一種輸電變壓器熱性故障檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電變壓器熱性故障檢測系統(tǒng)，屬于輸電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于變壓器油具有優(yōu)良的散熱和絕緣性能，因此油浸式電力變壓器在電力系統(tǒng)中 得到廣泛的引用。在正常的運行過程中，變壓器會在機(jī)械應(yīng)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(nèi)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(chǎn)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(jìn)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(jīng)過總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)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(chǎn)氣；固體絕緣材料的分解產(chǎn)氣；其 他方面的來源。變壓器油是在天然石油的基礎(chǔ)上通過某些化學(xué)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?xì)浠衔?，主要有烷烴、烯烴、環(huán)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 微量元素。
[0003] 絕緣油包含很多種類的碳?xì)浠衔?，這些化合物分子含有CH，CH2，CH3等官能 團(tuán)，通過碳?xì)滏I和碳碳鍵連接起來。一些碳?xì)滏I和碳碳鍵會在電、熱等因素作用下斷裂，形 成碳?xì)渥杂苫筒环€(wěn)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(fù)雜的化 學(xué)反應(yīng)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(xué)成 分上來說，主要由纖維素、半纖素以及木質(zhì)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(huán)。通過深入了解這些化學(xué)鍵的性質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)這些化學(xué) 鍵比碳?xì)滏I更脆弱。因此，當(dāng)變壓器發(fā)生一些過熱性故障以及放電故障的時候，這些化學(xué)鍵 很容易發(fā)生裂解，進(jìn)而通過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而形成新的物質(zhì)。
[0005] 除此之外，人為的一些操作也可能導(dǎo)致這些氣體的產(chǎn)生。比如：對發(fā)生故障的設(shè) 備進(jìn)行維修之后沒能對絕緣油進(jìn)行徹底的脫氣處理，這樣就會導(dǎo)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(jìn)行焊接操作可能也會導(dǎo)致絕緣油 的分解產(chǎn)氣；在切換有載分接開關(guān)的時候可能會因為電位的不固定而造成放電，導(dǎo)致開關(guān) 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(guān)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(jié)果。若根據(jù)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(fā)展速度可以分為潛伏 性和突發(fā)性兩大類；如果按照故障性質(zhì)來劃分，則可以分為熱性故障、電性故障和機(jī)械故 障，但是機(jī)械故障通常以電性故障或者熱性故障的形式展現(xiàn)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(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部潛伏性故障時，絕緣材料就會 在熱、電等作用下產(chǎn)生一些可燃性氣體。在故障發(fā)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(nèi)部潛伏性故障及其發(fā)展程度判斷極其有效。在 基于油中溶解氣體數(shù)據(jù)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，熱性故障通常是由于有效的局部熱應(yīng)力造成的絕緣加速劣化和熱解，具有 中等能量密度水平。按照熱點溫度范圍，又可以將熱性故障分為低溫過熱（t〈300 °C )、中 溫過熱（300°C <t〈700°C )和高溫過熱（t>700°C )三大類。在實踐中，通常是通過三比值 法來判斷熱性故障類型的。按照故障分析原因來看，低溫過熱的原因有：繞組中絕緣油的油 路被阻塞；通過鐵扼夾件中的磁通量過大；變壓器超過額定負(fù)荷運行；中溫過熱：分接開關(guān) 開關(guān)內(nèi)的接觸面，或者套管引線與電纜連接部位存在接觸不良；變壓器內(nèi)部某些部位存在 環(huán)流，包括鐵扼夾件與鐵心疊片之間，接地引線之間，不良焊點與鐵扼夾件之間。高溫過熱： 油箱與鐵芯之間存在較大環(huán)流；變壓器鐵芯疊片之間出現(xiàn)短路情況；通過油箱壁的沒有被 補償?shù)拇艌龀^正常范圍，導(dǎo)致電流的形成。
[0008] 而三比值法是一種根據(jù)氣體濃度的相對比值來進(jìn)行變壓器故障診斷的方法。它依 據(jù)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(guān)系，從五種特征氣體組分中選取氣體擴(kuò)散系數(shù)以及在絕緣油中溶解度相似的兩 種氣體做比值。當(dāng)獲得三種比值的編碼之后，按照導(dǎo)則所規(guī)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(dāng)然，三比值法在進(jìn)行變壓器熱性故障判斷時也存在比較明顯的不足之處，例如 由產(chǎn)氣機(jī)理的分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體各組分含量以及產(chǎn)氣速率都沒有超標(biāo)，變壓器運行狀 態(tài)正常，三比值法診斷是無效的，只有當(dāng)氣體含量超標(biāo)或者產(chǎn)氣速率超標(biāo)或者有足夠的依 據(jù)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(dāng)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(dǎo)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熱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(jìn)行改進(jìn)以提高診斷電力變 壓器熱性故障的精度和穩(wěn)定性，同時避免發(fā)生誤判操作或其他因素產(chǎn)生不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種輸電變壓器熱性故障檢測系統(tǒng)，其重點 對熱性故障進(jìn)行監(jiān)測，該輸電變壓器熱性故障檢測系統(tǒng)能夠在進(jìn)行三比值法檢測之前預(yù)先 進(jìn)行熱性故障的判斷，假如判斷為熱性故障預(yù)先進(jìn)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(xù)使用三比值法檢測，假如監(jiān)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(jìn)行檢測。這樣可以最大程度上避免因多重因素影響而產(chǎn)生的測量 不精確或不穩(wěn)定，使得三比值法檢測效果更優(yōu)，避免了由于固體絕緣類故障所產(chǎn)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(xiàn)上述目的，本發(fā)明適應(yīng)不同的故障類型以及故障來源的影響，熱性故障檢 測系統(tǒng)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(shù)手段為： 方案1. 一種輸電變壓器熱性故障檢測方法，具體包括以下步驟： 步驟1 :首先啟動預(yù)警操作步驟，設(shè)置i值、K值以及計數(shù)器N清零，其中i=l，為整數(shù)， K < 6,優(yōu)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，一旦對應(yīng)的氣體組分超出極限值， 則進(jìn)行計數(shù)器N的加1操作，當(dāng)計數(shù)器N大于等于K時，即超出極限值的氣體組分?jǐn)?shù)量超過 K時，則啟動進(jìn)入檢測工作； 步驟2:進(jìn)入檢測工作之后，檢測得出特征氣體的組分量，當(dāng)各組分量滿足 (CH4+C2H4)/CnHn多A的條件時，則表明此時甲烷和乙烯為主要特征氣體，存在熱性故障可 能性，假如不滿足（CH4+C2H4)/CnHn多A的條件時，有可能存在電性故障，則啟動電性故障 判斷及檢測過程；滿足上述條件會啟動熱性故障的報警，提示進(jìn)行熱性故障診斷； 步驟3 :基于是否滿足條件（C0+C02)/CnHn彡B來判斷是否進(jìn)入二次檢測判斷法還是 進(jìn)入三比值法來進(jìn)行故障檢測，當(dāng)滿足條件（C0+C02)/CnHn多B時，表明此時有過量的固體 絕緣類故障所產(chǎn)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多B，則表明并未發(fā)生過量的固體絕緣類故障，則可以繼續(xù) 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(dāng)滿足Vl〈CH4/CnHn〈V2且H2/CnHn>V3時，表示變壓器可能存在低溫過熱故障，此 時需要進(jìn)行二次檢測上述組分含量進(jìn)行進(jìn)一步判斷，而二次檢測之前需要延遲t時間，假 如仍然滿足Vl〈CH4/CnHn