开关变压器磁滞损耗分析及铁芯磁滞回线测量
李鑫涛+张亮+李雷
摘 要：在电力系统中，变压器是整个电力系统的心脏，在进行变压器选择时既考虑了负荷及正常过负荷能力，又考虑了事故过负荷的承受能力，还考虑到变压器的铁芯、绕组等损耗的经济运行。另一方面变压器常期运行条件下，在各种复杂的外界环境下难免会造成各种不同的故障，如短路、过负荷、绝缘油故障等，严重时可能导致变压器烧毁，严重影响到整个电网的安全可靠运行，如何准确的监测变压器在线运行状况以及出现故障后如何进行准确的分析判断，这一系列举措对电力系统的安全万分重要。
关键词：变压器；监测；损耗；油色谱
中图分类号：TM406 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）34-0047-02
引言
随着电力系统的大容量化、高电压化和结构复杂化，配合电力系统的变压器也是趋于大容量化、高电压化和结构复杂化。面对这种情况，传统的监测技术及以预防性能越来越显得与变压器安全可靠的供电要求和系统的经济运行不相适应，随着系统电压的提高，试验电压与变压器设备运行电压之间的差距越来越大，由于试验电压低，一些缺陷不易被发现，而且试验中现场的各类骚扰较大，影响到试验结果的准确性。迫切需要新诊断技术与试验方法。
1 传统气相色谱分析
在正常情况下，变压器油击穿电压是非常高的，完全可以充当变压器的内部绝缘，但是由于变压器的密封部位过多，不可避免在某处密封处发生泄露，或者是进入潮气，这样油的绝缘性能就降低了，进一步影响变压器内部绕组及铁芯的绝缘效果，另一方面，变压器内的绝缘材料，在热和电的作用下会逐渐老化、分解，可能会产生一些烃类气体；或者是变压器在外在或内在的故障作用下发生放电之类故障，会将绝缘油分解，这样可能会产生乙炔等。所以很有必要对油中气体进行化验分解。因不同类型的故障及不同严重程度的故障产生气体的类型和浓度是不同的，其中一些气体能反映变压器故障的情况，通常称这些气体为特征气体， 根据油中气相色谱分析获得油中特征气体的浓度能够判断变压器的故障状况。因此，在变压器运行过程中，定期做油的色谱分析，能尽早发现设备内部的潜伏性故障，以避免设备发生故障或事故损失。
在我们实践工程过程中，一直使用的是三比值法。气相色谱法诊断变压器故障的常用方法有特征气体法和三比值法。三比值法即用C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6，利用每一种气体内的含量多少设置为三项比值法，并做成相应的编码来判断变压器的故障情况。
2 变压器寿命概述
由于变压器服役时间较长、运行环境复杂，影响变压器剩余寿命评估的因素，具有多种不确定性信息共存或交叉存在的特征。针对这一特点，引入盲数理论，利用盲数表达评估参数的不确定性，建立了基于综合健康指数的变压器剩余寿命评估新模型。该模型不但能给出变压器的健康状况、所属的状态等级，而且能给出剩余寿命期望值、剩余寿命区间及其对应的可信度以及运行年数超过某一年的可能性。
由于外力破坏，变压器负荷过重等情况，导致导线断线或是铜铝设备线夹断裂，导致配变缺相，影响低压用户供电。特别是在农村，三相异步电动机较多，缺相将导致其无法正常运行。而且非全相情况下，影响三相参数的对称性，出现负序分量，当变压器中性点接地时，还会产生零序分量，如果长时间非全相运行，产生的零序电流会使变压器局部金属部件温度升高， 影响其使用寿命。如配变缺相会由于配变的接线方式和缺相区域不同而有所不同。配变主要的接线方式有△/Y0-11接线和Y/Y0-12接线。配变缺相区域可能在高压测也可能在低压侧，长久的运行必然造成变压器的寿命大大减小，甚至报废。
3 绝缘油常见的故障类型
3.1 热性故障
此类故障一般是因为分接开关或者是铁芯接或者局部短路引起的，一般存在内部相接触的部件、引线较松，接触不良都可以造成局部放电发热，简单的发热会造成温度升高，出力减小，严重的发热则造成缘加速劣化，缩小变压器的寿命。
（1）简單的发热主要是甲烷和乙烯，而且当故障点的温度较低时，甲烷所占比例大，当温度急剧上升的话，主要是由乙烯和氢气所占的比重加大。这种情况下一般不会产生乙炔。
（2）因变压器内有大量的绝缘纸及固体绝缘材料时，所以不可避免还产生大量的一氧化碳和二氧化碳。
3.2 电性故障
所谓电性故障，通常说的是高能量放电，如线圈匝、层间绝缘击穿、接地、短路等，一般都有乙炔气体产生，乙烯和甲烷也占有一定的份量，总烃很高。并且在绝缘纸内部或者其他固体绝缘里面的气体空穴内或悬浮带电体的空间内，会产生氢气。
3.3 水汽故障
由于变压器体积过大，各个密封地方太多，不可避免存在局部密封性不严造成水分进入，比如非电量保护处的温度计探头处经常出现进水的现象，一旦变压器内部进水受潮时，油中水分和含湿杂质易形成“小桥”，进而发生小桥原理放电进一步而产生氢气，另一方面，由于高温度或者是电弧的作用下，还会把水分子电解，使生产气体，如产生大量的氢气。
4 UHF局放监测设备
局部放电是在高电场强度下，由于电场线的密度不均匀化，在相对狭窄在绝缘体内，当外界条件作用下，即可能发生放电，主要有绝缘体内掺入物的击穿，液体介质的局部击穿、固体介质局部的沿面放电等。局部放电是电力变压器绝缘劣化的重要原因，因此，变压器局部放电的监测是变压器绝缘故障在线监测的主要方式。近年来，超高频（UHF-Ultra High Frequency）检测技术迅速发展，逐步应用于变压器局放监测。超高频检测技术是通过接收变压器内部局部放电所激发的超高频电磁波来实现局部放电的检测和定位。与传统方法相比，超高频检测方法可以获得反映局部放电的各种模式、相位、幅度等特征，更易于发现设备绝缘系统与局部放电相关的早期绝缘缺陷，抗干扰性强、分析速度快、灵敏度高。因此超高频方法较其他方法更适用于变压器局部放电的在线监测。endprint
随着超高频检测技术在局放监测的广泛应用，大量超高频局放在线监测设备引入電网。国内目前对局放在线监测装置的入网检测、现场测试等没有统一的标准，本文通过搭建试验平台，选取典型局放模型，对变压器UHF局放在线监测设备的UHF传感器做了检测试验，并分析测量数据得出合格判据，为UHF局放在线监测装置调试标准的制定提供参考。
5 变压器放电类型
变压器绝缘结构复杂，可能发生的内部放电的位置和放电类型主要有：绕组中部油-隔板绝缘中的油隙放电、绕组端部的油隙放电、接触绝缘导线和绝缘纸（引线绝缘、搭接绝缘）的油隙放电、引线、搭接线等油纸绝缘中的局部放电、线圈间（纵绝缘）的油隙放电、匝间绝缘局部击穿、绝缘纸沿面滑闪放电等。在大多数情况下，常用各种试验模型来模拟变压器局部放电情况，大致可以划分为三种局部放电模型：油中气泡放电、油中针-板放电和油中悬浮放电模型。为保证试验结果的准确性，在制作模型时处理了电极的表面和边缘，尽可能消除上面的尖角和毛刺。
6 变压器损耗
变压器的损耗主要包括铁芯中的铁耗和绕组的铜耗。铁耗包括磁滞损耗和涡流损耗，只要变压器带电， 铁耗即存在。变压器负载运行时，绕组内通过电流，将产生电阻损耗，即绕组铜耗，它随负荷变化而增减。除此之外，变压器运行产生漏磁通，将在金属结构中，如夹件、油箱及拉板等产生损耗，即杂散损耗。这些损耗转换成热能引起变压器不断发热和温度升高，易导致局部过热和绝缘材料老化等问题，甚至引起变压器故障，进而影响变压器的效率和正常运行。
7 结束语
本文对变压器传统的油色谱分析进行简单的概述，并详细介绍了变压器的损耗产生的原因及原理，对实践运行过程中的变压器损耗，尤其是铁芯损耗，有助于合理控制变压器的油流和温升分布，对于提高变压器的运行效率和可靠性具有非常重要的参考意义。
参考文献：
[1]王国利，郝艳捧，李彦明.电力变压器局部放电检测技术的现状与发展[J].电工电能新技术，2001，2：52-57.
[2]唐志国，李成榕，常文治，等.变压器局部放电定位技术及新兴UHF方法的关键问题[J].南方电网技术，2008，2（1）：36-40.
[3]张言苍，张毅刚，徐大可.变压器局部放电在线检测的现状及发展[J].继电器，2004，32（22）：70-75.
[4]郭俊，吴广宁，张血琴，等.局部放电检测技术的现状和发展[J].电工技术学报，2005，20（2）：29-35.
[5]赵晓辉，路秀丽，杨景刚，等.超高频方法在变压器局部放电检测中的应用[J].高电压技术，2007，33（8）：111-114.endprint
