变压器维护 - 电力变压器维护、诊断和监控

电力变压器的维护——变压器诊断与监测

简介

作为变压器静态机器，没有任何移动和转动部件，它们是非常可靠的机器，如果维护得当，可以使用 40 年 或者更多。此外，它们在烤箱受压时不会绊倒或吹气 （除非在极端条件下），变压器经常过载，并允许在远远超出其容量的情况下运行 .

然而，电气装置的使用和老化 ，与其他安装类似，是电气设备正常老化的根源 可以加速 受恶劣环境、过载或严重工作周期等因素的影响 .

恶化的其他原因 可能是负载更改/添加、电路更改、设置/选择不当的保护装置和电压条件变化 .

然而，设备故障并非不可避免 如果有检查和预防性维护计划 成立。

制定定期预防性维护计划 可以最大限度地降低设备故障的风险以及该故障导致的问题、潜在故障的检测 以及故障排除的第一步 .

电力变压器的外观检查

对电力变压器最常见的关注是目视检查 , 这主要涉及检查变压器的一般外部状况和冷却系统 .

必须定期检查电力变压器，以便在需要大修之前及早发现问题并纠正 .

检查 经常 ，通常每周一次 ，虽然频率可能因公司和变压器而异 .例如，如果有理由相信正在发生问题，则可以更频繁地检查变压器。

表 1 显示了控制一般外部条件和冷却系统所需的目视检查类型 .

点击图片放大

表1 - 变压器的外观检查

变压器诊断和监控

变压器监测是指在线测量技术，其重点是收集有关变压器完整性的相关数据，而不是数据的解释。

变压器监测技术因使用的传感器、测量的变压器参数和应用的测量技术而异。由于监控设备通常永久安装在变压器上，因此它还必须可靠且价格低廉。

绕组和有载分接开关 （OLTC ) 失败 支配;因此，大多数监测技术的重点是从可用于评估绕组和分接开关状况的参数中收集数据。

油中溶解气体和局部放电 （PD ) 是与绕组和绝缘条件相关的常用参数监控 .

温度和振动 监测通常用于评估OLTC 状况 .

图1为油浸式变压器故障统计分布。

图1——油浸式变压器故障统计分布

用于监控绕组和绝缘的常用参数 状态是PD 和溶解在油中的气体;关于OLTC的监控 温度和振动 被使用了。

主要监控单元 用于变压器诊断的有：

• 油温监测装置。
• 油位监测传感器。
• 油中气体监测装置。
• OLTC 运行监控传感器。
• 过载监控单元。

来自监控传感器和单元的数据 被转换成数字和模拟信号 并建立实时基础通信 具有人机界面和数据记录 .

油中溶解气分析 是确定变压器运行问题的有效诊断工具。

然而，这种分析通常是在场外进行的，其中复杂的（通常是昂贵的）设备用于确定气体含量 .

为了降低因采样间隔过长而遗漏早期故障的风险，正在开发监测技术，以针对变压器内观察到的气体类型和浓度变化提供警告。常规油中溶解气分析 在发出警告后执行。几种变压器气体 和相应的来源 列于表2。

点击图片放大

表 2 – 变压器气体和来源

通过提取溶解在绝缘油中的气体 主变压器和测量六种气体成分的量 在他们的低水平 ，可以检测局部过热或局部放电 在单位 取决于分析器数据 并防患于未然 .

变压器预防性维护措施和检查时间表

应根据设备可靠性要求和制造商手册和建议确定维护频率。

可能会在不同时期为安装的每个部分计划维护活动，但主要行业通常每年会进行一次或两次全球停机以进行维护。

NETA ^[1] 标准 MTS-2007 附录 B 呈现基于时间的维护计划 和矩阵 见表3。矩阵的应用 被认为是仅供参考 .

必须确定特定条件、关键性和可靠性才能正确应用矩阵 . 矩阵的应用 ，以及历史测试数据和趋势的高潮 ，应提供优质的电气预防性维护计划 .

点击图片放大

表 3 – 维护频率矩阵

对于变压器的最低频率维护测试 同标准定义，见表4。

点击图片放大

表 4 – 变压器维护测试频率（月）

维护活动 （视觉和机械检查；电气测试；测试值 ) 为每件设备定义 NETA 标准 ATS-2009 对于变压器，可归纳如表5所示。

点击图片放大

表5 - 变压器维护操作的测试和检查频率

预防性维护的动作 的变压器可以合成如下：

• 例行检查
• 采样收集
• 测试
• 修复

• 小修
• 中修
• 大修和大修 ^[2]

• 文件和数据记录

表 6 显示了每种维护操作的常规活动。

点击图片放大

表 6 – 每种维护活动的常规操作

变压器维修活动中除了专用测试设备外，最常见的便携式测试设备有：

• 万用表
• 钳形表
• 电压测试仪
• 互感器测试设备
• 继电器和仪表测试设备
• 绝缘测试仪（MEGGER ^[3] )
• 接地测试设备
• 红外摄像头 ^[4] （见红外热成像）

另请阅读：如何以 kVA（单相和三相）查找变压器的额定值？

油品分析和样品

在维护期间或大修后 ，有必要收集一个油样 继续进行 IEC 定义的测试 ^[5] 标准 60296 脂肪 .

这些测试是：

• 界面张力（IFT )
• 酸度
• 粘度
• 密度
• 闪点
• 着火点
• 倾点
• 水分
• 介电强度
• 功率因数（介电损耗 - 棕褐色∂ )
• 颜色

采集样本时有必要采取一定的预防措施 ，以避免样品被污染 .

• 1 – 使用辅助取样阀 不要 使用排水阀一侧的小取样口 （图 2）。

图2 - 辅助取样阀

• 2 – 冲洗排水阀 图 3 – 冲洗排水阀

• 3 – 冲洗管子和注射器，不要向后拉 在针筒上 – 施加轻微阻力 并允许流体压力填充注射器 （图 4）.

图 4 – 冲洗管和注射器

• 4 – 填充的注射器应该没有气泡 ，但有些可能会在以后形成 – 不要发布这些。

另请阅读：带有解释性答案的变形金刚 MCQ

油中溶解气分析 (DGA)

DGA 是可用的最有价值的诊断工具之一，它是一种用于通过分析溶解在冷却/绝缘介质中的气体来评估充油变压器状况的程序 .

这是一种成熟的技术，具有成本效益，通过基于油样的相对简单的无损测试提供基本信息。

虽然分析通常在实验室完成，但也可以使用在线设备。

结果揭示了很多关于健康 油及其作为绝缘介质的特性，包括其现状、正在发生的任何变化、过载的退化影响、老化、小故障的开始以及主要故障的最可能原因。

应该注意，严重故障也可能产生游离气体，这些气体可能会收集在 Buchholz 继电器 .

用于维护和诊断目的的变压器测试

表 7 显示了整体变压器状态评估方法，将日常维护和诊断联系起来。

点击图片放大

表 7 – 为维护和诊断目的执行的变压器测试

衬套 测试

对于具有潜在抽头的套管，电容 在套管顶部和底部水龙头之间（通常称为 C1 ) 以及抽头和地之间的电容（通常称为 C2 ) 进行测量。

为了确定套管损耗，还进行了功率因数测试。 C2 电容 更大 比C1 电容 .

无电位抽头的套管通常从套管顶部导体到地进行测试。

此测试结果与工厂测试和/或之前的测试进行比较以确定劣化。

大约90% 套管故障的原因可能是湿气进入 由增加的功率因数证明 .

扫频响应分析测试

频响分析 （SFRA ) ^[6] 包括测量变压器绕组的阻抗 在广泛的频率范围内 并将这些测量结果与参考集进行比较 .

差异可能表明变压器损坏，可以使用其他技术或通过内部检查进一步调查。 SFRA的扫频法 需要使用网络分析仪来生成信号、进行测量和处理结果。

超声波和声波故障检测

这个测试应该在 hydrogen 时应用 正在显着增加 在DGA 中。

高氢 代表示局部放电 发生在变压器内部。其他气体，如甲烷、乙烷和乙烯 可能还会增加 . 乙炔 如果发生电弧放电，也可能存在并且可能还会增加。

振动分析

振动分析 裂解本身不能预测与变压器相关的许多故障，但它是帮助确定变压器状况的另一个有用工具。

振动可能由变压器铁芯段松动、绕组松动、屏蔽问题、零件松动或油冷却泵或风扇轴承损坏引起 .在评估振动源时必须格外小心。很多时候，控制面板中的面板盖、门或螺栓/螺钉松动，或外部松动，都被误诊为水箱内部的问题。

核心绝缘电阻

要进行此测试，必须断开有意的核心接地 .

这可能很困难，可能需要排掉一些油才能完成此操作。

在某些变压器上，铁芯接地通过绝缘套管引出，很容易接触 .

绝缘电阻的预期值 分别是：

• 新变压器：> 1000 MΩ
• 服务老化变压器：> 100 MΩ

10 到 100 之间的值 兆欧 揭示绝缘的可能损坏 在核心和地面之间 和值低于 10 兆欧 可以产生破坏性循环电流 必须进一步调查。

红外热成像

红外热成像 （红外 ) 是一种非接触和非破坏性 检测电气系统问题的方法。

所有电气和机械设备都会以电磁辐射的形式散发热量。红外热像仪对热辐射敏感，可以检测和测量表面之间的温差。

异常或意外的热模式可能表明设备存在问题，可能导致故障或故障，或引起火灾。

通常每 2 或 3 年进行一次红外分析 ，如果可能，当设备通电并处于满负荷状态，但特殊功能和环境条件可能需要进行 IR 每年一次。

IR 分析 还应在进行任何维护或测试后进行，以查看损坏的连接是否正确重建。此外，如果 IR 在工厂热运行期间完成，结果可以作为以后比较的基线。

变压器的以下组件通常会受到IR 分析：

• 坦克
• 散热器和冷却系统
• 衬套
• OLTC

另请阅读：变压器铭牌（一般要求）。

坦克

异常高的外部温度或变压器油箱的异常热模式表明变压器内部存在问题，例如油位低、循环杂散电流、冷却阻塞、屏蔽松动、分接开关问题等.

异常高温会损坏或破坏变压器绝缘，从而缩短预期寿命。

一个IR 检查可以发现过热情况或不正确的热模式。 红外 扫描和分析需要经验丰富的训练有素的员工 在这些技术中。

散热器和冷却系统

散热器 必须使用红外摄像机进行检查 并相互比较。

一个冷散热器或段 表示阀门已关闭 或散热器或段 已插入 .

如果目测 显示阀门打开 , 散热器或段 必须隔离、排空和清除堵塞物 .

以减少冷却运行的变压器将有其使用寿命 大大缩短 （工作温度升高 只有 8 到 10 ^o C 将减少 变压器寿命 减半 )。

套管和绝缘子

a) 油位

IR 套管扫描可显示低油位 ，这将需要立即断电和更换 .

一般原因是套管底部的密封 失败，漏油进入变压器 . 顶印 可能失败 , 也允许 空气和水分 进入顶部 .

油位过高 在衬套中 通常是指衬套底部的密封 失败了 和储油柜的油头，或氮气压力 , 将变压器油推到套管上 .

另一个衬套可能出现高油位的原因 顶部密封是否泄漏 ，允许水进入 . 水迁移到衬套底部，向上置换油 .

超过 90% 衬套故障 归因于进水 通过顶部密封 .

衬套 通常灾难性地失败 ，多次破坏主机变压器及附近设备 并对工人造成危害 .上一页 IR 必须将同一套管的扫描与当前扫描进行比较。

b) 套管连接

衬套 有两个内部连接 , 一个在头部 和另一个更深的内部连接到变压器公司 伊尔。

两者都会出现在外部，但头部连接将位于套管的上部，而线圈连接将位于套管的底部。

裂纹问题 已在某些绝缘体中发现 影响绝缘体的电气和机械强度 .

当表面水分存在时，一个非常小的放电电流流过绝缘体表面，使温度升高一到两度。当绝缘体破裂 放电电流 流下裂缝而不是表面，绝缘体显示出稍微冷 .

当破解 变得足够严重 温度升高可能会变得明显 .

OLTC（有载分接开关 )

OLTC 的温度 盖子应该是相同的温度 作为变压器本身 .

热源在 OLTC 外壳内部 并且相当热 高于指示温度 .

一个外部OLTC 隔间的温度应不高于变压器主体 .如果天气暖和 ，它表示内部抽头连接可能发热 .

抽头检查的一个困难是所有抽头在检查时都没有连接，因此结果可能不是结论性的 .

^[1] NETA :国际电气测试协会（美国）。

^[2] 在严重的内部故障之后执行 或每 8-10 年 s of 持续运作 ，即当变压器遭受严重的过载循环或外部短路 .这些活动必须由专业人员执行 .

^[3] 梅格 是一个商标 ，但这个设备以这个名字为人所知。

^[4]  参见第 7 章，即红外热成像。

^[5] IEC：国际电工委员会。

^[6] 仅当此测试在 FAT 期间执行时 – 工厂验收测试。

关于作者：Manuel Bolotinha

- 电气工程学士学位 - 能源和电力系统（1974 - Instituto Superior Técnico/里斯本大学）
- 电气和计算机工程硕士学位（2017 - Faculdade de Ciências e Tecnologia/新里斯本大学）
– 变电站和电力系统高级顾问；专业导师