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1.牽引變壓器內部故障分析
電氣化鐵道使用的牽引變壓器與普通電力變壓器相比,運行環境更加惡劣,要承受經常性的過負荷和短路沖擊(一般情況下,瞬時短路70次/a),而這種沖擊將導致牽引變壓器內部產生很大的電磁感應力,使牽引變壓器的機械平衡系統失衡,從而破壞了牽引變壓器的磁路、電路和絕緣材料,進而由積累效應產生電氣損傷,最終影響牽引變壓器的正常運行.
牽引變壓器故障可分為瞬時故障和潛伏性故障,TTM-Ⅰ主要用于監測牽引變壓器的潛伏性故障。潛伏性故障可以歸結為熱故障、電故障和絕緣受潮三大類。當發生過熱、放電等故障時,絕緣油發生裂解,產生故障氣體,并部分溶解于油中。據統計,牽引變壓器的熱故障幾率遠遠高于電故障。
根據故障氣體產生的機理及對多例牽引變壓器故障特征氣體數據的統計分析,筆者發現牽引變壓器故障特征氣體具有如下特點:
(1)乙炔和氫氣是放電性故障的主要特征氣體,在過熱性故障中,這些氣體為次要成分。
(2)甲烷和乙烯是過熱性故障的主要特征氣體,在放電性故障中,這些氣體為次要成分。并且隨著溫度的升高,在氫烴總量中,氫氣和甲烷的比例越來越小,乙烯的比例越來越大。在中高溫過熱故障中,氫氣的比例一般都小于15%。
(3)乙烷在放電和過熱性故障中都占較小的比例,而且兩者的差異不大。
(4)絕緣受潮故障表現為氫含量很大并占主導地位。
(5)牽引變壓器長期經受過負荷或短路沖擊作用,加速了固體絕緣的分解,其表現為CO含量普遍高于普通的電力變壓器中CO的含量。
TTM-Ⅰ根據牽引變壓器故障特征氣體的特點,采用了相應的算法,有效避免了由于沖擊負荷影響帶來的故障誤報警。
2.牽引變壓器在線監測
可用于牽引變壓器在線監測的DGA在線監測方法可歸結為4種方法。
(1)測量可燃性氣體總體積分數。這類裝置結構復雜,價格昂貴,不適合用于牽引變壓器的在線監測。
(2)測量單種氣體體積分數。這類裝置結構簡單,成本低,但容易對高溫熱故障漏報警。
(3)測量幾種氣體的綜合體積分數。這類裝置效果良好,結構簡單,成本低下。這種方案加以改進,可以用于監測牽引變壓器的運行狀態。加拿大SYPRO-TEC的HYDRAN201R裝置主要測試氫氣、一氧化碳、乙烯和乙炔的綜合體積分數,其在電力系統中投入使用多年,有效性已得到了證明。
(4)測量多種氣體組分的體積分數。這類裝置結構相當復雜,穩定性不好,設備成本高,不適合在電氣化鐵道系統中推廣使用。
牽引變壓器發生放電故障和低溫故障時,氫氣的含量比較大,因此氫氣體積分數的變化就可以很好的反映牽引變壓器的狀態。但是當牽引變壓器發生高溫或低溫熱故障時,氫氣的體積分數占氫烴總體積分數的比例較小,尤其在發生高溫熱故障時,氫氣的體積分數不到氫烴總體積分數的15%,溫度越高,氫氣含量的比例越低。長期的經驗表明,當牽引變壓器發生高溫熱故障時,變壓器油將產生大量的乙烯,隨著溫度的升高,乙烯的含量快速增長,當油溫超過800的時候,牽引變壓器油中將產生少量的乙炔。由此可知,乙烯是牽引變壓器高溫故障的主要成分,因此,本系統把乙烯的體積分數作為綜合體積分數中主要的成分之一。國外的在線監測系統也有監測多種氣體綜合體積分數的,但對乙烯考慮不多,容易對高溫故障漏報警,不適合應用在高速鐵路牽引供電系統中。 |
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