應用改良三比值法進行充油電氣設備放電故障判斷時應注意的問題
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：改良三比值法是判斷充油電氣設備故障類型的重要方法。由于應用改良三比值法判斷設備故障類型時存在影響診斷結果的因素，因此，本文重點介紹應用改良三比值法判斷充油電氣設備放電故障應注意的問題，并結合兩個案例對問題進行深入分析，以減少誤判。
關鍵詞：改良三比值法;充油電氣設備;故障類型;案例分析
中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0072-03
Abstract： The improved three-ratio method is an important method to judge the fault types of oil-filled electrical equipment. Because there are some factors affecting the diagnosis results when using the improved three-ratio method to judge the fault type of oil-filled electrical equipment， this paper focused on the problems that should be paid attention to when using the improved three-ratio method to judge the discharge fault of oil-filled electrical equipment， and carried out in-depth analysis of the problems combined with two cases in order to reduce the misjudgment.
Keywords： improved three-ratio method;oil-filled electrical equipment;failure type;case analysis
1 研究背景
充油電氣設備放電故障[1]是設備內部發生放電導致絕緣性能惡化。按照發生放電的強弱，放電故障可分為高能放電（電弧放電）、低能放電（火花放電）和局部放電三種。當變壓器內部發生放電或過熱等潛伏性故障時，所產生的特征氣體經對流擴散不斷溶解到油中，這些特征氣體組分組成和含量與故障的類型及嚴重程度密切相關。取油中的特征氣體進行色譜試驗，依據電力行業標準《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（DL/T 722—2014）[2]（以下簡稱《導則》）三比值法分析，能較為準確地判斷出充油電氣設備放電的故障類型。
然而，在實際應用過程中，若存在新老故障重疊、取樣操作不規范、檢測準確度較差、機械式依賴特征氣體的比值等情況，會對充油電氣設備故障類型造成誤判。為了解決三比值法在變壓器故障診斷中存在的問題，張衛華等人[3]提出了一種基于B樣條理論改進的變壓器三比值故障診斷方法，通過柔性自適應地調整B樣條曲面的形狀，來提高診斷精度。楊廷方等人[4]通過將模糊C-均值聚類分析原理（FCM）和IEC三比值法相結合，以定量確定故障在特征氣體空間上的聚集效應，從而提高對故障類型的診斷精度。本文介紹了改良三比值法，并探討應用改良三比值法進行充油電氣設備故障類型判斷應注意的問題。
2 改良三比值法
若充油電氣設備色譜分析測得值超過《導則》給出的各項指標注意值，同時產氣速率超標嚴重，則可判明電氣設備存在故障。在判明電氣設備存在內部故障后，可通過三比值法對故障類型進行診斷。
絕緣油的熱力學研究表明，隨著故障點溫度的升高，充油電氣設備油裂解產生烴類氣體，按CH4→C2H6→C2H4→C2H2的順序推移，并且H2是低溫時由局部放電離子碰撞游離所產生的。同時，大量實踐研究表明，充油電氣設備的故障類型不僅與油中溶解氣體的組分含量有關，還與氣體的相對含量關系密切。基于上述觀點，國際電工委員會（IEC）在熱動力原理和實踐的基礎上，根據充油電氣設備油中氣體組分之間濃度比值與故障類型之間存在的關系，從5種（H2、CH4、C2H4，C2H6、C2H2）特征氣體中選取兩種溶解度和擴散系數相近的氣體組成三對比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），以不同的編碼表示，即三比值法[5]。隨后，在大量應用三比值法的基礎上，IEC對編碼相應的比值范圍、編碼組合和故障類型進行了改良，即改良的三比值法。以《導則》為例，改良的三比值法編碼表及所屬故障如表1和表2所示。
3 應用改良三比值法判斷設備故障類型應注意的問題
①使用改良的三比值法首先要確定變壓器處于“故障狀態”，只有在特征氣體組分含量超過《導則》給出的注意值且產氣速率也超標的情況下，才能進一步用三比值法判斷故障類型。對于氣體含量不超標且無增長趨勢的設備，其比值沒有意義。
②需要特別注意計算編碼首位的比值[6]（C2H2/C2H4）。編碼首位大致決定了故障的類型，若首位為“0”，對應的是過熱或局部放電;首位為“1”，對應的是電弧放電;首位為“2”對應的是低能放電。
③當特征氣體比值發生變化時，應注意是否有新的故障和老故障重疊。為得到新故障的特征氣體比值，要從檢測結果中減去上一次的檢測數據，即如果在故障發生前油中已經有某種較高含量的特征氣體時，應減去故障前特征氣體的組分再重新計算比值，如變壓器正常運行時溫度較高，會產生CH4、C2H4組分。C2H2含量通常非常小，在應用三比值法進行計算時應減去故障前的CH4、C2H4組分。
④應注意各種可能降低測量準確度的因素。由于溶解氣體分析本身存在的試驗誤差，導致氣體比值也存在某些不確定性。對氣體濃度大于10μL/L的氣體，兩次的測試誤差不應大于平均值的10%，而在計算氣體比值時，誤差提高到20%。當氣體濃度低于10μL/L時，誤差會更大，使比值的精確度迅速降低。尤其是對正常值較低的電壓互感器、電流互感器和套管，更要注意這種情況。若要準確確定故障類型，應注意是否存在取樣、檢測、分析各環節導致某組分數據的偏差而改變了比值，確保在相同的油溫、相同位置取樣，且死油得到充分排放。 ?、萏卣鳉怏w的比值，應在電氣設備故障下不斷產氣的情況下進行色譜取樣檢測才有意義，否則，若故障產氣過程停止或者設備停運已久，特征氣體存在逸散或回溶現象，其組分間比值將發生變化而失去意義。
⑥當故障涉及固體絕緣的正常老化過程與故障情況下的劣化分解時，將引起CO和CO2含量明顯增長，表2中無此編碼組合。此時，要利用CO2/CO比值配合診斷。
⑦在實際應用中，當有多種故障聯合作用時，可能在表中找不到相對應的比值組合;同時，在三比值編碼邊界模糊的比值區間內的故障，往往易誤判。此時，應結合數據結構法、特征氣體法等其他方法進行綜合判斷。
電弧放電（高能放電）、火花放電（低能放電）和局部放電，三種放電形式既有一定的區別，也有一定的聯系。其區別在于放電能級和產氣組分，聯系是指局部放電是火花放電、電弧放電的前兆，而局部放電也是后兩種放電發展后的必然結果。充油電氣設備中出現的放電故障，一般處于逐步發展的狀態，同時也不是單一的類型，一般是一種類型伴隨著另外一種類型的發展，或者有幾種類型同時出現。因此，要認真分析，具體對待。接下來結合兩個案例展開說明和分析。
4 案例分析
4.1 某變壓器乙炔超標
某變壓器型號為ODFPS-250000/500，2001年12月投運，期間運行情況良好，而在2015年11月24日進行分接開關操作后C相油色譜實驗時發現乙炔超標。該變壓器排油后，打開變壓器進人孔，進入變壓器內部，經檢查，確定故障原因為分接開關操作桿與分接頭之間接觸不良，引起火花放電。前幾次故障具體油色譜結果如表3所示。
2015年12月17日發現該變壓器C相乙炔為3.326μL/L，且相對產氣速率高于注意值。依據《導則》初步判斷，乙炔超標，該變壓器處于故障狀態。根據改良三比值法計算，比值C2H2/C2H4得到的編碼為1;比值CH4/H2得到的編碼為1;比值C2H4/C2H6得到的編碼為0。從表2可知，故障類型為電弧放電。
根據《導則》的特征氣體法判斷，2015年12月17日油色譜數據中，甲烷占總烴的78.4%，在60%～90%，且氫氣是甲烷量的13倍，在10～40倍。同時，從該變壓器油色譜歷史數據來看，氫氣和甲烷也對應增長，屬于火花放電的特征。而電弧放電產生的特征氣體組分主要是H2和C2H2，總烴含量較高，乙炔占總烴的10%～50%。這里乙炔與總烴的比值為0.023。造成判斷錯誤的原因是沒有充分考慮特征組分的增量變化，將12月17日測定數據減去9月10日（故障前）測定數據然后再重新計算，比值C2H2/C2H4得到的編碼為2，故障類型屬于火花放電，與實際故障相符。
4.2 某電流互感器乙炔異常分析
某水電廠220kV電流互感器A相于2015年8月23日遭雷電沖擊，表4為油中溶解氣體色譜跟蹤分析數據。
220kV及以下運行中電氣設備油中溶解氣體含量乙炔的注意值為2，氫氣的注意值為300，電流互感器A相油色譜數據中乙炔超標。乙炔和氫氣含量突出，總烴絕對值不高，是火花放電的典型特征。根據2015年8月31日油色譜檢測得到的數據，若按照改良三比值法的編碼規則和故障類型的判斷方法，其數據結構呈現102電弧放電特征。后期對該電流互感器進行油色譜跟蹤分析，發現數據結構仍呈現內部火花放電特征，基本判斷為金屬毛刺因場強分布不均勻引發的小的火花放電產生的乙炔，放電將毛刺燒圓滑后使得電場強度變得均勻，這種放電往往是一次性的，乙炔含量也沒有增加。因此，在應用改良三比值法診斷設備故障類型時，要結合特征氣體法、數據結構法等其他方法進行綜合分析判斷。
5 結論
改良的三比值法是判斷充油電氣設備故障類型的有效方法之一。在實際應用過程中，要根據故障或缺陷的不同發展階段，充分掌握《導則》中關于改良三比值法的應用原則，全面了解在應用改良的三比值法進行設備故障類型診斷中應注意的問題，并結合數據結構法、特征氣體法等其他方法進行綜合判斷，正確評判設備狀況，從而制定針對性的檢修策略。
參考文獻：
[1]李德志，寇曉適，曹宏偉，等.電力變壓器油色譜分析及故障診斷技術[M].北京：中國電力出版社，2013.
[2]國家能源局.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則：DL/ T722—2014[S].北京：中國標準出版社，2014.
[3]張衛華，苑津莎.應用B樣條理論改進的變壓器三比值故障診斷方法[J].中國電機工程學報，2014（24）：4129-4136.
[4]楊廷方，劉沛，李景祿，等.FCM結合IEC三比值法診斷變壓器故障[J].高電壓技術，2007（8）：66-70.
[5]使用中的浸漬礦物油的電氣設備 溶解和游離氣體分析結果解釋的導則：IEC 60599—1999[S].
[6]徐康健.變壓器油色譜分析中用三比值法判斷故障時應注意的問題[J].變壓器，2010（1）：75-76.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14889206.htm
