變壓器主要采用油紙絕緣結構,主要的絕緣材料是絕緣油和絕緣紙、紙板。
當變壓器內部故障涉及固體絕緣時,無論故障的性質如何,通常認為是相當嚴重的。因為一旦固體材料的絕緣性能受到破壞,很可能進一步發展成主絕緣或縱絕緣的擊穿事故。所以纖維材料劣化引起的影響在故障診斷中格外受到重視。而且,如能確定變壓器發生異常或故障時是否涉及固體絕緣,也就初步確定了故障的部位,對設備檢修工作很有幫助。
本文通過研究在故障涉及固體絕緣時,其它特征氣體組分與CO、CO2間的伴生增長情況,提出了一種報考分析變壓器絕緣故障的方法。并著手建立故障氣體的增長模式,為預測故障的發展提供了新的判據。
1、判斷固體絕緣故障的常規方法
CO、CO2是纖維材料的老化產物,一般在非故障情況下也有大量積累,往往很難判斷經分析所得的CO、CO2含量是因纖維材料正常老化產生的,還是故障的分解產物,研究發現使用變壓器單位紙重分解并溶于油中的碳的氧化物總量,即(CO+CO2)mL/g(紙)來診斷固體絕緣故障。但是,已投運的變壓器的絕緣結構、選用材料和油紙比例隨電壓等級、容量、型號及生產工藝的不同而差別很大,不可能逐一計算每臺變壓器中絕緣紙的合計質量,該方法因實際操作困難,難以應用;并且,考慮全部紙重在分析整體老化時是比較合理的,如故障點僅涉及固體絕緣很小的一部分時,使用這種方法也很難比單獨考慮CO、CO2含量更有效。以CO/CO2的比值作為判據,來確定故障與固體絕緣間的關系。認為CO/CO2>0.33或<0.09時表示可能有纖維絕緣分解故障,在實踐中這種方法也有相當大的局限性。本文對59例過熱性故障和69例放電性故障進行了統計。結果表明,應用CO/CO2比例的方法正判率僅為49.2%,這種方法對懸浮放電故障的識別正確率較高,可達74.5%;但對圍屏放電的正判率僅為23.1%.
2、固體絕緣故障的報考分析方法
新的預防性試驗規程規定,運行中330kV及以上等級變壓器每隔3個月進行一次油中溶解氣體分析,但目前很多電業局為保證這些重要設備的安全,有的已將該時間間隔縮短為1個月。也有部分電業局已開展了油色譜在線監測的嘗試,這為實現故障的連續追蹤,提供了良好的技術基礎。
電力變壓器內部涉及固體絕緣的故障包括:圍屏放電、匝間短路、過負荷或冷卻不良引起的繞組過熱、絕緣浸漬不良等引起的局部放電等。無論是電性故障或過熱故障,當故障點涉及固體絕緣時,在故障點釋放能量的作用下,油紙絕緣將發生裂解,釋放出CO和CO2.但它們的產生不是孤立的,必然因絕緣油的分解產生各種低分子烴和氫氣,并能通過分析各特征氣體與CO和CO2間的伴生增長情況,來判斷故障原因。
判斷故障的各特征氣體與CO和CO2含量間是否是伴隨增長的,需要一個定量的標準。本文通過對變壓器連續色譜監測的結果進行相關性分析,來獲得對這一標準的統計性描述。這樣可以克服溶解氣體累積效應的影響,消除測量的隨機誤差干擾。