基于DGA技术的牵引变压器在线监测原理

hansenyao

1.牵引变压器内部故障分析
电气化铁道使用的牵引变压器与普通电力变压器相比,运行环境更加恶劣,要承受经常性的过负荷和短路冲击(一般情况下,瞬时短路70次/a),而这种冲击将导致牵引变压器内部产生很大的电磁感应力,使牵引变压器的机械平衡系统失衡,从而破坏了牵引变压器的磁路、电路和绝缘材料,进而由积累效应产生电气损伤,最终影响牵引变压器的正常运行.

牵引变压器故障可分为瞬时故障和潜伏性故障,TTM-Ⅰ主要用于监测牵引变压器的潜伏性故障。潜伏性故障可以归结为热故障、电故障和绝缘受潮三大类。当发生过热、放电等故障时,绝缘油发生裂解,产生故障气体,并部分溶解于油中。据统计,牵引变压器的热故障几率远远高于电故障。
根据故障气体产生的机理及对多例牵引变压器故障特征气体数据的统计分析,笔者发现牵引变压器故障特征气体具有如下特点:
(1)乙炔和氢气是放电性故障的主要特征气体,在过热性故障中,这些气体为次要成分。
(2)甲烷和乙烯是过热性故障的主要特征气体,在放电性故障中,这些气体为次要成分。并且随着温度的升高,在氢烃总量中,氢气和甲烷的比例越来越小,乙烯的比例越来越大。在中高温过热故障中,氢气的比例一般都小于15%。
(3)乙烷在放电和过热性故障中都占较小的比例,而且两者的差异不大。
(4)绝缘受潮故障表现为氢含量很大并占主导地位。
(5)牵引变压器长期经受过负荷或短路冲击作用,加速了固体绝缘的分解,其表现为CO含量普遍高于普通的电力变压器中CO的含量。
TTM-Ⅰ根据牵引变压器故障特征气体的特点,采用了相应的算法,有效避免了由于冲击负荷影响带来的故障误报警。

2.牵引变压器在线监测
可用于牵引变压器在线监测的DGA在线监测方法可归结为4种方法。
(1)测量可燃性气体总体积分数。这类装置结构复杂,价格昂贵,不适合用于牵引变压器的在线监测。
(2)测量单种气体体积分数。这类装置结构简单,成本低,但容易对高温热故障漏报警。
(3)测量几种气体的综合体积分数。这类装置效果良好,结构简单,成本低下。这种方案加以改进,可以用于监测牵引变压器的运行状态。加拿大SYPRO-TEC的HYDRAN201R装置主要测试氢气、一氧化碳、乙烯和乙炔的综合体积分数,其在电力系统中投入使用多年,有效性已得到了证明。
(4)测量多种气体组分的体积分数。这类装置结构相当复杂,稳定性不好,设备成本高,不适合在电气化铁道系统中推广使用。

牵引变压器发生放电故障和低温故障时,氢气的含量比较大,因此氢气体积分数的变化就可以很好的反映牵引变压器的状态。但是当牵引变压器发生高温或低温热故障时,氢气的体积分数占氢烃总体积分数的比例较小,尤其在发生高温热故障时,氢气的体积分数不到氢烃总体积分数的15%,温度越高,氢气含量的比例越低。长期的经验表明,当牵引变压器发生高温热故障时,变压器油将产生大量的乙烯,随着温度的升高,乙烯的含量快速增长,当油温超过800的时候,牵引变压器油中将产生少量的乙炔。由此可知,乙烯是牵引变压器高温故障的主要成分,因此,本系统把乙烯的体积分数作为综合体积分数中主要的成分之一。国外的在线监测系统也有监测多种气体综合体积分数的,但对乙烯考虑不多,容易对高温故障漏报警,不适合应用在高速铁路牵引供电系统中。