CN103076526A - 一种基于变压器全景状态信息的故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，结合在线监测、试验数据、红外检测以及不良工况等设备全景信息，以油中溶解气体诊断为出发点，并辅以变压器的各个部件工况诊断。本发明提供的基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，属于一种变压器的专家诊断***，通过该方法可以得到变压器的综合体检信息，同时能对故障进行定位，能够彻底的清查变压器的故障隐患，提升设备的检修效率，同时对减少因设备检修造成的重复停电，提高供电可靠性，确保电力***安全稳定的运行具有重要的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及输变电设备故障诊断技术，尤其涉及一种基于变压器全景设备状态信息的综合故障诊断方法。
背景技术
电力变压器是电网传输电能的枢纽，是电网运行的主设备，其运行的可靠性是电力***的安全和稳定的必备条件，随着发电机组容量的提高和输电电压等级的升高，变压器的容量和电压等级也随之相应提高和升高，同时对变压器的可靠性也提出了更高要求。故通过***的诊断得出变压器运行健康状况，可以提升运行检修效率，具有重要的实际意义。
国内外已经形成相对成熟的变压器在线监测技术以及各类诊断试验方法，如局部放电、油色谱分析、绕组变形检测以及红外检测等。然而在此基础上的故障诊断技术相对单一，如只针对油中溶解气体的三比值法诊断法和大卫三角形诊断法等，因此不能微观地定位到设备的故障部位。此外，经常只针对单一故障进行诊断并未对设备进行综合诊断，造成很多故障隐患不能彻底清查，以至于多次停电试验检修，对供电可靠性产生很大的影响。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，利用变压器全景状态信息包括设备台账信息、在线监测信息、不良工况信息、检修试验信息等，进行综合诊断同时定位故障部位，最后得出变压器的运行健康状况，以及各部位的工况
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，包括如下步骤：
（1）采用变压器油中溶解气体在线监测或油中溶解气体检修试验方法获取获取的油中氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）和乙炔（C2H2）的浓度值或变化值，计算各种气体的产气速率，判断气体浓度值或产气速率是否超过DL/T722-2000中规定的注意值，如果超过注意值则执行步骤（2），否则停止；
（2）根据改良三比值法诊断变压器的故障类型为过热故障或放电故障；
（3）若步骤（2）判断为过热故障则对如下项目进行部分或全部检测：是否过载、绕组、有载分接开关动静触头、冷却装置、油道、风扇、铁芯、是否漏磁、是否漏硅胶；
（4）若步骤（2）判断为放电故障则对如下项目进行部分或全部检测：局部放电检测、有载分接开关检测、套管、油中微水、绕组变形、绝缘纸板含水量、引线故障；
（5）根据步骤（1）到（4）获得变压器的运行健康状况及故障部位。
优选的，所述步骤（3）中，若故障类型为过热故障，则依次进行如下检测：过载检测、顶层油温检测、绕组温度检测、油道堵塞检测、绕组变形检测、有载分接开关动静触头接触电阻检测、铁芯多点接地检测、漏硅胶检测。
优选的，所述步骤（3）中，若故障类型为放电故障，则依次进行如下检测：局部放电检测、油中微水检测、油的耐压检测、绝缘纸板含水量检测、绕组健康状况检测、引线检测、有载分接开关检测。
有益效果：本发明提供的基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，属于一种变压器的专家诊断***，通过该方法可以得到变压器的综合体检信息，同时能对故障进行定位，能够彻底的清查变压器的故障隐患，提升设备的检修效率，同时对减少因设备检修造成的重复停电，提高供电可靠性，确保电力***安全稳定的运行具有重要的实际意义。
附图说明
图1为本发明方法的综合诊断流程图；
图2为过热故障诊断流程图；
图3为放电故障诊断流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为本发明方法的流程图，具体包括如下步骤：
一、故障预判
本案以气体的状态量、变压器的电压等级、油重等设备台账信息作为诊断出发点，首先采用变压器油中溶解气体在线监测或油中溶解气体检修试验方法获取获取的油中氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）和乙炔（C2H2）的浓度值或变化值，计算各种气体的产气速率，计算各种气体的产气速率，判断气体浓度值或产气速率是否超过DL/T722-2000中规定的注意值，如果超过注意值则能够初步判断变压器出现故障。
一般来说，油中溶解气体包括氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氧气（O2）、氮气（N2）等。
二、故障类型分析
若油中气体超过注意值，则可以根据改良三比值法诊断变压器的故障类型，现在的改良三比值法可以将变压器的故障类型具体分为8类：低温过热、中温过热、高温过热、局部放电、低能量放电、低能量放电兼过热、高能量放电、高能量放电兼过热；本案将上述9种类型分为过热故障和放电故障两种类型。
三、过热故障检测
若变压器属于过热故障情况（包括放电兼过热故障），则首先利用红外检测仪对变压器箱体、油枕、套管（整体）、套管底座、套管柱头、箱体螺栓、散热器、潜油泵和风扇电机进行检测，得出变压器过热故障部位，通过红外检测可以检测变压器的过热故障，这部分的检测结果最终会反应在变压器综合结果中；再依据图2按如下步骤进行具体检测：
（1）首先判断变压器是否过负荷、顶层油温监测值是否超标、冷却***是否正常工作，若为短期急救过负荷，则等负荷降低至正常状况下，检测油中溶解气体氢气、乙炔和总烃的含量是否继续上升，若无则可认为是过负荷造成该热故障；否则进入步骤（2）
（2）判断绕组光纤在线监测的绕组热点温度是否超标，若热点温度在负荷降至额定负荷之下恢复正常范围，则绕组无故障隐患，进入步骤（5）；否则绕组存在问题，进入（3）；
（3）查看变压器不良工况记录，上次检测至今是否存在不良工况事件，如过近区短路、过负荷等，若有则进入步骤（4）；否则进入步骤（5）；
（4）利用频率响应分析法或振动监测检测绕组是否变形，同时进入步骤（5）；
（5）检测绕组的直流电阻、介质损耗因数和泄露电流，若都为正常值则进入步骤（6）；否则绕组存在故障；同时进入步骤（6）；
（6）检测铁芯的接地电流以及铁芯接地电阻，判断铁芯是否多点接地，进入步骤（7）；
（7）检测有载分接开关的动、静触头接触电阻是否超标，进入步骤（8）；
（8）检测引线，判断其是否存在分流故障、接头过热和断股故障，进入步骤（9）；
（9）由以上步骤可以得出如下结果：变压器是否过负载、风扇是否正常工作、冷却装置是否堵塞、绕组是否变形、引线是否存在故障、铁芯是否多点接地以及分接开关动静触头是否正常。
四、放电故障检测
若变压器属于放电故障情况（包括放电兼过热故障），则依据图3按如下步骤进行具体检测：
（1）根据变压器局部放电在线监测或通过局部放电试验数据进行诊断，判断该变压器是否存在局部放电，进入步骤（2）；
（2）通过在线监测或试验对变压器油的微水、油介质损耗因素、耐压以及糠醛等进行检测，得出绝缘油的健康状况，进入步骤（3）；
（3）利用频率响应分析法或振动监测检测绕组是否变形，同时进入步骤（4）；
（4）检测铁芯的接地电流以及铁芯接地电阻，判断铁芯是否多点接地，进入步骤（5）；
（5）检测引线是否判断其是否存在分流故障、接头过热和断股故障，进入步骤（6）；
（6）检测分接开关接头是否存在接触不良故障，进入步骤（7）；
（7）检测套管的介损、电容量以及油中溶解气体，得出相应的套管运行工况，进入步骤（8）；
（8）潜油泵轴承是否磨损，进入步骤（9）；
（9）通过以上步骤得出以下结论：变压器油是否合格、绕组是否变形、绕组接地电阻是否符合标准、引线是否存在故障、分接开关是否存在接触不良和套管工况等信息
五、综合结果
通过对绝缘纸的聚合度和含水量进行检测，得出绝缘纸的健康状况；综合上述诊断结果得出该变压器的综合健康状况。
下面结合实例对上述方案加以说明
（一）采用变压器油中溶解气体在线监测或油中溶解气体检修试验方法获取获取的油中溶解气体的各组分含量，包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、总烃、一氧化碳、二氧化碳，然后根据如下步骤进行诊断。
（a1）从变压器台账信息中获取该设备的电压等级、油重等信息，具体的变压器台账信息如下表1所示。
表1变压器台账信息表
（a2）根据表2和表3判断该变压器油中溶解气体组分含量是否超标，若都无超标则停止；否则进入步骤（a3）。
表2气体浓度注意值 单位：ppm
| 电压等级 | 总烃 | 乙炔 | 氢气 |
| VoltageLevel | TotalHydrocarbon | C2H2 | H2 |
| ≥330kV | 150 | 1 | 150 |
| ≤220kV | 150 | 5 | 150 |
表3产气速率注意值 单位：mL/d
| 设备 | 总烃 | 乙炔 | 氢气 | 一氧化碳 | 二氧化碳 |
| Equipmenttype | TotalHydrocarbon | C2H2 | H2 | CO | CO2 |
| 开放式 | 6 | 0.1 | 5 | 50 | 100 |
| 隔膜式 | 12 | 0.2 | 10 | 100 | 200 |
（a3）利用改良三比值法对该变压的故障进行预诊断，诊断规则如表4和表5所示，进入步骤（a4）。
表4编码规则表
表5编码—故障类型表
（a4）根据（a3）得到该变压器的故障类型，进入步骤（三）或步骤（四）。
（二）利用红外检测仪对变压器的如下部位进行检测，并得到如表6所示的结果表，根据（一）的结果进入（三）或（四）。
表6变压器红外检测结果表
| 测量位置 | 热点温度 | 温差 | 温升 | 相对温差 | 结论 |
| 箱体 | |||||
| 油枕 | |||||
| 套管（整体） | |||||
| 套管底座 | |||||
| 套管柱头 | |||||
| 箱体螺栓 | |||||
| 散热器 |
| 潜油泵 | |||||
| 风扇电机 |
说明：①判断规则参见《DL/T664-2008带电设备红外诊断应用规范》；
②结论为正常、一般过热缺陷、严重过热缺陷和危急过热缺陷四种中的一种。
（三）分别按照如下步骤对变压器过热故障进行定位。
（b1）按照表7对变压器进行相应的检测。
表7变压器本体检测结果
说明：①打开冷却***，若冷却***存在异常则得出冷却***存在故障；
②若变压器过负载，同时顶层油温和绕组温度未超过预警值则进入（b2），否则等负荷下降至额定负载2h后，在进行顶层油温和绕组温度监测；
③若继续监测顶层油温与绕组温度依旧超过预警值，则预判绕组存在故障，进入步骤（b2）。
（b2）查看变压器不良工况记录信息，具体内容如表8所示。
表8变压器不良工况信息表
说明：若变压器在上次检修到现在无发生不量工况则进入（b3）；否则进入（b4）。
（b3）利用频率响应分析法或振动监测法对变压器绕组进行检测，得出变压器是否存在绕组变形，具体为哪些相别。
（b4）按如下步骤分别对绕组的直流电阻、介质损耗因数和泄露电流进行检测。
Ⅰ按照表9对变压器的高压侧和低压侧三相的直流电阻进行检测：
表9变压器绕组直流电阻检测表
| 高压侧（MΩ） | OA | OB | OC | 最大相间差（%） | 结论 |
| 测量值 | |||||
| 低压侧（MΩ） | |||||
| 测量值 |
说明：根据如下判断规则得出绕组的高压、低压侧各相别的绕组健康状况
①1.6MVA以上各相绕组相互间的差别大于三相平均值的2％，无中性点引出线的绕组，线间偏差大于三相平均值的1％；
②1.6MVA及以下的变压器相间差别一般不大于三相平均值的4%，线间偏差一般不大于三相平均值的2%；
③与以前相同部位测得值折算到相同温度其变化大于2％；
④但三相间阻值大小关系与出厂不一致。
由此可以。
Ⅱ按照表10对变压器绕组的介损进行检测：
表10 变压器绕组介损检测表
| 检测位置 | 试验电压 | tgδ% | 结论 |
| 高压－其他线圈及地 | 一般为10kV | 正常、超标 | |
| 低压－其他线圈及地 | 一般为10kV | 正常、超标 |
说明：
①20℃时介损值不大于如下数值：330～500kV：0.6%、66～220kV：0.8%、35kV及以下：1.5%；
②介损值与历年数值一般不大于30%；
③若介损值超过①和②准则，则结论为超标，否则为正常。
Ⅲ按照表11对变压器的绕组泄露电流进行检测：
表11 变压器绕组泄露电流检测表
| 检测位置 | 电压（kV） | 时间 | 泄漏电流(μA) |
| 高压绕组 | 1min | ||
| 低压绕组 | 1min |
说明：①检测电压按照表12进行选择；
②根据两次检测的泄露电流比较，若差值超过30%则，绕组存在问题。
表12 变压器泄露电流试验电压表
| 额定电压（kV） | 3 | 6～10 | 20～35 | 66～330 | 500 |
| 试验电压（kV） | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 |
综合结论：若Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ中有一个为不合格，则绕组存在问题，否则绕组正常；进入步骤（b5）。
（b5）按如下对铁芯的接地电阻和接地电流进行检测。
表12 铁芯接地电阻和接地电流检测表
说明：诊断规则如下：
①铁芯接地电流小于0.1A，则正常；接地电流在0.1～0.3A，可能存在多点接地；接地电流大于0.3A，则一定存在多点接地故障；
②铁芯接地电阻大于100MΩ，则正常；接地电阻在10MΩ～100MΩ，则存在故障；接地电阻小于10MΩ，则铁芯存在严重故障；
③由①和②可以得到铁芯的健康状况。
（b6）根据如下步骤对有载分接开关进行检测。
Ⅰ根据表13检测有载分接开关过渡电阻，并得出工况：
表13过渡电阻检测表
| 分接 | AO | BO | CO | 最大相间差（%） | 结论 |
| 1 | 正常、存在故障 | ||||
| 2 | 正常、存在故障 | ||||
| … | … | ||||
| N | 正常、存在故障 |
说明：①若最大相间差大于20%，则存在故障；
②与名牌相差不大于10%，否则存在故障。
Ⅱ检测触头的接触电阻，若与上次检测值或名牌电阻值偏差10%以上，则存在接触不良；
Ⅲ辅助回路绝缘电阻测量，若小于1MΩ，则存在绝缘故障；
Ⅳ油室绝缘油耐压试验，若与名牌相差10%上，则绝缘油存在劣化情况；
由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ可以得出有载分接开关的运行健康状况。
（b7）检测引线，判断其是否存在分流故障、接头过热和断股故障。
（b8）根据（b1）～（b7）步骤可以得出变压器过热故障部位及原因。
（四）、分别按照如下步骤对变压器放电故障进行定位。
（c1）局部放电检测：根据变压器局部放电在线监测或局部放电试验进行检测，电量按表14进行诊断：
表14局部放电类型特征值表
| 监测类型 | 局部放电 | 低能量放电 | 高能量放电 |
| 局部放电监测 | ≥300pC | ≥500pC | ≥1000pC |
说明：根据试验或在线监测的放电量，得到变压器的放电类型。
（c2）绝缘油检测：根据表15所列项对绝缘油进行检测：
表15绝缘油检测项目表
| 检测项目 | 检测值 | 结论 |
| 油中微水：（mg/L） | 正常、超标 | |
| 油介损：（tgδ） | 正常、超标 | |
| 耐压：（kV） | 正常、超标 | |
| 糠醛含量：（mg/L） | 正常、超标 |
说明：以上检测项目根据如下规则进行诊断，得到相应的最终结论：
①油中微水：66～110kV，微水含量应＜35mg/L；220kV，微水含量应＜25mg/L；330kV及以上微水含量应＜15mg/L；否则不合格；
②油介损：110～220kV，介损应＜4%；330kV及以上，介损应＜2%；否则不合格；
③耐压：66～220kV，油耐压应＞35kV；330kV及以上，油耐压应＞50kV；否则不合格；
④糠醛含量：运行1～5年，糠醛含量应＜0.1mg/L；运行5～10年，糠醛含量应＜0.2mg/L；运行10～15年，糠醛含量应＜0.4mg/L；运行15～20年，糠醛含量应＜0.75mg/L；否则不合格；
⑤根据①、②、③和④可以得出绝缘油的合格情况。
（c3）同（三）中（b3）诊断变压器绕组是否变形，得出绕组健康状况；
（c4）同（三）中（b5）得出铁芯绝缘电阻是否合格且是否存在多点接地情况；
（c5）同（三）中（b7）得出引线是否正常，是否存在断股等现象；
（c6）同（三）中（b6）得出有载分接开关是否存在接触电阻故障；
（c7）套管检测：
Ⅰ根据下表对套管的绝缘电阻进行检测：
表16套管绝缘电阻检测表
| 检测量 | 检测值 | 结论 |
| 主绝缘(MΩ) | 正常、异常 | |
| 末屏绝缘(MΩ) | 正常、异常 |
说明：①主绝缘应＞10000MΩ，否则异常；
②末屏绝缘应＞1000MΩ，否则异常；
③根据①和②得出套管的运行健康状况；
Ⅱ根据下表对套管介损和电容量进行检测：
表17套管介损和电容量检测表
| 检测量 | 检测值 | 结论 |
| tgδ% | 正常、异常 | |
| 末屏tgδ% | 正常、异常 | |
| 电容量 | 正常、异常 |
说明：①tgδ%应＜1.5%，否则异常；
②末屏tgδ%应＜2%，且纵比应＜30%，否则异常；
③电容量与出厂值或上一次检验值的差应小于±5%，否则异常；
根据Ⅰ和Ⅱ可以得出套管的运行健康状况。
（c8）潜油泵是否存在轴承磨损情况，若有在绝缘油有可能存在金属颗粒导致放电现象；
（c9）根据（c1）～（c8）可以得出以下结论：变压器是否存在放电故障及放电类型，绝缘油油是否合格、绕组是否变形、绕组接地电阻是否符合标准、引线是否存在故障、分接开关是否存在接触不良和套管工况等信息。
（五）、综合结果
（d1）对绝缘纸进行检测：
表18绝缘纸检测表
| 检测量 | 检测值 | 结论 |
| 绝缘纸聚合度 | 正常、异常 | |
| 绝缘纸含水量 | 正常、异常 |
说明：①绝缘纸聚合度应＞250，否则异常；
②绝缘纸含水量按表19判断。
表19绝缘纸含水量判断表
| 电压等级 | 含水量阈值 |
| 220kV | 1% |
| 330kV | 2% |
| 500kV | 3% |
根据表18和表19可以得到绝缘纸的健康状况。
（d2）根据（一）、（二）、（三）和（四）得出变压器的综合健康状况：
表20变压器综合结果表
| 部件名称 | 是否健康 | 存在故障 |
| 本体 | 是、否 | |
| 绝缘油 | 是、否 | |
| 绕组 | 是、否 | |
| 铁芯 | 是、否 | |
| 有载分接开关 | 是、否 | |
| 套管 | 是、否 | |
| 引线 | 是、否 | |
| 冷却*** | 是、否 | |
| 风扇 | 是、否 |
| 潜油泵 | 是、否 | |
| 绝缘纸 | 是、否 |
说明：①是否健康，根据以上（一）、（二）、（三）、（四）和（五）检测结果，若该部件所有检测量都合格则该部件为健康，否则为不健康；
②若为不健康，则存在故障内容将检测内容不合格的检测量以及故障表现填入。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）采用变压器油中溶解气体在线监测或油中溶解气体检修试验方法获取获取的油中氢气、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔的浓度值或变化值，计算各种气体的产气速率，判断气体浓度值或产气速率是否超过DL/T722-2000中规定的注意值，如果超过注意值则执行步骤（2），否则停止；
（2）根据改良三比值法诊断变压器的故障类型为过热故障或放电故障；
（3）若步骤（2）判断为过热故障则对如下项目进行部分或全部检测：是否过载、绕组、有载分接开关动静触头、冷却装置、油道、风扇、铁芯、是否漏磁、是否漏硅胶；
（4）若步骤（2）判断为放电故障则对如下项目进行部分或全部检测：局部放电检测、有载分接开关检测、套管、油中微水、绕组变形、绝缘纸板含水量、引线故障；
（5）根据步骤（1）到（4）获得变压器的运行健康状况及故障部位。
2.根据权利要求1所述的基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤（3）中，若故障类型为过热故障，则依次进行如下检测：过载检测、顶层油温检测、绕组温度检测、油道堵塞检测、绕组变形检测、有载分接开关动静触头接触电阻检测、铁芯多点接地检测、漏硅胶检测。
3.根据权利要求1所述的基于变压器全景状态信息的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤（3）中，若故障类型为放电故障，则依次进行如下检测：局部放电检测、油中微水检测、油的耐压检测、绝缘纸板含水量检测、绕组健康状况检测、引线检测、有载分接开关检测。
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