CN104569724A - 一种变压器短路故障综合诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器短路故障综合诊断方法，其技术特点是：当变压器发生短路故障后，进行一次设备检查；运行工况与保护动作情况分析用于获取故障电流、作用时间以及短路过程参数；常规电气试验与油色谱试验分析用于分析变压器内部是否已存在故障或缺陷以及相应的程度和位置；绕组变形试验用于判断绕组是否发生位移或凹凸变形；抗短路能力论证；对变压器短路故障进行综合判断。本发明将多学科、多专业技术手段结合在一起，解决了变压器遭受短路冲击后准确评估变压器状态的问题，不仅大幅度降低了技术人员的分析时间，而且提高了分析结论的准确性，确保了变压器及电网的安全、稳定运行，保证了电网运行可靠性和有效性。

Description

一种变压器短路故障综合诊断方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，尤其是一种变压器短路故障综合诊断方法。

背景技术

随着电力系统规模不断扩大，电网间的联系日趋紧密，电力系统中短路电流逐年攀升，这使得电力变压器运行的条件变得更为苛刻。加之，由于生产设计不合理以及运行维护不当等因素而造成的大型电力变压器短路冲击损坏，在国内外都时有发生。变压器经受突发短路事故后状况判断、能否投运，成为运行单位经常要决策的问题，此外，对变压器进行详尽的分析，并制定相应的反事故措施是由被动消缺转变为事前预防，汲取教训与经验，亦是确保变压器安全稳定运行的必要手段。由于变压器具有多学科(电学、化学、力学等)、多专业(高压、电磁、系统、保护等)相融合的特点，因此，现有的诊断方法很难将上述各种技术结合在一起，在诊断速度、可靠性、全面性等方面均存在一定的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、速度快且可靠性高的变压器短路故障综合诊断方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种变压器短路故障综合诊断方法，包括以下步骤：

步骤1、当变压器发生短路故障后，进行一次设备检查，通过设备故障表征判断短障原因、故障位置和故障程度；

步骤2、运行工况与保护动作情况分析用于获取故障电流、作用时间以及短路过程参数；

步骤3、常规电气试验与油色谱试验分析用于分析变压器内部是否已存在故障或缺陷以及相应的程度和位置；

步骤4、绕组变形试验用于判断绕组是否发生位移或凹凸变形；

步骤5、抗短路能力论证；

步骤6、综合以上试验和分析对变压器短路故障进行综合判断。

而且，所述步骤1的一次设备检测内容包括：本体瓦斯继电器是否有气体以及开关柜、穿墙套管、互感器、小电阻和电抗器情况。

而且，所述步骤2的运行工况分析方法为：结合PMS或SCADA系统，确认故障前站内运行方式，明确站内是否有倒闸操作和检修工作；根据变压器负荷水平、油温、带电检测和在线监测情况，确认变压器本体是否存在缺陷；所述保护动作情况分析方法为：通过每一时沿下，设备保护动作过程，判断故障的具体位置，通过故障电流情况，判断故障程度。

而且，所述步骤3包括以下检测内容：

(1)直流电阻和电压比试验用于检查各绕组匝数和分接引线装配是否符合要求；

(2)绝缘电阻和介损试验用于判断变压器绕组间绝缘状态是否良好；

(3)局部放电试验用于诊断绕组匝间绝缘缺陷；

(4)油色谱试验用于判断变压器内部过热、受潮以及绝缘缺陷。

而且，所述步骤4的绕组变形试验是以频响法和短路阻抗法为主，绕组电容法为辅，并利用上述方法的趋势相关性进行综合判断。

而且，所述步骤5的抗短路能力论证方法是：通过比较故障电流与变压器最大抗短路电流之间的关系，进行变压器短路损坏风险评估。

而且，所述变压器短路损坏风险评估的内容包括：包括短路冲击、抗短路冲击和立即效应。

本发明的优点和积极效果是：

本发明将各学科(电学、化学、力学等)、多专业(高压、电磁、系统、保护等)技术手段结合在一起，提供了一种全面、可靠、快捷的故障诊断方法，解决了变压器遭受短路冲击后，在不放油、不吊罩的情况下准确评估变压器状态的问题，本发明不仅大幅度降低了技术人员的分析时间，而且提高了分析结论的准确性，可有效指导变压器的投退运决策和制定相应的反事故措施，确保了变压器及电网的安全、稳定运行，保证了电网运行可靠性和有效性。

附图说明

图1是本发明的处理流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种变压器短路故障综合诊断方法，是将一次设备检查、运行工况与二次保护分析、常规电气与油色谱试验、绕组变形综合试验、抗短路能力论证几个方法相结合。其中：一次设备检查通过设备故障表征判断短障原因、故障位置和故障程度；运行工况与二次保护分析用于获取故障电流、作用时间以及短路过程参数；电气与油色谱试验用于分析变压器内部是否已存在故障或缺陷以及相应的程度和位置，如利用直流电阻和电压比试验判断匝间短路和断股，利用绝缘电阻和介质损耗试验判断主绝缘缺陷，利用局部放电试验判断纵绝缘缺陷，利用油色谱试验中判断内部放电和绝缘损伤缺陷；绕组变形试验用于判断绕组是否发生位移或凹凸变形；抗短路能力论证通过比较故障电流与变压器最大抗短路电流之间的关系，进行变压器短路损坏风险评估。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1、当变压器发生短路故障后，进行一次设备检查，通过设备故障表征判断短障原因、故障位置和故障程度。

变压器短路故障后，应详细进行一次设备检查，具体包括：本体瓦斯继电器是否有气体；主变本体其他设备情况，包括开关柜、穿墙套管、互感器、小电阻、电抗器等。

通过一次设备检查可初步判断故障位置和故障程度，特别是通过瓦斯继电器产气情况、压力释放阀动作情况，可判断变压器是否已损坏。

步骤2、运行工况与保护动作情况分析用于获取故障电流、作用时间以及短路过程参数

结合PMS或SCADA系统，确认故障前站内运行方式，明确站内是否有倒闸操作和检修工作，以排除人为因素的影响；根据变压器负荷水平、油温、带电检测和在线监测情况，确认变压器本体是否存在缺陷。

保护动作情况是重构变压器故障的重要方法。通过每一时沿下，设备保护动作过程，可判断故障的具体位置，通过故障电流情况，判断故障程度。

步骤3、常规电气试验与油色谱试验分析用于分析变压器内部是否已存在故障或缺陷以及相应的程度和位置。具体包括以下内容：

(1)直流电阻和电压比试验用于检查各绕组匝数和分接引线装配是否符合要求。

直流电阻和电压比是检查各绕组匝数和分接引线装配是否符合要求的主要手段，试验结果是判断是否存在匝间短路或断股的主要依据。

对于大型变压器，直流电阻三相不平衡率应小于2％，通过试验温度归算，与初值比变化率亦应小于2％。电压比偏差应小于5％。

对于短路故障损坏的变压器，往往伴随着直流电阻和电压比试验结果的超标，甚至当故障较为严重时，会出现无法完成试验的情况，但短路故障未造成匝间绝缘破坏，上述指标无法反映故障情况。

(2)绝缘电阻和介损试验用于判断变压器绕组间绝缘状态是否良好

绝缘电阻和介损试验是判断变压器绕组间绝缘状态是否良好的重要参数之一，可以反映出变压器主绝缘的一系列缺陷，如绝缘损伤、劣化或气隙放电等。

对于大型变压器，绝缘电阻值应无明显下降，吸收比应大于1.5，极化指数应大于1.3；500kV变压器介质损耗因数应不大于0.5％，110～220kV变压器不大于0.8％，35kV变压器不大于1.5％。

对于发生严重短路故障的变压器，往往伴随着吸收比和介损值超标，但短路故障未造成主绝缘损伤的情况下，上述指标反映不灵敏。

(3)局部放电试验用于诊断绕组匝间绝缘缺陷。

局部放电试验通过低压侧加压，在高压侧感应匝间梯度电压，用于诊断绕组匝间绝缘缺陷。

110kV变压器出厂和交接局部放电试验的考核指标为:电压下，局部放电量小于100pc，对于运行变压器局部放电考核指标为：电压下，局部放电量小于300pc。

当变压器发生短路故障后并未损坏，但匝间绝缘受到了损伤，则可通过局部放电指标反映出来，但是局部放电易受现场环境干扰，应尽可能排除电晕放电和试验电源等的干扰。

(4)油色谱试验用于判断变压器内部过热、受潮以及绝缘缺陷。

通过油色谱试验中各相指标分析，可有效判断变压器内部过热、受潮以及绝缘缺陷。当总烃超标时，一般代表变压器内部发生了过热缺陷(如分接开关接触不良、铁芯多点接地等)；如伴随乙炔产生，则有可能发生高能量发电故障；如氢气超标，则表示变压器存在受潮现象；另外，油色谱试验后可采用三比值法判断故障类型，以可以根据各项气体成分的变化水平进行综合判断，其中CO和CO2气体含量的变化是判断绝缘状态的主要指标。

油色谱试验标准中规定，500kV乙炔不大于1ul/l，220kV不大于5ul/l；氢气、总烃均不大于150ul/l；

当变压器发生短路故障损坏时，往往伴随着乙炔和总烃的超标，通过三比值法亦可判断故障情况；如果变压器短路故障造成固体绝缘损伤，可通过反映到CO和CO2气体含量的变化上。

步骤4、绕组变形试验用于判断绕组是否发生位移或凹凸变形

频响法能灵敏、准确地反映绕组的变形，但易受环境和试验方法的影响，且判断指标不直观，应用时应注重测试仪器、测试方法的复验性，并尽可能避免环境的干扰；

短路阻抗法对影响整体变形较为灵敏，如幅向变形、轴向扭曲等，但对匝、饼间的局部拉伸压缩，绕组整体位移等不灵敏，但其指标可以量化；

绕组电容法对严重的变形和绕组的整体窜动，灵敏度较高，对鼓包、扭曲等故障灵敏度很差，可辅助频响法和阻抗法的判断；

本步骤以绕组变形分析以频响法和短路阻抗法为主，绕组电容法为辅，并利用上述方法的趋势相关性进行综合判断

步骤5、抗短路能力论证：通过比较故障电流与变压器最大抗短路电流之间的关系，进行变压器短路损坏风险评估(包括短路冲击、抗短路冲击和立即效应)。

当变压器遭受短路冲击时，导线在强电流作用下，漏磁通和短路电流产生轴向力和辐向力，作用于变压器绕组，当短路电流较小且作用时间较短时，其对绕组基本不产生明显影响，但当短路电流超过变压器额定电流，且作用时间以秒级计算，则绕组夹紧度等抗短路指标可能受到威胁，当短路电流超过变压器额定电流的5倍，或超过变压器最大抗短路能力，其绕组可能发生不可逆的变形，致使抗短路能力明显下降，多次短路冲击的累积效应，可能使变压器的抗短路能力不足出厂的50％。

步骤6、综合上述一次设备检查、运行工况与二次保护分析、电气与油色谱试验、绕组变形综合试验、抗短路能力论证进行综合判断。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、当变压器发生短路故障后，进行一次设备检查，通过设备故障表征判断短障原因、故障位置和故障程度；

步骤2、运行工况与保护动作情况分析用于获取故障电流、作用时间以及短路过程参数；

步骤3、常规电气试验与油色谱试验分析用于分析变压器内部是否已存在故障或缺陷以及相应的程度和位置；

步骤4、绕组变形试验用于判断绕组是否发生位移或凹凸变形；

步骤5、抗短路能力论证；

步骤6、综合以上试验和分析对变压器短路故障进行综合判断。

2.根据权利要求1所述的一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于：所述步骤1的一次设备检测内容包括：本体瓦斯继电器是否有气体以及开关柜、穿墙套管、互感器、小电阻和电抗器情况。

3.根据权利要求1所述的一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于：所述步骤2的运行工况分析方法为：结合PMS或SCADA系统，确认故障前站内运行方式，明确站内是否有倒闸操作和检修工作；根据变压器负荷水平、油温、带电检测和在线监测情况，确认变压器本体是否存在缺陷；所述保护动作情况分析方法为：通过每一时沿下，设备保护动作过程，判断故障的具体位置，通过故障电流情况，判断故障程度。

4.根据权利要求1所述的一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于：所述步骤3包括以下检测内容：

(1)直流电阻和电压比试验用于检查各绕组匝数和分接引线装配是否符合要求；

(2)绝缘电阻和介损试验用于判断变压器绕组间绝缘状态是否良好；

(3)局部放电试验用于诊断绕组匝间绝缘缺陷；

(4)油色谱试验用于判断变压器内部过热、受潮以及绝缘缺陷。

5.根据权利要求1所述的一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于：所述步骤4的绕组变形试验是以频响法和短路阻抗法为主，绕组电容法为辅，并利用上述方法的趋势相关性进行综合判断。

6.根据权利要求1所述的一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于：所述步骤5的抗短路能力论证方法是：通过比较故障电流与变压器最大抗短路电流之间的关系，进行变压器短路损坏风险评估。

7.根据权利要求6所述的一种变压器短路故障综合诊断方法，其特征在于：所述变压器短路损坏风险评估的内容包括：包括短路冲击、抗短路冲击和立即效应。