基于变压器缺陷数据的故障预测研究_大学本科毕业论文(编辑修改稿)

基于变压器缺陷数据的故障预测研究_大学本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

⑴ 总 结 并深入学习 变压器类型、变压器各类故障及其诊断技术 相关知识； ⑵ 学 习 变压器故障预测技术； ⑶ 对 灰色系统预测方法做深入的研究； ⑷ 建 立变压器故障 灰色预测模型。 ⑸ 用实例证明本文提出的预测模型的有效性。 ⑹ 总 结上述研究成果，并提出了进一步研究的方向。 6 第 2 章 变压器故障分析 目前电力系统中运用的各种变压器原理相同，均为电磁感应；但因各种需要，它们的结构组成并不完全相同。 本章介绍各种变压器类型以及故障类型，并着重分析目前应用最为 广泛的油浸 式变压器的 缺陷数据及其故障预测对应关系。 变压器介绍 变压器原理 变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感应原理，将一种交流电压的电能转换成同一频率的另一种交流电压的电能。 在电力系统中，为了将大功率的电能运送到远距离的用户区，需要采用升压变压器将发出的电压逐级升高到 220kV~500kV，以减少线路损耗；在电能输送到用户地区后，再用降压变压器逐级降低到配电电压，供动力设备、照明使用。 在电力传输中，变压器具有极为重要的作用。 变压器分类 变压器可以按照用途、绕组数目、相数、冷 却方式分别进行如下分类。 ⑴ 按照用途分类为：电力变压器、电炉变压器、整流变压器、电焊变压器、试验变压器、调压变压器、电抗器、互感器、特殊用途变压器。 ⑵ 按照绕组数目分类为：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器。 ⑶ 按照电源输出相数分类为：单相变压器、三相变压器。 ⑷ 按照冷却方式分类为：以空气为冷却介质的干式变压器、以油为冷却介质的油浸式变压器。 ⑸ 按照调压方 式分类为：无载调压变压器、有载调压变压器。 ⑹ 按照铁心结构分类为：芯式变压器、壳式变压器。 ⑺ 按照中性点绝缘水平分类为：全绝缘变压器、分级绝缘变压器。 ⑻ 按照导线材料分类为：铜导线变压器、铝导线变压器。 ⑼ 按照防潮方式分类为：开启式变压器、密封式变压器、全密封式变压器。 变压器的基本结构 变压器的主要构件是铁芯和绕组。 铁芯和绕组通过绝缘组装和引线组装组成变压器的器身，将器身装在 油箱外壳内 , 浸上变压器用绝缘油 , 再配置上各种附 7 件装置 , 就构成了油浸电力变压器。 不浸绝缘油的器身 , 直接配置附件装置的变压器称为干式变压器。 变压器附件 , 按变压器容量及电压等级的不同有不同的设置 ,变压器采用的组配件数量很多。 可按组配件用途分类为六大部分或称六大装置 , 即散热装置、调压装置、引出装置、保护装置、测量装置和起吊运输装置。 变压器的安装方式 正确安装变压器是保证变压器安全运行的重要条件之一。 变压器安装方式有多种。 但概括起来可分为室内、室外两大类。 室内称为配电室；室外有杆架式、台 墩式和落地式变台。 ⑴ 变压器的室内布置 室内布置就是把变压器装设在室内，将高压线路经穿墙套管或用高压电缆引入，经高压开关柜接至变压器，它的低压侧经低压开关柜或开关板送出。 需要建筑专用的变压器室。 将变压器放置在室内运行，具有清洁、安全等优点，但配电室必须达到 1级耐火标准，具有良好的通风条件，门窗耐火，并能防止小动物及雨水侵入。 室内通道应宽敞，以满足安装上规定的要求。 ⑵ 变压器的室外布置 变压器的室外布置根据其容量的大小、装设地区的不同以及吊运是否方 便 .通常有杆架式、台墩式和落地式三种安装方式。 变台是指变压器和它的附属设备的总称。 ① 杆架式，杆架式变台又分为单杆变台、双杆变台和三杆变台三种。 单杆变台是将变压器、高压跌落式熔断器和高压避雷器装在一根电杆上。 适用于安装 50kVA 及以下变压器。 结构简单、安装方便、用料和占地都比较少。 双杆变台是在离地 ～ 3m 的两根杆上安装，在台架上方 2m 处装设母线架，高压引线接在母线架上，杆上还装横担并安装室外跌落熔断器、避雷器和引线。 三杆变台由高压线电杆和另外两根电杆组成。 高压线 电杆上只装设高压跌落式熔断器，与另两根电杆组成的台架供安装变压器使用。 ② 台墩式，地台式变台用砖石砌成高 ～ 2m 的台墩，把变压器安放在上面。 其特点是高压线的终端杆可兼作低压线路的始端杆、结构简单、基础牢固、造价较低。 8 ③ 落地式，落地式变台是把变压器安置在地面矮台上，适合于 500kVA 以上大容量的变压器。 这种变台占地多，但拆装、运输方便。 为防水浸，变压器底部基座要高出最大洪水的高度。 变压器故障分析 变压器在长时间运行过程中，由于各种 内因外因的影响，难免发生故障。 变压器故障主要发生在绕组、铁芯、套管、分接开关和油箱等部位。 最常见的故障是绕组故障，如 绕组变形、绕组和铁芯压紧松动等机械故障； 其中绝缘老化和层间绝缘损坏的是最多的；其次是套管损坏、分接开关失灵、绝缘油劣化，铁芯和其他零件的故障较少。 电力系统根据引起故障的原因，一般将电力变压器故障分为内部故障和外部故障两种情况： ⑴ 内部故障包括： 绕组和铁芯压紧的松动；绕组谐振； 绕组的相间短路、接地短路和绕组的匝间短路； 过热；绝缘退化；氧化；受潮；绝缘油的固态污 染；局部放电；设计和制造缺陷；磁路故障，铁芯多点接地；由于铁芯、开关、引出线绝缘损伤，导致局部温度过高。 内部故障会引起火灾甚至使油箱爆炸，使变压器发生严重损坏。 ⑵ 外部故障包括： 雷击；系统切换误操作；系统过载；系统故障如短路；外部故障主要表现在油箱壳以外 套管及引线上产生的各种相间及接地短路。 绝缘套管发生闪络放电，高低压引线间发生多路等，变压器的 引线发生故障，如：绝缘损坏或击穿、内部断线、绕组匝间层间出现短路以及绕组发生变形等情况。 绝缘系统发生故障，主要指绝缘油故障和主绝缘中发 生故障，一般指相间发生短路、绝缘系统有受潮现象、绝缘油出现异常、出现围屏树枝状放电等 [9]。 下面就举例分析一下电力变压器实际运行中的各种故障以及解决方案： 变压器声音发生异常 ⑴ 当压紧铁芯或夹件的螺丝钉松动时，仪表指示正常，其绝缘油的油位、温度与颜色也会没有明显的变化，但声音嘈杂而大，应立即停运并进行检查； ⑵ 变压器的内部接触不良或机体绝缘击穿，变压器表现出“ 噼啪”或“吱吱”的声音，且响声随故障点的远近发生变化，应立即停运并进行检查 ； 9 ⑶ 变压器匝间短路或分接开关接触不良，局部点温度较高，导致附近零件严重发热使油气化。 发出“咕噜咕噜”水沸腾的声音。 应立即停运并进行检查； ⑷ 使用大容量动力设备时，其负荷会发生较大变化，变压器也会发出很大声音，谐波分量使变压器内瞬间发出咯咯的间歇性声音。 应立即停运并进行维修； ⑸ 变压器部分零件振动，造成机械接触或静电放电引起的有规律、连续的摩擦或撞击声，没有太大危险，不必立即停止运行，可在计划检修时再排查。 变压器温度发生异常 变压器过热对其本身有很大的危害，温度升高使绝缘体的机械强度和耐压度降低甚至损坏绝缘体，导致变压器使用寿命缩短。 油温异常升高是变压器过热的主要表现；主要体现在变压器超负荷运行、冷却装置故障或绝缘油颜色变化等。 当变压器油温过高时，应对以上原因逐一检查，做出准确判断，及时处理。 ⑴ 若运行仪表指示超过变压器最大负荷，而单相变压器组三相温度计指示基本一致，冷却装置指示正常，变压器也正常时，油温升高就是由超负荷引起的，要对变压器加强监视，并及时向上级调度部门汇报，可 转移负荷或缩短负荷时间。 ⑵ 冷装置发生故障，也会导致变压器温度升高；如冷却装置没有投入运行，应立即投入运行；冷却装置发生故障，要及时进行处理，排除故障。 ⑶ 绝缘油颜色发生显著变化，绝缘油在运行中可能与空气接触，并吸收空气中水分，导致绝缘性能下降；油常在高温环境中运行，与氧接触产生酸性氧化物，腐蚀金属或绝缘，增加介质损耗，降低绝缘，引发闪络使外壳或绕组被击穿。 ⑷ 指示发生误报，在变压器的运行中，远装置温度指示异常，但现场 中温度指示正常，且无其它故障。 表明远装置测温系统出现故障，可安排时间进行检查 [10]。 变压器油枕故障 油枕油位已注满时，呼吸器出现变压器油向外喷流，但是其它装置表现均为正常，停止变压器的运行，对变压器进行电气试验，试验结果正常。 拆开视察窗进行检查，未看到油，这表明油枕出现故障。 铁芯多点接地故障 变压器铁芯出现两点以上的接地，称为多点接地；导致产生涡流，铁芯过热，绝缘油劣化变质，严重时还会将铁芯烧毁，接地线烧断。 发现铁芯多点接地后，要立即停电，检查及处理吊芯。 如果系统暂时不能停电， 可采用临时串联电阻的方法，为外引铁芯接地回路上串联电阻，对环流的增 10 加进行限制，防止故障再发生恶化。 在串联电阻前，要对铁芯接地回路的环流及开路电压分别进行测量，计算对应串电阻的阻值。 为保障变压器正常运行，应避免铁芯多点接地，实践中将铁芯与外壳进行可靠地连接，以保证铁芯与外壳的等电位。 绝缘老化 绝缘老化导致大部分的变压器都严重的缩短了服役时间。 变压器正常运行中，绝缘材料也在不断的损耗，当使用达到一定的年限时，绝缘材料就会严重老化，出现发黑、枯焦等情况；而在超负荷运行等条件下，其绝缘将加速老化， 只要绕组稍受震荡或略受摩擦，绝缘即可完全变形甚至损坏，导致匝间或层间短路。 绝缘老化后绝缘性能也明显降低，容易击穿。 制定一定的保障制度，降低老化的速度可以增加变压器的使用年限 [11]。 放电故障 根据放电的能量密度的大小，变压器的放电故障常分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型。 放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏，并使绝缘击穿；另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，导致热击穿。 分接开关 故障 ⑴ 无载分接开关故障 变压器漏油时，分接开关会在空气中裸露，从而会引发分接开关的绝缘受潮，容易导致放电短路的发生，引起变压器的损坏。 ⑵ 有载分接开关故障 有载分接开关在频繁的切换操作过程中，会产生电弧，导致油中产生乙炔等可燃性气体，此时切换开关将会造成油内渗进入变压器主体油中，造成主体油箱内可燃性气体含量的异常增加，威胁变压器的可靠运行。 分接头接触不良会导致局部温度过高、防爆器失效、气体继电器误动作、闪络或放电等 [12]。 短路引起 的故障 变压器短路故障主要是变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路 及相与相之间发生的短路而导致的故障。 11 当变压器发生二次侧短路、接地等故障时，二次侧将会产生高于额定电流 23倍的短路电流，在一次侧必然要产生很大的电流来抵消二次侧短路电流的消磁作用，如此大的电流作用于高电压绕组上，线圈内部将产生很大的机械应力，致使线圈压缩，其绝缘衬垫、垫板就会松动脱落，铁芯夹板螺丝松弛，高压线圈畸变或崩裂，导致变压器在很短的时间内烧毁， 严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此应引 起足够重视。 变压器二 次侧短路也是造成变压器损坏最多的故障。 过电压引起的故障 电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的电压异常升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。 变压器的绝缘长期耐受工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。 而当电压过高超过变压器承受幅度，就会造成变压器故障。 变压器过载故障 随着经济和科技的发展，用电负荷在增多，发电厂、用电部门在不断的持续缓慢提升负荷。 直接导致越来越多的变压器超负荷运行。 过载条件下，过高的温度导致了变压器的绝缘纸板过早 的老化，使得整个绝缘强度下降。 此时若有一定的冲击电流，变 压器线圈温度迅速增加，造成绝缘材料变脆弱，加速老化，形成大量裂纹甚至脱落，严重时使线体裸露，而造成匝间短路。 或者由于外部故障冲击力导致绝缘破损进而发生故障。 确保负荷在变压器的额定运行条件下，不要长时间的过负荷运行，否则得不偿失。 绝缘油劣化 绝缘油在变压器的正常运行中起着重要作用。 它可以将绕组和铁芯等产生出来的热量传递至变压器的冷却装置，因而是良好的散热媒介，此外还可以在绕组之间、绕组与铁芯和箱体之间起到绝缘介质的作用。 在变压器的运转 过程中，绝缘油在较高温度下运行，可能会溶解大量空气，并与氧气作用生成各种酸性氧化物，从而使得绝缘受到腐蚀，同时，还会增加绝缘油的介质损耗，降低绝缘油的品质，引发变压器内闪络，导致击穿事故。 另一方面，绝缘油也可能因与空气接触而吸收空气中所含的水分，因水在变压器电场 12 的作用下容易电离分解，从而增加了绝缘油的导电性能，不利于变压器的安全运行。 渗油及套管闪烙 渗油是变压器最为常见的外表异常现象。 由于变压器本体内充满了油，各连接部位处都有胶珠、胶垫防止油的渗漏。 长时间的运行，会使变压器中某些胶珠、胶垫老 化龟裂而引起渗油，导致绝缘受潮后性能下降，放电短路，烧毁变压器。 套管闪络放电也是变压器常见的外表异常之一。 空气中有导电性能的金属尘埃附吸在套管表面上，在变压器套管渗油情况下，会导致变压器套管吸附尘埃，若遇上雨雪潮湿天气，就可能会造成套管闪烙放电。 在变压器的检查维护中，对变压器套管渗油问题要得到及时的解决，否则造成事故的可能性极大。 变压器雷击故障 我们对于雷击导致变压器发生故障的研究比较少，因为很多时候不是直接的雷击事故就会把冲击故障归为“线路涌流”。 雷击故障主要。