1、变压器故障检测技术绝缘结构及故障诊断技术讲解毕业设计（论文） 题 目 变压器故障检测技术-绝缘结构及故障诊断技术 班 级 姓 名 指导教师 摘 要电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可能完全避免，且引发故障和事故又出于众多方面的原因。如外力的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中遗留的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化
2、及预期寿命的影响，已成为发生故障的主要因素。其中，绝缘结构及其故障严重时会造成事故和导致事故的扩大，从而危及电力系统的安全运行.关键词：电力变压器故障 检测 绝缘结构 绝缘故障 诊断AbstractPower transformer is one of the key equipment in power system, it bear the voltage transform, power distribution and transmission, and provide power service. As a result, the normal operation of the tr
3、ansformer is the electric power system safe, reliable, high quality and the important guarantee of economic operation, must maximize prevent and reduce the number of transformer faults and accidents. But as a result of transformer running for a long time, always cant completely avoid failure and acc
4、ident, and the cause of failure and accident due to many reasons. Such as the destruction of the external force and influence of irresistible natural disasters, the problems existing in the installation and maintenance, maintenance and manufacturing process of the legacy of the defective equipment s
5、uch as accidents, especially in power transformer insulation aging after long-term operation, the influence of material degradation and life expectancy, has become the main factor of failure. Among them, the insulation structure and its failure will lead to accidents and serious accidents, so as to
6、endanger the safe operation of power system. .Keywords: insulation structure of insulation fault diagnosis electric power transformer fault detection 目 录摘 要 1第一章 变压器运行中的异常现象与故障处理 41.1变压器运行中的各种异常现象及故障的形成原因 41.2变压器在运行中不正常现象的处理方法 8第二章 变压器故障 102.1绝缘结构及故障诊断 102.2固体纸绝缘故障 112.3液体油绝缘故障 132.4干式树脂变压器的绝缘特性 16第
7、三章 变压器故障检测 203.1 绝缘电阻的试验原理 213.2绝缘电阻的试验类型 223.3绝缘电阻的试验方法 243.4绝缘电阻的测试分析 253.5绝缘电阻检测与诊断实例 26第四章 变压器故障诊断 274.1变压器故障综合处理 274.2故障类型的判断 28致 谢 30参考文献 31第一章 变压器运行中的异常现象与故障处理变压器在输配电系统中占有极其重要的地位，与其它电气设备相比其故障率较低，但是一旦发生故障将会给电力系统及工农业生产带来极大的危害。因此，能针对变压器在运行中的各种异常及故障现象，作出迅速而正确的判断、处理，尽快消除设备隐患及缺陷，从而保证变压器的安全运行，进而保证电力
8、系统的安全运行，是我们每一个电力运行人员应具备的基本技能。电力变压器是发电厂和变电站的主要设备之一。变压器的用途是多方面的，不但需要升高电压把电能送到用电地区，还要把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之升压与降压都必需由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。变压器是由铁芯、线圈、油箱、油枕、呼吸器、防暴管、散热器、绝缘套管、分接开关、瓦斯继电器、还有温度计、热虹吸、等附件组成。通过对变压器运行中的各种异常及故障现象的浅析，能对变压器的不正常运行和处
9、理方法得以了解、掌握。在处理变压器异常及故障时能正确判断、果断处理。在正常巡视变压器时及时发现隐患、缺陷，使设备在健康水平下运行。1.1变压器运行中的各种异常现象及故障的形成原因（一）声音异常正常运行时，由于交流电通过变压器绕组，在铁芯里产生周期性的交变磁通，引起硅钢片的磁质伸缩，铁芯的接缝与叠层之间的磁力作用以及绕组的导线之间的电磁力作用引起振动，发出的“嗡嗡”响声是连续的、均匀的，这都属于正常现象。如果变压器出现故障或运行不正常，声音就会异常，其主要原因有： 1.变压器过载运行时，音调高、音量大，会发出沉重的“嗡嗡”声。2.大动力负荷启动时，如带有电弧、可控硅整流器等负荷时，负荷变化大，又
10、因谐波作用，变压器内瞬间发出“哇哇”声或“咯咯”间歇声，监视测量仪表时指针发生摆动。3.电网发生过电压时，例如中性点不接地电网有单相接地或电磁共振时，变压器声音比平常尖锐，出现这种情况时，可结合电压表计的指示进行综合判断。4.个别零件松动时，声音比正常增大且有明显杂音，但电流、电压无明显异常，则可能是内部夹件或压紧铁芯的螺钉松动，使硅钢片振动增大所造成。5.变压器高压套管脏污，表面釉质脱落或有裂纹存在时，可听到“嘶嘶”声，若在夜间或阴雨天气时看到变压器高压套管附近有蓝色的电晕或火花，则说明瓷件污秽严重或设备线卡接触不良。6.变压器内部放电或接触不良，会发出“吱吱”或“劈啪”声，且此声音随故障部
11、位远近而变化。 7.变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械接触时，会产生连续的有规律的撞击或磨擦声。 8.变压器有水沸腾声的同时，温度急剧变化，油位升高，则应判断为变压器绕组发生短路故障或分接开关因接触不良引起严重过热，这时应立即停用变压器进行检查。9.变压器铁芯接地断线时，会产生劈裂声，变压器绕组短路或它们对外壳放电时有劈啪的爆裂声，严重时会有巨大的轰鸣声，随后可能起火。 （二）外表、颜色、气味异常变压器内部故障及各部件过热将引起一系列的气味、颜色变化。1.防爆管防爆膜破裂，会引起水和潮气进入变压器内，导致绝缘油乳化及变压器的绝缘强度降低，其可能为内部故障或呼吸器不畅。2.呼吸器硅胶变色，可能
12、是吸潮过度，垫圈损坏，进入油室的水分太多等原因引起。3.瓷套管接线紧固部分松动，表面接触过热氧化，会引起变色和异常气味。（颜色变暗、失去光泽、表面镀层遭破坏。）4.瓷套管污损产生电晕、闪络，会发出奇臭味，冷却风扇、油泵烧毁会发生烧焦气味。5.变压器漏磁的断磁能力不好及磁场分布不均，会引起涡流，使油箱局部过热，并引起油漆变化或掉漆。（三）油温油色异常变压器的很多故障都伴有急剧的温升及油色剧变，若发现在同样正常的条件下（负荷、环温、冷却），温度比平常高出10以上或负载不变温度不断上升（表计无异常），则认为变压器内部出现异常现象，其原因有：1.由于涡流或夹紧铁芯的螺栓绝缘损坏会使变压器油温升高。2.
13、绕组局部层间或匝间短路，内部接点有故障，二次线路上有大电阻短路等，均会使变压器温度不正常。3.过负荷，环境温度过高，冷却风扇和输油泵故障，风扇电机损坏，散热器管道积垢或冷却效果不良，散热器阀门未打开，渗漏油引起油量不足等原因都会造成变压器温度不正常。4.油色显著变化时，应对其进行跟踪化验，发现油内含有碳粒和水分，油的酸价增高，闪电降低，随之油绝缘强度降低，易引起绕组与外壳的击穿，此时应及时停用处理。（四）油位异常1.假油位：（1）油标管堵塞；（2）油枕呼吸器堵塞；（3）防暴管气孔堵塞。2.油面过低：（1）变压器严重渗漏油；（2）检修人员因工作需要，多次放油后未补充；（3）气温过低，且油量不足；
14、（4）油枕容量不足，不能满足运行要求。（五）渗漏油变压器运行中渗漏油的现象比较普遍，主要原因有以下：1.油箱与零部件连接处的密封不良，焊件或铸件存在缺陷，运行中额外荷重或受到震动等。2.内部故障使油温升高，引起油的体积膨胀，发生漏油或喷油。（六）油枕或防暴管喷油1当二次系统突然短路，而保护拒动，或内部有短路故障而出气孔和防暴管堵塞等。2内部的高温和高热会使变压器突然喷油，喷油后使油面降低，有可能引起瓦斯保护动作。（七）分接开关故障变压器油箱上有“吱吱”的放电声，电流表随响声发生摆动，瓦斯保护可能发出信号，油的绝缘降低，这些都可能是分接开关故障而出现的现象，分接开关故障的原因有以下几条：1.分接
15、开关触头弹簧压力不足，触头滚轮压力不均，使有效接触面面积减少，以及因镀层的机械强度不够而严重磨损等会引起分接开关烧毁。2.分接开关接头接触不良，经受不起短路电流冲击发生故障。3.切换分接开关时，由于分头位置切换错误，引起开关烧坏。4.相间绝缘距离不够，或绝缘材料性能降低，在过电压作用下短路。（八）绝缘套管的闪络和爆炸故障套管密封不严，因进水使绝缘受潮而损坏；套管的电容芯子制造不良，内部游离放电；或套管积垢严重以及套管上有裂纹，均会造成套管闪络和爆炸事故。（九）三相电压不平衡1.三相负载不平衡，引起中性点位移，使三相电压不平衡。2.系统发生铁磁谐振，使三相电压不平衡。3.绕组发生匝间或层间短路，
16、造成三相电压不平衡。（十）继电保护动作继电保护动作，说明变压器有故障。瓦斯保护是变压器的主保护之一，它能保护变压器内部发生的绝大部分故障，常常是先轻瓦斯动作发出信号，然后瓦斯动作跳闸。轻瓦斯动作的原因：（1）因滤油、加油，冷却系统不严密致使空气进入变压器。（2）温度下降和漏油致使油位缓慢降低。（3）变压器内部故障，产生少量气体。（4）变压器内部故障短路。（5）保护装置二次回路故障。当外部检查未发现变压器有异常时，应查明瓦斯继电器中气体的性质：如积聚在瓦斯继电器内的气体不可燃，而且是无色无嗅的，而混合气体中主要是惰性气体，氧气含量大于6，油的燃点不降低，则说明变压器内部有故障，应根据瓦斯继电器内
17、积聚的气体性质来鉴定变压器内部故障的性质；如气体的颜色为黄色不易燃的，且一氧化碳含量大于12，为木质绝缘损坏；灰色的黑色易燃的且氢气含量在3以下，有焦油味，燃点降低，则说明油因过滤而分解或油内曾发生过闪络故障；浅灰色带强烈臭味且可燃的，是纸或纸板绝缘损坏。通过对变压器运行中的各种异常及故障现象的分析，能对变压器的不正常运行的处理方法得以了解、掌握。1.2变压器在运行中不正常现象的处理方法（一）运行中的不正常现象的处理1.值班人员在变压器运行中发现不正常现象时，应设法尽快消除，并报告上级和做好记录。2.变压器有下列情况之一者应立即停运，若有运用中的备用变压器，应尽可能先将其投入运行：（1）变压器
18、声响明显增大，很不正常，内部有爆裂声；（2）严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度；（3）套管有严重的破损和放电现象；（4）变压器冒烟着火。3.当发生危及变压器安全的故障，而变压器的有关保护装置拒动，值班人员应立即将变压器停运。4.当变压器附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对变压器构成严重威胁时，值班人员应立即将变压器停运。5.变压器油温升高超过规定值时，值班人员应按以下步骤检查处理：（1）检查变压器的负载和冷却介质的温度，并与在同一负载和冷却介质温度下正常的温度核对；（2）核对温度装置；（3）检查变压器冷却装置或变压器室的通风情况。若温度升高的原因由于冷却系统的故障，且在运行中无
19、法检修者，应将变压器停运检修；若不能立即停运检修，则值班人员应按现场规程的规定调整变压器的负载至允许运行温度下的相应容量。在正常负载和冷却条件下，变压器温度不正常并不断上升，且经检查证明温度指示正确，则认为变压器已发生内部故障，应立即将变压器停运。变压器在各种超额定电流方式下运行，若顶层油温超过105时，应立即降低负载。6.变压器中的油因低温凝滞时，应不投冷却器空载运行，同时监视顶层油温，逐步增加负载，直至投入相应数量冷却器，转入正常运行。7.当发现变压器的油面较当时油温所应有的油位显著降低时，应查明原因。补油时应遵守规程规定，禁止从变压器下部补油。8.变压器油位因温度上升有可能高出油位指示极
20、限，经查明不是假油位所致时，则应放油，使油位降至与当时油温相对应的高度，以免9.溢油。10.铁芯多点接地而接地电流较大时，应按排检修处理。在缺陷消除前，可采取措施将电流限制在100mA左右，并加强监视。11.系统发生单相接地时，应监视消弧线圈和接有消弧线圈的变压器的运行情况。（二）瓦斯保护装置动作的处理瓦斯保护信号动作时，应立即对变压器进行检查，查明动作的原因，是否因积聚空气、油位降低、二次回路故障或是变压器内部故障造成的。瓦斯保护动作跳闸时，在原因消除故障前不得将变压器投入运行。为查明原因应考虑以下因素，作出综合判断：（1）是否呼吸不畅或排气未尽； （2）保护及直流等二次回路是否正常；（3）
21、变压器外观有无明显反映故障性质的异常现象； （4）气体继电器中积聚气体量，是否可燃；（5）气体继电器中的气体和油中溶解气体的色谱分析结果； （6）必要的电气试验结果；（7）变压器其它继电保护装置动作情况。（三）变压器跳闸和灭火1.变压器跳闸后，应立即查明原因。如综合判断证明变压器跳闸不是由于内部故障所引起，可重新投入运行。若变压器有内部故障的征象时，应作进一步检查。 2.变压器跳闸后，应立即停油泵。3.变压器着火时，应立即断开电源，停运冷却器，并迅速采取灭火措施，防止火势蔓延。第二章 变压器故障油浸电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型
22、有：各相绕组之间发生的相问短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地由于变压器故障涉及面较广，具体类型的划分方式较多，如从回路划分主要有电路故障、磁路故障和油路故障。若从变压器的主体结构划分，可分为绕组故障、铁心故障、油质故障和附件故障。同时习惯上对变压器故障的类型一般是根据常见的故障易发区位划分，如绝缘故障、铁心故障、分接开关故障等。而对变压器本身影响最严重、目前发生机率最高的又是变压器出口短路故障，同时还存在变压器渗漏故障、油流带电故障、保护误动故障等等。
23、所有这些不同类型的故障，有的可能反映的是热故障，有的可能反映的是电故障，有的可能既反映过热故障同时又存在放电故障，而变压器渗漏故障在一般情况下可能不存在热或电故障的特征。这里,我们重点对比较常见的变压器绝缘结构故障的成因、影响、判断方法及应采取的相应技术措施等，进行描述。2.1绝缘结构及故障诊断 目前应用最广泛的电力变压器是油浸变压器和干式树脂变压器两种，电力变压器的绝缘即是变压器绝缘材料组成的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料(即油纸或树脂等)的寿命所决定的。实践证明，大多变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。据统计，因各种类型的绝缘故障形成的
24、事故约占全部变压器事故的85以上。对正常运行及注意进行维修管理的变压器，其绝缘材料具有很长的使用寿命。国外根据理论计算及实验研究表明，当小型油浸配电变压器的实际温度持续在95时，理论寿命将可达400年。设计和现场运行的经验说明，维护得好的变压器，实际寿命能达到5070年：而按制造厂的设计要求和技术指标，一般把变压器的预期寿命定为2040年。因此，保护变压器的正常运行和加强对绝缘系统的合理维护，很大程度上可以保证变压器具有相对较长的使用寿命，而预防性和预知性维护是提高变压器使用寿命和提高供电可靠性的关键。油浸变压器中，主要的绝缘材料是绝缘油及固体绝缘材料绝缘纸、纸板和木块等所谓变压器绝缘的老化，
25、就是这些材料受环境因素的影响发生分解，降低或丧失了绝缘强度。2.2固体纸绝缘故障固体纸绝缘是油浸变压器绝缘的主要部分之一，包括：绝缘纸、绝缘板、绝缘垫、绝缘卷、绝缘绑扎带等，其主要成分是纤维素，化学表达式为(C6H10O6)n，式中n为聚合度。一般新纸的聚合度为1300左右，当下降至250左右，其机械强度已下降了一半以上，极度老化致使寿命终止的聚合度为150200。绝缘纸老化后，其聚合度和抗张强度将逐渐降低，并生成水、CO、CO2，其次还有糠醛(呋喃甲醛)。这些老化产物大都对电气设备有害，会使绝缘纸的击穿电压和体积电阻率降低、介损增大、抗拉强度下降，甚致腐蚀设备中的金属材料。固体绝缘具有不可逆
26、转的老化特性，其机械和电气强度的老化降低都是不能恢复的。变压器的寿命主要取决于绝缘材料的寿命，因此油浸变压器固体绝缘材料，应既具有良好的电绝缘性能和机械特性，而且长年累月的运行后，其性能下降较慢，即老化特性好。(一)纸纤维材料的性能 绝缘纸纤维材料是油浸变压器中最主要的绝缘组件材料，纸纤维是植物的基本固体组织成分，组成物质分子的原子中有带正电的原子核和围绕原子核运行的带负电的电子，与金属导体不同的是绝缘材料中几乎没有自由电子，绝缘体中极小的电导电流主要来自离子电导。纤维素由碳、氢和氧组成，这样由于纤维素分子结构中存在氢氧根，便存在形成水的潜在可能，使纸纤维有含水的特性。此外，这些氢氧根可认为是
27、被各种极性分子(如酸和水)包围着的中心，它们以氢键相结合，使得纤维易受破坏：同时纤维中往往含有一定比例(约7左右)的杂质，这些杂质中包括一定量的水分，因纤维呈胶体性质，使这些水分尚不能完全除去。这样也就影响了纸纤维的性能。极性的纤维不但易于吸潮（水分使强极性介质），而且当纸纤维吸水时，使氢氧根之间的相互作用力变弱，在纤维结构不稳定的条件下机械强度急剧变坏，因此，纸绝缘部件一般要经过干燥或真空子燥处理和浸油或绝缘漆后才能使用，浸漆的目的是使纤维保持润湿保证其有较高的绝缘和化学稳定性及具有较高的机械强度。同时，纸被漆密封后，可减少纸对水分的吸收，阻止材料氧化，还会填充空隙，以减小可能影响绝缘性能、
28、造成局部放电和电击穿的气泡。但也有的认为浸漆后再浸油，可能有些漆会慢慢溶人油内，影响油的性能，对这类油漆的应用应充分子以注意。当然，不同成分纤维材料的性质及相同成分纤维材料的不同品质，其影响大小及性能也不同，如棉花中纤维成分最高，大麻中纤维最结实，某些进口绝缘纸板由于其处理加工好，使性能明显优于国产某些材质的纸板等。变压器大多绝缘材料都是用各种型式的纸(如纸带、纸板、纸的压力成型件等)作绝缘的。因此在变压器制造和检修中选择好纤原料的绝缘纸材料是非常重要的。纤维纸的特殊优点是实用性强、价格低、使用加工方便，在温度不高时成型和处理简单灵活，且重量轻，强度适中，易吸收浸渍材料(如绝缘漆、变压器油等)
29、。(二)纸绝缘材料的机械强度油浸变压器选择纸绝缘材料最重要的因素除纸的纤维成分、密度、渗透性和均匀性以外，还包括机械强度的要求，包括耐张强度、冲压强度、撕裂强度和坚韧性： 1)耐张强度：要求纸纤维受到拉伸负荷时，具有能耐受而不被拉断的最大应力。2)冲压强度：要求纸纤维具有耐受压力而不被折断的能力的量度。3)撕裂强度：要求纸纤维发生撕裂所需的力符合相应标准。4)坚韧性：是纸折叠或纸板弯曲时的强度能满足相应要求。判断固体绝缘性能可以设法取样测量纸或纸板的聚合度，或利用高效液相色谱分析技测量油中糠醛含量，以便于分析变压器内部存在故障时，是否涉及固体绝缘或是否存在引起线圈绝缘局部老化的低温过热，或判断
30、固体绝缘的老化程度。对纸纤维绝缘材料在运行及维护中，应注意控制变压器额定负荷，要求运行环境空气流通、散热条件好，防止变压器温升超标和箱体缺油。还要防止油质污染、劣化等造成纤维的加速老化，而损害变压器的绝缘性能、使用寿命和安全运行。(3)纸纤维材料的劣化主要包括三个方面： 1)纤维脆裂。当过度受热使水分从纤维材料中脱离，更会加速纤维材料脆化。由于纸材脆化剥落，在机械振动、电动应力、操作波等冲击力的影响下可能产生绝缘故障而形成电气事故。 2)纤维材料机械强度下降。纤维材料的机械强度随受热时间的延长而下降，当变压器发热造成绝缘材料水分再次排出时，绝缘电阻的数值可能会变高，但其机械强度将会大大下降，绝
31、缘纸材将不能抵御短路电流或冲击负荷等机械力的影响。 3)纤维材料本身的收缩。纤维材料在脆化后收缩，使夹紧力降低，可能造成收缩移动，使变压器绕组在电磁振动或冲击电压下移位摩擦而损伤绝缘。2.3液体油绝缘故障液体绝缘的油浸变压器是1887年由美国科学家汤姆逊发明的，1892年被美国通用电气公司等推广应用于电力变压器，这里所指的液体绝缘即是变压器油绝缘。油浸变压器的特点：大大提高了电气绝缘强度，缩短了绝缘距离，减小了设备的体积；大大提高了变压器的有效热传递和散热效果，提高了导线中允许的电流密度，减轻了设备重量，它是将运行变压器器身的热量通过变压器油的热循环，传递到变压器外壳和散热器进行散热，从而提高了有效的冷却降温水平；由于油浸密封而降低了变压器内部某些零部件和组件的氧化程度，延长了使用寿命。(一)变压器油的性能运行中的变压器油除必须具有稳定优良的绝缘性能和导热性能以外，还需具有的性质标准如表2-1所示。2-1运行变压器油的性质标准其中绝缘强度tg8、粘度、凝点和酸价等是绝缘油的主要性质指标。 从石油中提炼制取的绝缘油是各种烃、
