[發明專利]基于金屬離子檢測的油浸金屬設備健康狀況診斷方法

有效

• 申請號: 202111453782.0
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114152872B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 汪沨;梁凱彬;鐘理鵬;李翔
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327
• 代理公司: 湖南岑信知識產權代理事務所(普通合伙) 43275
• 代理人: 劉洋

本發明公開了一種基于金屬離子檢測的油浸金屬設備健康狀況診斷方法，通過檢測有載分接開關油室內部絕緣油中的特征金屬離子成分和濃度以及金屬離子的相對增長速度來綜合判定有載分接開關觸頭的健康狀態。本發明的有益效果：實現了通過檢測有載分接開關油室內部絕緣油中的特征金屬離子成分和濃度來綜合判定有載分接開關的金屬觸頭的健康狀態；實現了對有載分接開關生命周期內觸頭的運行健康狀況進行跟蹤，擺脫了以往需要停機吊芯檢查才能確定觸點故障的局限性。本發明還通過計算金屬離子的相對增長速度，實現對短期突發性故障引起的內部特征金屬粒子突變的反饋，二者結合使用，互為補充，為現場技術人員制定相應的檢修計劃提供參考依據。

技術領域

本發明涉及油浸式電力變壓器內部有載分接開關狀態評估和故障診斷技術領域，尤其涉及一種基于金屬離子檢測的油浸金屬設備健康狀況診斷方法。

背景技術

有載分接開關(On-load tap changer，OLTC)是大型電力變壓器重要組件，它通過調節分接開關內部觸點位置來平衡電壓，避免了用戶端電壓的大范圍波動，使得電網的穩定性和可靠性得到了增強，在電力系統的電壓調節中發揮了重要的作用。

有載分接開關的電氣故障主要指因觸頭的損傷造成的開路或者過熱故障。造成觸頭損傷的原因主要有以下幾類：(1)對切換開關的觸頭而言，其主要的損傷由電弧的燒灼以引起，使得觸頭表面成膜、結焦和碳化，同時電弧開斷時會引起表面的金屬釋放到周圍的絕緣介質中；(2)對于電壓選擇器的觸頭而言，油中的某些硫化物添加劑在強電磁和高溫環境中會與觸頭表面的金屬發生電化學腐蝕；(3)觸頭在頻繁切換過程中產生的磨損，引起接觸異常，導致接觸電阻增大；(4)帶有極性選擇器的有載分接開關，在極性轉換期間分接繞組會暫時與主繞組分離而造成點位懸浮，對于容量很大的電壓等級較高的設備可能會在觸點間產生火花放電，引起接觸電阻的增加。

對于有載分接開關的電氣故障，應當指出的是，早期觸頭的輕微損傷僅會導致接觸面輕微的接觸電阻增加，這種增加的變化可能在檢測儀器的誤差范圍之內，其影響并不容易察覺。當附近油中的污染物在觸頭表面聚集并形成膜時會引起接觸電阻的顯著增加，導致接觸點周圍區域的溫度升高，這會加速觸頭表面電化學腐蝕的速度，使得觸頭的狀況進一步惡化。許多其他因素也會引起有載分接開關的電氣故障：(1)對于電壓選擇器來說，部分選擇位置可能長期沒有使用，導致表面由污染層形成膜而增大了接觸電阻；(2)觸頭的氧化對于接觸電阻的也有很大的影響，相對于光滑表面的觸頭來說其接觸電阻增長了數倍；(3)當負荷電流很大時會導致接觸電阻過熱，引起周圍溫度升高，這會加速有害的化學反應過程；(4)引線抽頭與選擇器接線端子緊固不良，引起接觸電阻增大；(5)切換開關中性點級間保護間隙限流電阻可能因為過電壓而燒毀。

有載分接開關內部的絕緣故障主要是指絕緣介質的劣化。絕緣油的劣化主要是指其老化和分解。分接開關動作時產生的電弧會造成周圍絕緣油分解產生氣體，這些氣體會溶解在油中。同時，絕緣油的老化會引起酸化，酸性物質在強電磁和高溫環境中，會與觸頭表面的金屬發生化學腐蝕及電化學腐蝕。

有載分接開關在動作過程中，切換開關的金屬觸頭在電弧的作用下，表面的金屬會脫離，或以金屬微粒的形式懸浮在周圍的絕緣介質中，或以離子的形態溶解在絕緣油中，部分金屬粒子在電弧存在的情況下，與絕緣油中的雜質或者部分絕緣油的老化酸性產物發生作用，最終生成金屬離子。金屬離子的存在，都會對內部的絕緣產生較大的破壞，在高溫及強電磁環境下，金屬離子的存在會催化老化變壓器油，而變壓器油老化產物中的酸性物質又會反過來對金屬觸頭的表面進一步產生腐蝕。對于有載分接開關而言，觸頭的腐蝕會使得表面的接觸電阻增加，相對導電距離增大，在部分極端情況下，導電距離的增大使得在開斷電流時電流提前發生中斷引起變壓器內部故障。通過檢測油中金屬元素，可以切換開關內部參與電弧觸點的情況，通過對比金屬成分和濃度，判定金屬觸頭被電弧的灼傷程度。