引发变压器故障的类型

引发变压器故障的类型（共3篇）

引发变压器故障的类型 篇1

0 引言

电力变压器的可靠运行, 是电力系统安全与稳定的前提。事实上, 电力变压器在运行过程中会出现这样和那样的故障, 而且这些事故和故障具有模糊性, 使得准确地判断电力变压器故障及类型显得非常困难, 本文提出结合粗糙集与模糊理论进行变压器故障诊断的方法。

1 故障诊断的结构方框图

故障诊断的结构方框图如图1。

2 变压器的故障诊断过程

(1) 原始数据的预处理。在变压器故障征兆数据中, 对可能有的噪声数据、冗余数据、不完全数据清理、选择、规约和数据质量分析;

(2) 获得决策系统。对变压器的属性数据集中的具有连续属性的值进行离散, 来满足粗糙集的要求;

(3) 决策表的约简。用决策逻辑去除每个决策规则的不必要因子, 消去每条规则中冗余属性数值, 从而获得简化决策表;

(4) 获取规则的模糊化处理。利用模糊集理论进行最小属性集边界的模糊处理, 获得最后的决策规则;

(5) 诊断结果验证。上述诊断方法的准确性用测试数据来验证6 种故障 (Ⅰ低温过热、Ⅱ高能量放、Ⅲ中温过热、Ⅳ高温过热、Ⅴ局部放电电、Ⅵ低能放电) 诊断结果。

3 变压器故障类型诊断的实例分析

抽取电力变压器的内部故障特征气体具有代表性的历史比值数据确立电力变压器故障诊断的原始决策表, 实现连续属性的离散化, 然后结合粗糙集及模糊理论获得最终的变压器故障诊断规则。对获得的决策规则利用某电力公司测试样本进行测试。为了方便比较, 与此同时也用传统的三比值法来诊断, 诊断结果如表1 所示。

诊断结果证明, 结合粗糙集和模糊理论构建改进三比值法的故障判断的核值表诊断25个样本, 与经典的三比值法诊断25个样本 (见表1) 比较, 明显看出本文提出的方法诊断精度较高。

4 结语

本文所提出的电力变压器故障诊断流程, 能处理信息不全的或有错误的变压器征兆, 故障诊断的准确率较高, 约简决策表法诊断电力变压器的复合故障有效处理了三比值法在这种情况下的局限性。实例分析很好的证明了本文方法的准确性。

摘要：粗糙集理论具有对知识的约简能力, 利用粗糙集对原始数据实施条件属性的简化, 再用得到精简后的规则集测试样本数据, 结果表明结合粗糙集与模糊理论进行的变压器诊断故障算法精度高。

关键词：变压器,粗糙集,故障诊断

参考文献

[1]李常禧.电气设备诊断技术概论[M].北京:水利电力出版社, 1994.

[2]张冠军, 钱政, 严璋.变压器绝缘诊断中的模糊ISODATA法.高电压技术, 1999, 25 (01) :1-3.

[3]张炳达.智能信息处理技术基础[M].天津:天津大学出版社, 2008:73-115.

电机变压器内部故障类型分析 篇2

1 电机变压器概述

1.1 电机变压器的组成

电机变压器主要是指根据电磁感应的原理, 来改变交流电压的一种装置。电机变压器大多是由铁芯/磁芯、初级线圈、次级线圈等所组成的, 电机变压器的主要功能包括有:阻抗变换、电流变换、电压变换、安全隔离以及稳压等。变压器种类诸多, 包括电力变压器、组合式变压器、配电变压器、电炉变压器、单相变压器、油浸式变压器等等, 但从我国电力系统的应用现状来看, 其所采用的主变压器多为油浸式变压器[1]。

1.2 电机变压器的重要性

电机主要是指根据电磁原理, 来实现机械能与电能相互转换, 或是电能特性变换的一种机械装置 (其构成如图1所示) 。而在电机当中, 变压器作为重要的组成部分, 其不仅是一种能够改变交流电压的设备, 还可以用来变换阻抗、改变相位、变换交流电流等。变压器作为电力系统中的主要设备之一, 电能的升压与降压均需要由变压器来完成, 且利用变压器还可有效地提高电力系统的电压, 降低送电损失。由此可见, 电机变压器在电力系统中具有十分重要的作用。

2 电机变压器内部故障类型

电机变压器内部故障主要包括有放电故障与过热故障两大类, 变压器内部发生故障, 多是由于内部变压器油以及固体材料受到冷、热、潮湿、氧、电场等因素的作用, 导致变压器内部渐渐分解、老化, 且会不断地产生一氧化碳、二氧化碳、氢等气体并溶解于变压器油中, 当有外界诱因作用时, 则有可能引起各种类型故障的发生。

2.1 变压器内部放电故障

电机变压器内部放电故障可根据放电量的大小, 分为局部放电、火花放电以及电弧放电故障三种:

(1) 局部放电故障。电机变压器内部局部放电故障的发生, 多是指导体间绝缘体仅被局部桥接的电气放电现象, 局部放电故障可以发生于导体附近, 但也有部分不会导体附近发生。电机变压器设备的某个绝缘结构存在绝缘弱点时, 其会在一定程度的外施电压作用下发生局部放电的现象。

(2) 火花放电故障。火花放电故障属于一种间歇性的放电故障形式, 多发生于电机变压器中不同电位的导电体之间, 或是发生于不固定电位的悬浮体、相接触的绝缘体等位置间。变压器内部火花放电故障的特征为:总烃含量比较低, 且故障能量较小。

(3) 电弧放电故障。电弧放电故障可出现于电机变压器的各个位置, 出现电弧放电故障时, 变压器内部分产生大量剧烈的气体, 由于这些故障气体未能及时地溶解于油中, 导致其在不断聚集下, 上升至气体继电器中并引起动作, 从而造成变压器油液异常动作的发生[2]。

2.2 变压器内部过热故障

电机变压器内部的过热性故障也可根据故障部位的不同, 划分为引线过热、绕组过热、漏磁过热、铁芯多点接地过热以及异物引起局部过热故障等几类:

(1) 引线过热故障。引线过热故障多数发生于变压器的套管上, 包括有引线接头发热、引线分流发热、引线断股过热故障等;

(2) 绕组过热故障。变压器绕组过热故障属于变压器内部过热故障中常见的多发性故障, 故障发生后, 主要表现为绕组烫手、绕组导线变色、导线有糊味等;

(3) 漏磁过热故障。电机变压器由原边绕组励磁安匝产生的磁通大多数不会贯穿副边绕组, 而没有穿过副边绕组的部分磁通则可称之为漏磁通, 大型变压器由于漏磁通温度高, 容易产生漏磁过热故障;

(4) 铁芯多点接地过热。电机变压器内部过热故障中的铁芯多点接地过热故障的发生, 会使油纸绝缘渐渐老化, 从而造成铁芯叠片中绝缘层老化脱落, 导致铁芯过热烧毁[3]。

3 导致电机变压器内部故障的原因分析

3.1 导致变压器内部放电故障的原因及诊断方法

由于电机变压器内部放电故障放电量的不同, 其故障原因也不尽相同, 大体可分为以下三类原因:

(1) 局部放电故障的原因及诊断。电机变压器内部局部放电故障的产生, 多是因为高压电气设备的绝缘内部存在气隙而导致的。除此之外, 电机变压器油中若存在微量的水分和杂质, 其在电场的作用下形成小桥, 当泄漏电流由此通过时会使其严重发热, 进而导致油内水份气化形成气泡, 或是使油裂解产生气体。当气泡或气体绝缘强度低于绝缘材料的强度时, 外施电压达到某一数值后, 会导致气隙先发生放电现象, 从而造成局部放电故障的发生。另外, 如果导电体之间的电气连结不良, 产品内部金属接地部件之间的连接不良时, 也有可能导致电机变压器内部局部放电故障的发生。针对局部放电故障, 可采用脉冲电流法、无线电干扰电压法、志测法、化学检测法等方式进行早期、有效的检测与判断。

(2) 火花放电故障的原因及诊断。导致电机变压器内部火花放电故障的原因包括有:沿围屏纸板的夹层或是表面爬电、铁芯接地片或铁芯片之间的接触不良等因素, 均有可能造成火花放电故障。另外, 若是电力系统的电场极度不均匀、畸变时, 也有可能导致火花放电故障的发生。由于火花放电故障的总烃含量低、故障能小, 因此, 可将以上两个特点作为依据进行诊断。

(3) 电弧放电故障的原因诊断。导致电机变压器内部电弧放电故障的原因主要包括有:分接开关触柱间的飞弧 (在似接未接状态下出现的现象) 、由于引线断裂而形成的闪弧、过电压下造成内部绝缘闪络、绕组的匝间绝缘被击穿。以上几类因素均可能造成电弧放电故障的发生, 而此类故障在发生前并没有明显的征象, 因此也难以进行预诊断。若变压器内部出现电弧放电故障时, 应及时对油中气体成分进行分析, 若是油中总烃含量较高时, 则可断定为此类故障, 并以此为根据来判断电弧放电故障的严重程度[4]。

3.2 导致变压器内部过热故障的原因

电机变压器在正常运行过程中, 其结构当中的温升热源大多数来源于铁芯和绕组中的空载及负载损耗, 而以上损耗会转化成为热量, 并使绝缘油、铁芯、绕组等部位出现允许的温升 (允许温升包括有:油温升55K、绕组温升65K) 。但是, 超过其允许温升后, 则可视为变压器内部过热, 若温升不断加大时, 将会导致变压器内部各种类型过热故障的发生。

电机变压器过热故障在变压器故障中占据有较大的比例, 过热性故障的发生不会像内部放电故障那般迫切和严重, 但是, 若早期得不到有效的判断及处理, 则有可能导致温度的升高, 进而由轻度故障渐渐转变为严重故障, 最终造成过热事故的发生。导致变压器内部过热性故障的原因包括有:引线焊接不良、引线漏焊、绕组导线出现股间短路、过负载运行额外过热、套管导管与穿缆引线接触产生分流等[5]。

变压器内部过热性故障多会由低温渐渐转变化为高温, 进而使故障现象严重, 造成电机变压器的损坏, 因此, 针对电机变压器内部过热性故障也需对其重视。相关的检修人员可通过液相色谱法、气相色谱分析法、直流电阻测量法等方法来对电机变压器内部过热性故障进行检测与判断。

综上所述, 电机变压器内部故障的类型诸多, 而不同类型故障发生的原因也不相同。因此, 针对电机变压器内部故障, 相关的检修人员一定要根据电机变压器的实际运行情况, 结合先进、科学的故障检测、诊断技术, 对变压器内部故障类型及原因进行详细的分析, 从而应用针对性的措施进行解决, 以确定电机变压器的正常、稳定、高效运行。

摘要：电机变压器内部故障的类型诸多, 但不论是哪种类型的故障, 一旦发生, 均会给变压器造成影响, 进而给电机乃至整个电力系统的正常工作带来不便。因此, 本文就主要以电机变压器为例, 具体分析变压器内部故障的类型, 并对内部故障产生的原因及诊断措施展开论述, 以期能给相关检修人员提供一些帮助。

关键词：电机,变压器,内部故障,故障类型

参考文献

[1]武琨, 张粉萍.浅析变压器内部故障产生气体与故障类型的关系[J].城市建设理论研究, 2012, 26 (26) :112~113.

[2]邓茂军, 吴起, 陈亮, 李宝伟, 席颖颖.基于电子式互感器的电炉变压器差动保护研究[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (9) :114~116.

[3]张南建.一起通过油色谱分析成功发现的110kV变压器内部故障[J].四川冶金, 2012, 34 (4) :51~54.

[4]焦尚彬, 黄璜, 赵黎明, 张青.基于双曲S变换的变压器励磁涌流和内部故障识别新方法, 2011, 39 (16) :114~117.

引发变压器故障的类型 篇3

关键词：变压器差动保护,转角方式,差动电流,网络阻抗,灵敏度

0 引言

电力变压器在电力系统中有不可替代的重要作用。对变压器差动保护的讨论,也是业内一个历久弥新的话题[1~7]。由于变压器使两侧电流产生幅值变化及相移,故变压器差动保护须先对电流进行幅值相位校正,由此衍生出不同的相位校正方式即转角方式,常见的有四种转角方式[8,9]:相电流差动,相间电流差动(Y→△方式),减自产零序的相电流差动(△→Y方式),减中性点零序的相电流差动。本文将详尽分析这几种变压器差动保护在各种故障下的差流,进而分析它们的灵敏度关系,以期能澄清一些概念,为变压器保护的设计、运行提供一些借鉴。

1 四种转角方式

以我国应用最为广泛的Y0,d11连接组变压器对四种转角方式[8,9]进行分析,如图1,为简化分析,设变压器两侧绕组匝比为1:1。在图1中IA、IB、IC为Y0侧三相电流,Ial、Ibl、Icl为△侧三相绕组电流,Ia、Ib、Ic为△侧三相线电流,令I'A、I'B、I'C为转角后的Y0侧三相电流,I'a、I'b、I'c为转角后的△侧三相电流。

1.1 相电流差动方式

相电流差动方式两侧电流均直接取变压器绕组电流。则Y0侧转角公式为:

△侧转角公式为:

1.2 相间电流差动(Y→△方式)

Y0侧转角公式为:

△侧转角公式为:

1.3 减自产零序的相电流差动(△→Y方式)

Y0侧转角公式为:

式(5)中:

I0Z称Y0侧自产零序电流。

△侧转角公式为:

式(7)中:

式中:ID为△侧零序环流。

1.4 减中性点零序的相电流差动

这种方式Y0侧与△侧的转角方式与式(5)、(7)相同,只不过把式(5)中的I0Z换为I0,I0为三分之一倍的中性点零序电流,通过校核中性点零序互感器的极性,可由下面分析知道,两种减零序的相电流差动方式在区外故障时效果是一样的,都可消除零序不平衡差流,而区内故障时就不一样了。

2 区内不对称故障时差流分析

以下分析中⊿IF1、IF2、IF0为不对称故障时故障支路参考相的正序故障分量电流、负序电流、零序电流,对如图2所示系统,任何区内不对称故障可由叠加原理得到故障附加网络,进而可由对称分量法得到故障附加网络的三序网如图3[9](A相为参考相)。

且有:

及:

⊿IA、⊿IB、⊿IC为Y0侧各相电流故障分量,⊿Ial、⊿Ibl、⊿Icl为△侧各相绕组电流故障分量。

2.1 相电流差动方式差流分析

当发生A相接地、AB相间短路、AB相接地短路等故障时,A相差流为:

式中:⊿IFA1、IFA2、IFA0为故障支路A相正序故障分量电流、负序电流、零序电流,IFA为故障支路A相故障端口电流。

2.2 相间电流差动方式差流(Y→△方式)分析

由式(3)、(4)知A相差流为:

当发生A相接地故障时有:

当发生AB相间短路时有:

(⊿IF1、IF2为故障支路参考相即C相正、负序电流,两者反相)。

令XΣ0、XΣ2为系统对于故障点的等效零序、负序电抗,当发生两相接地短路时对参考相有:

及:

AB相接地短路A相差流为:

此时相电流差动方式A相差流:

则:

容易证明当时,即零序网络阻抗小于负序网络阻抗时必有k<1。当时有k=1。当时,即零序网络阻抗大于负序网络阻抗时有k>1,知道此时两个差流的幅值成k倍关系,但两者相位并不相同。

2.3 减零序差动方式差流分析

图4给出了Y0,d11连接变压器Y侧区内接地故障时A相的零序电流分布情况,不管I0Z、I0、ID的正方向如何规定,由减极性法[10]可确定I0Z、I0、ID在规定正方向下的相位关系,进而可根据图中互感器的同名端确定它们的二次电流相位关系:内部故障时I0Z、I0的二次电流必反相,外部故障时同相;I0、ID的二次电流反相。

故由式(5)、(7)可得减自产零序相电流差动方式(△→Y方式)A相差流为:

则对A相接地故障有:

则对AB相间故障有:

对AB相接地故障有:

对比式(12)有:

把a值代入上式可得:

明显有k′小于1,可知此时两个差流的幅值成k′倍关系,但两者相位并不相同。对比式(13),容易证明k大于k′。

考察减中性点零序相电流差动方式,A相差流为:

设故障支路A相故障端口电流IFA幅值为IM,则由上述分析知各种不对称故障时,不同转角方式的故障相差流幅值如表1所示。

表1中k'<1且k'1。如发生三相对称故障,容易知道各种转角方式的差流相同,都为故障端口电流IFA。

3 不同转角方式灵敏度分析

差动保护灵敏度不仅与差动动作量有关,还与启动电流的大小、制动电流的计算方法、差动保护的动作特性等有关[11]。因此要有一个统一、客观的标准来讨论变压器差动保护的灵敏度,本文假设其他影响灵敏度的条件都相同,则故障时差流越大,灵敏度越高,在此前提下,四种转角方式在不同类型故障下的灵敏度关系可由表1容易地得出。总的说来,相电流差动方式和减中性点零序电流方式综合性能最好,但减中性点零序差动方式须进行中性点零序电流互感器极性校核,在实际应用中其极性的正确性很难保证,测试方法较复杂[12],对相电流差动而言有时△侧绕组电流无法测得,且装设△侧绕组电流互感器会使得差动保护的保护区缩短,因而现场采用最多的是Y→△转角方式及△→Y转角方式,对这两种方式而言单相故障时前者差流小于后者,而两相故障或两相接地故障时前者差流大于后者,而这两种转角方式对涌流二次谐波制动的影响到底如何还未有定论[13~15]。从差流大小的角度看,由于变压器单相故障概率较大,采用△→Y转角方式不失为一种好的选择。

4 EMTDC仿真分析

仿真系统如图2。仿真计算的结果如图5~图7所示。故障为Y0侧内部故障,故障起始时间均在0.2 s处。图中小图标的表示法为:◇为相电流差动;□为相间电流差动;△为减自产零序差动;◆为减中性点零序差动;■为A相故障端口电流。Y0侧三相电流表示为:◇为A相电流;□为B相电流;△为C相电流。

从图5看出,各种转角方式的差流大小完全与理论分析相符,Y侧相电流由于故障点两侧系统零序电流分配系数与正、负序电流分配系数不同而导致B、C相电流不为零,两相电流大小一样、曲线重合。从图6看出,相间故障时,相间差动方式差流最大,其余方式都等于端口故障电流,由于无零序电流,故其Y侧C相电流为零。图7分别仿真了k1>0.5及k1<0.5两种情况,仿真结果都与理论分析相符。从上述图中还可看出对于单相故障及相间故障各种转角方式差流相位相同,而对于两相接地故障,相电流差动方式差流、减中性点零序差动方式差流及对应的故障相端口电流的幅值、相位相同,但它们的相位不同于Y→△与△→Y转角方式的差流,这也与理论分析相符。

5 结论

本文通过分析Y0,d11连接组变压器区内Y0侧发生各种故障情况下四种转角方式差流的大小,得出以下结论:

(1)差流大小与转角方式有关,从差流大小的角度讲,相电流差动及减中性点零序差动方式综合性能最好。