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無(wú)編碼比值法的基本原理及方法

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盡管我國(guó)現(xiàn)行的DL/T722-2000《導(dǎo)則》中采用了改良的三比值法,提高了診斷故障的可靠性,但三比值法故障編碼不多,實(shí)際工作中有許多變壓器的故障因查不到編碼而無(wú)法判斷,而且判斷方法也較復(fù)雜。因此,尋求更簡(jiǎn)單、更精確的診斷技術(shù)已成為各國(guó)研究的主要課題。我國(guó)電力研究者通過(guò)10多年收集的全國(guó)部分省市變壓器故障實(shí)例和對(duì)國(guó)外模擬故障色譜數(shù)據(jù)的分析研究,提出了用“無(wú)編碼比值法”分析和診斷變壓器故障性質(zhì)的方法,可以從一定程度解決三比值法故障編碼少,有的故障用三比值法難于診斷的問(wèn)題。
    一、故障類(lèi)型診斷的原理
    變壓器油和固體絕緣材料在不同的溫度、不同的放電形式下產(chǎn)生的氣體也不相同。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出以下規(guī)律:
    (1)在油中發(fā)生600℃以下過(guò)熱時(shí),產(chǎn)生的主要?dú)怏w是甲烷,其次是乙烯、乙烷和少量氫氣。
    (2)在電弧放電時(shí),油產(chǎn)生的氣體以氫氣和乙炔為主,有少量的甲烷、乙烯;在紙和油中電弧放電時(shí)產(chǎn)生的CO是純油中的10倍多。
    (3)在局部放電時(shí),無(wú)乙炔,而且甲烷較多。
    (4)火花放電產(chǎn)生的氣體近似于電弧放電。
    利用上述試驗(yàn)得到的規(guī)律,我們可以利用某些特征氣體的組分含量和它們之間的相互比值來(lái)判斷變壓器中存在的不同故障類(lèi)型。如用過(guò)熱時(shí)甲烷多氫氣少、放電時(shí)氫氣多而甲烷少的特點(diǎn),用甲烷與氫氣比率就可區(qū)分放電與過(guò)熱故障。為此,共計(jì)算出9種不同組合形式的氣體比率值,并按變壓器實(shí)際故障分類(lèi)統(tǒng)計(jì),從中找出故障性質(zhì)相關(guān)的量。于是,我們就可以用表1-1與故障性質(zhì)相關(guān)的氣體比率來(lái)確定故障性質(zhì)。

表1-1 氣體比值與實(shí)際故障性質(zhì)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表
序號(hào)
氣體比
值分類(lèi)
實(shí)際故障與比值編碼分類(lèi)
高能量放電102
高能量放電112,110,
101,100
低能量放電202,212,
200
低能量放
電兼過(guò)熱
220,222
高能量放
電兼過(guò)熱
120,121,122
高溫過(guò)熱022,002
中溫過(guò)熱021,001
低溫過(guò)熱020,000
1
CH4/H2
0.1~0.97
0.03~0.75
0.01~0.96
1.6~3.5
1.05~2.48
0.37~8.4
0.75~24.2
0.62~3.2
2
C2H2/C2H4
0.1~2.91
0.11~2.63
3.02~20.0
3.13~18.4
0.10~2.81
0~0.10
0~0.10
0~0.10
3
C2H4/C2H6
3.4~50
0.24~11.6
3.2~65.2
0.08~11.5
0.2~18.0
3.07~17.1
1.25~3.0
0.12~0.95
4
C2H2/(C1+
C2)/(%)
4.4~67.4
3.5~56.5
17.2~89.4
43.3~74.0
1.7~60.7
0~5.99
0~4.2
0~3
5
H2/(H2+C1
+C2)/(%)
3.3~87.6
5.9~81.4
6.3~95.7
11.1~37.3
0~31.3
0~60.5
0~40.8
0~40.3
6
C2H4/(C1+
C2)/(%)
21.3~66
21.5~45.2
0~20
2.4~18.2
8.8~57.6
46.1~92.0
31.6~53.4
15.9~30.3
7
CH4/(C1+
C2)/(%)
6.0~74.0
17.9~43.7
0~39.5
20~23.0
12.6~81.4
4.7~70.3
17.2~53.8
17.2~85.6
8
C2H6/(C1+
C2)/(%)
0~15.2
1.8~72.0
0~13.0
1.9~32.0
0~44.0
3.4~16.8
12.6~38.0
17~42.0
9
(CH4+C2H4)/
(C1+C2)/(%)
37.6~86.7
41.7~72.0
22.6~82.8
22.7~41.7
34.0~91.0
79.7~98.2
35.0~87.0
34.5~74.0

 該方法不需要對(duì)比值編碼,而是直接由兩個(gè)比值確定一個(gè)故障性質(zhì),減去了傳統(tǒng)的“三比值法”先變法然后由編碼查找故障性質(zhì)的過(guò)程,使分析判斷方法簡(jiǎn)化而可操作性又較強(qiáng)。
    二、診斷故障性質(zhì)的方法
    1.以計(jì)算比值診斷
    根據(jù)計(jì)算的比值,按表1-2進(jìn)行診斷,步驟如下:

表1-2 無(wú)編碼比值故障性質(zhì)分析診斷方法
故障性質(zhì)
C2H2/C2H4
C2H4/C2H6
CH4/H2
典型例子
低溫過(guò)熱<300℃
<0.1
<1
無(wú)關(guān)
引線外包絕緣脆化,繞組油道堵塞,鐵芯局部短路。
中溫過(guò)熱300~700℃
<0.1
1<比值<3
無(wú)關(guān)
鐵芯多點(diǎn)接地或局部短路,分接開(kāi)關(guān)引線接頭接觸不良。
高溫過(guò)熱>700℃
<0.1
>3
無(wú)關(guān)
高能量放電
0.1<比值<3
無(wú)關(guān)
<1
繞組匝間、餅間短路,引線對(duì)地放電,分接開(kāi)關(guān)撥叉處圍屏放電,有載分接開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)切斷電流。
高能量放電兼過(guò)熱
0.1<比值<3
無(wú)關(guān)
>1
低能量放電
>3
無(wú)關(guān)
<1
圍屏樹(shù)枝狀放電,分接開(kāi)關(guān)錯(cuò)位,鐵芯接地銅片與鐵芯多點(diǎn)接觸,選擇開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)不到位。
低能量放電兼過(guò)熱
>3
無(wú)關(guān)
>1

 (1)以計(jì)算的乙炔比乙烯值診斷過(guò)熱或放電性故障。當(dāng)計(jì)算的比值小于0.1時(shí)為過(guò)熱性故障,大于0.1時(shí)為放電性故障。
    (2)計(jì)算乙烯比乙烷的值并以過(guò)熱溫度診斷故障程度。當(dāng)乙烯比乙烷的計(jì)算比值小于1時(shí)為低溫過(guò)熱(小于300℃);大于1小于3為中溫過(guò)熱(300~700℃);大于3時(shí)為高溫過(guò)熱(大于700℃)。
    (3)以計(jì)算的甲烷比氫氣值診斷是否放電或過(guò)熱性故障并存。當(dāng)甲烷比氫氣的計(jì)算比值大于1時(shí),為放電兼過(guò)熱性故障,反之為純放電性故障。
    2.以故障分區(qū)圖診斷
    根據(jù)計(jì)算的比值,按圖1-1的故障分區(qū)圖進(jìn)行診斷,其步驟如下:

變壓器故障性質(zhì)分區(qū)圖
圖1-1 變壓器故障性質(zhì)分區(qū)圖

 ①以計(jì)算的乙炔比乙烯的值判斷故障區(qū)域 。當(dāng)計(jì)算比值小于0.1時(shí)為過(guò)熱性故障,大于0.1時(shí)為放電性故障。
    ②以計(jì)算的乙烯比乙烷值過(guò)熱故障區(qū)域。以左縱坐標(biāo)為準(zhǔn),查出過(guò)熱溫度,診斷過(guò)熱故障類(lèi)型。
    ③以計(jì)算的甲烷比氫氣值判斷故障程度。以圖2-1的右縱坐標(biāo)為準(zhǔn),查處該值所對(duì)應(yīng)的故障。
    求出兩對(duì)比值后,即可在故障分區(qū)圖2-1中查到故障性質(zhì),因此該圖示法具有直觀、明了、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn);對(duì)于過(guò)熱故障,還可以看出它的溫度變化情況,可用于運(yùn)行中變壓器的色譜追蹤分析。
    【例】某220kV主變,色譜分析:H2為31.7uL/L,CH4為4O.3uL/L,C2H4為107uL/L,C2H6 為8.7uL/L,C2H2 為4.5 uL/L。計(jì)算乙炔比乙烯的值為0.04,小于0.1,再計(jì)算乙烯比乙烷的值為12.3。在故障分區(qū)圖查得故障性質(zhì)為高溫過(guò)熱。吊心檢查為鐵心多點(diǎn)接地。
    三、無(wú)編碼比值法的特點(diǎn)
    1.可診斷放電兼過(guò)熱故障
    對(duì)收集到的102臺(tái)次變壓器故障的色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷比較如下:
    (1)按三比值法編碼規(guī)則編碼的臺(tái)次是:“120”碼16臺(tái)次、“121”碼14臺(tái)次、“122”碼65臺(tái)次、“222”碼2臺(tái)次。
    (2)吊芯檢查確認(rèn)的實(shí)際故障是:放電和過(guò)熱兩種故障同時(shí)存在的變壓器24臺(tái)次,如引線焊接不良又有引線對(duì)均壓環(huán)放電,鐵芯兩點(diǎn)接地又有分解開(kāi)關(guān)故障,圍屏放電又有鐵芯多點(diǎn)接地等;一種故障顯示兩種特征的變壓器有54臺(tái)次,如匝間過(guò)熱后導(dǎo)致?lián)舸┓烹?、引線脫焊等,鐵芯接地銅片或穿心螺絲與鐵芯多點(diǎn)接觸、分接開(kāi)關(guān)接觸不良等。純屬放電的變壓器13臺(tái)次,原因不明的12臺(tái)次。
    (3)用無(wú)編碼比值法進(jìn)行診斷,并將診斷結(jié)果與(2)的實(shí)際故障進(jìn)行比較,其準(zhǔn)確判斷率為87.3%,而用三比值法診斷的結(jié)果與(2)的實(shí)際故障不符合。
    上述實(shí)踐證明,無(wú)編碼比值法運(yùn)行中確實(shí)存在將故障性質(zhì)劃分為放電兼過(guò)熱故障的這類(lèi)故障,這對(duì)分析變壓器故障部位更為有利。
    2.提高過(guò)熱性故障診斷的準(zhǔn)確率
    按三比值法,“000”組合編碼應(yīng)診斷為設(shè)備絕緣正常老化而無(wú)故障,而實(shí)際上屬“000”組合編碼的往往仍有故障。為此,用無(wú)編碼比值法對(duì)收集到的屬“000”組合編碼的變壓器進(jìn)行了診斷,其結(jié)果列于表1-3。從表中可知,無(wú)編碼比值法診斷為過(guò)熱性故障,從而提高了熱故障診斷的準(zhǔn)確率。

表1-3 “000”碼故障實(shí)例統(tǒng)計(jì)表

TIM截圖20180328115346


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