臺灣博碩士論文加值系統

隨著經濟發展和國計民生對供電之要求愈來愈高，使得電力由發電廠產生之高電壓輸送至變電所，再經由變壓器轉換為工業、商業及家庭用戶之用電愈來愈重要。油浸式變壓器可說是為整個供電系統的心臟，它對電能傳輸、靈活分配和安全使用具有重要的意義。變壓器絕緣油為保障電力供應的重要環節，為了提高變壓器之運轉可靠度及降低維護費用，若能採用各種不同的監測及分析方法，提早偵測、檢驗出變壓器內部之潛在故障訊息，俾便進行檢修將可避免事故擴大。利用變壓器油中溶解氣體分析方法，可以在不停電的情況下，對變壓器取油樣，進而對油樣中所溶解的氣體進行分析，還可根據其分析結果來判斷變壓器的運轉狀態與故障類型，由於靈敏度高，對設備乃至電力系統之安全運轉有著積極有效的作用。
利用油中可燃性特徵氣體的成分和含量比值之油中氣體分析法，來判斷變壓器之故障類型。若故障型式為絕緣油劣化，而不是變壓器本體及電氣所引起的話，則可以絕緣油活化再生處理技術再做進一步處理。本文以成功大學兩台主變壓器驗證所採用之方法後，發現其效果良好，可有效提升變壓器之安全運轉及供電穩定度。

According to the more and more high expectations of the power supply dependability followed by economic development and livelihood, makes the electricity to be more and more important from power plants to substations, and then from transformers to the customers of industry, commerce and family. The oil-immersed transformer can be regard as the heart of the power supply system. It has very important meanings for energy transmission, flexible distribution and safe manipulation. If it is out of order, it will create a serious effect. However, transformer insulating oil is one of the essential links for power supply protection. To certify the reliable operation of the transformer and decline the maintainable fee, there are several different monitoring and analytic methods that can examine the potential disordered information ahead to prevent from extending the accident. The dissolved gas analysis (DGA) can extract the oil sample on-line, and then separate and analyze the dissolved gas to determine the operation conditions and disorder styles of transformers. And it owns the positive action for protective equipment and safe operation of power system due to its high sensitivity and effectiveness.
This thesis is studied the dissolved gas analysis by using flammable gas elements, amounts, and ratios to determine the disorder types in oil-immersed transformers. If the disorder type does not occur from the transformer itself and the electric characteristics but occur from the inferior quality of the insulating oil, it can be improved by the oil activation recycling treatment to treat the transformer insulating oil. After the oil activation recycling treatment used to these two main transformers of the National Cheng Kung University, its results solidify the feasibility and effectiveness of the proposed method.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 xi
第一章 前言 1
1.1 研究背景及動機 1
1.2 研究方法及步驟 3
1.3 論文內容概述 4
第二章 變壓器油的特性和老化污染原因 5
2.1 原油的性質和化學組成 5
2.2 變壓器油的種類 6
2.3 變壓器油的特性 14
2.3.1 物理特性 14
2.3.2 化學特性 16
2.3.3 電氣特性 21
2.4 變壓器油的老化 25
2.5 變壓器油的污染 26
2.6 變壓器老化對相關性能及設備運轉的影響 30
2.7 防止變壓器油劣化的措施和維護 32
第三章 油浸式變壓器油中溶解氣體產生原因與故障分析 34
3.1 變壓器油中溶解氣體的來源 34
3.2 變壓器內部故障時的產氣特徵 37
3.2.1 變壓器過熱故障及其產氣特徵 37
3.2.2 變壓器電性故障及其產氣特徵 39
3.3 油中溶解氣體的選取 43
3.4 油中溶解氣體分析過程 43
3.4.1 變壓器絕緣油採樣 44
3.4.2 油中溶解氣體脫氣 45
3.4.3 氣相層析儀分析 47
3.4.4 數據處理及故障診斷系統 51
3.5 特徵氣體法故障診斷 52
3.5.1 以油中特徵氣體含量為特徵量的故障診斷法 53
3.5.2 故障診斷的原理 55
3.5.3 利用特徵氣體排列圖判斷 56
3.6 以油中總烴及CO、CO2為特徵量的故障診斷法 58
3.6.1 以總烴為特徵量的故障診斷 58
3.6.2 以油中CO、CO2為特徵量的故障診斷 60
3.6.3 比值法診斷故障 62
3.7 變壓器油中溶解氣體線上監測的目的及特點 69
第四章 絕緣油處理技術 72
4.1 變壓器油再生處理方法 72
4.2 變壓器換油處理 74
4.3 變壓器油淨化(過濾)處理 75
4.4 變壓器油再生處理 76
4.4.1 傳統油再生處理技術 77
4.4.2 再生活化技術 77
4.4.3 Fluidex再生活化處理技術 78
第五章 變壓器油中溶解氣體分析法故障判斷之實例應用 81
5.1 油中溶解氣體數據 86
5.2 特徵氣體法診斷分析 91
5.3 比值法診斷 94
5.4 油中溶解氣體綜合判斷 96
5.5 變壓器油再生活化處理 97
5.6 變壓器再生活化處理後追蹤 109
第六章 結論與未來展望 113
6.1 結論 113
6.2 未來展望 113
參考文獻 115
表 目 錄
表2.1 台灣電力公司絕緣油的需求規範 7
表2.2 硅油和其他絕緣介質的典型性能 8
表2.3 環烷基變壓器油與石蠟變壓器油主要性能比較表 10
表2.4 國光牌變壓器油檢驗數據 11
表2.5 石蠟基變壓器油和環烷基變壓器油高低溫黏度典型數據 12
表2.6 石蠟基變壓器油和環烷基變壓器油老化試驗 13
表2.7 兩種變壓器電氣性能典型數據 14
表2.8 界面張力實測數據 16
表2.9 油中糠醛分析絕緣紙劣化基準 20
表2.10 以絕緣破壞電壓與酸價判定絕原油良否之基準 22
表2.11 維護之電力因數標準 24
表3.1 油中溶解氣體正常值 37
表3.2 不同故障類型產生的氣體 42
表3.3 設備內部狀況與油中氣體組分的關係 42
表3.4 油中溶解氣體分析目的 43
表3.5 氣體在變壓器油中溶解度(單位：ppm) 46
表3.6 儀器最低偵測極限 47
表3.7 方法C各氣體濃度之偵測極限要求 47
表3.8 主要氣體與異常間之關係 52
表3.9 氣體月增率基準值(美、英) 53
表3.10 電力變壓器正常氣體日增率 53
表3.11 TPC「現行需注意基準」 54
表3.12 TPC「現行異常基準」 54
表3.13 國外溶解性「關鍵氣體」濃度限值(ppm) 54
表3.14 判斷變壓器故障性質的特徵氣體特點 55
表3.15 特徵氣體主要成分與變壓器異常情況之關係 56
表3.16 絕對產氣速率注意值 59
表3.17 數據分析判斷 60
表3.18 變壓器油中碳氫化合物的注意值 61
表3.19 多埃南伯爾四比值法 63
表3.20 羅杰斯比值法編碼規則 64
表3.21 羅杰斯比值法故障判斷表 64
表3.22 三比值法的編碼規則 65
表3.23 三比值法的故障性質判斷 65
表3.24 日本電協研法數碼分配 66
表3.25 日本電協研法異常變壓器診斷表 66
表3.26 改良三比值法的編碼原則 67
表3.27 改良三比值法的故障類型診斷 67
表3.28 IEC 60599-99油中氣體診斷法 68
表5.1 醫學中心變壓器油品特性試驗診斷 83
表5.2 校本部變壓器油品特性試驗診斷 84
表5.3 醫學中心變壓器油中糠醛分析 85
表5.4 校本部變壓器油中糠醛分析 86
表5.5 醫學中心變壓器油溶解氣體數據 87
表5.6 校本部變壓器油溶解氣體數據 88
表5.7 TR-1(醫學中心)氣體比值表 90
表5-8 TR-2(校本部)氣體比值表 90
表5.9 變壓器產氣速率 93
表5.10 各種絕緣油處理方式之效果比較 98
表5.11 成功大學變壓器絕緣油再生作業時程(第1~2天) 99
表5.12 成功大學變壓器絕緣油再生作業時程(第3~5天) 100
表5.13 成功大學變壓器絕緣油再生作業時程(第6~8天) 101
表5.14 醫學中心TR-1絕緣油再生作業測試數值記錄表 104
表5.15 校本部TR-2絕緣油再生作業測試數值記錄表 106
表5.16 醫學中心TR-1再生處理前後油溶解氣體數據 108
表5.17 校本部TR-2再生處理前後油溶解氣體數據 109
表5.18 醫學中心TR-1再生處理後油中溶解氣體追蹤數據 110
表5.19 校本部TR-2再生處理後油中溶解氣體追蹤數據 111
圖 目 錄
圖2.1 新紙、新油在750倍放大鏡下的照片 17
圖2.2 酸價0.1時可以看到sludge的產生 17
圖2.3 酸價0.15時看到更多的sludge紙纖維開始劣化 18
圖2.4 酸價0.3時紙被sludge覆蓋幾乎看不到 18
圖2.5 引線絕緣紙焦黑脆化 20
圖2.6 耐壓試驗器 22
圖2.7 變壓器油的擊穿電壓和含水量的關係 23
圖2.8 變壓器的吸收電流對時間的特性曲線 23
圖2.9 判斷變壓器老化的tanδ標準曲線 24
圖2.10 油中水分飽和溶解量 27
圖2.11 油中固體雜質含水量與破壞電壓的關係曲線 28
圖2.12 變壓器油中水分與電場強度的關係 29
圖2.13 油浸紙吸水量與電氣強度的關係 29
圖2.14 變壓器呼吸器 33
圖3.1 正常變壓器油中氣體變化情況 36
圖3.2 變壓器油的溫度與分解出來的氣體量之關係曲線 38
圖3.3 有載切換開關檢視及保養作業 40
圖3.4 有載切換開關接觸子積碳清除 40
圖3.5 取樣管插入瓶中並慢慢沿瓶壁注入油品 45
圖3.6 100%充滿瓶子後再讓油品溢流一些出來 45
圖3.7 氣相層析儀器 48
圖3.8 氣相層析儀動作流程 48
圖3.9 氣相層析儀分離管 49
圖3.10 分離管工作圖 49
圖3.11 熱傳導偵測器裝置圖 50
圖3.12 火燄式離子偵測器 50
圖3.13 氣相色譜儀分析圖譜 51
圖3.14 典型特徵氣體排列圖 57
圖3.15 變壓器實際運轉年數與重合度之關係 61
圖3.16 平均重合度殘率與CO+CO2產生量之關係 62
圖3.17 電協研法二成分組成比診斷圖 66
圖4.1 變壓器換油工作流程 75
圖4.2 變壓器油淨化處理流程 76
圖4.3 變壓器油再生處理流程 77
圖4.4 Fluidex再生活化處理流程 79
圖4.5 Fluidex再生活化技術示意圖 79
圖4.6 Fluidex再生活化設備內部系統 80
圖5.1 成功大學69kV/22.8--11.4kV電力系統圖 82
圖5.2 醫學中心變壓器溶解氣體趨勢圖 89
圖5.3 校本部變壓器溶解氣體趨勢圖 89
圖5.4 醫學中心TR-1特徵氣體排列圖 92
圖5.5 校本部TR-2特徵氣體排列圖 92
圖5.6 醫學中心及校本部變壓器二成分組成比診斷 95
圖5.7 Fluidex再生活化處理工作 102
圖5.8 醫學中心TR-1絕緣油再生處理變化曲線圖 105
圖5.9 校本部TR-2絕緣油再生處理變化曲線圖 107
圖5.10 TEM sensor檢測儀 111
圖5.11 醫學中心TR-1 TEM sensor檢測部分放電相位圖 112
圖5.12 校本部TR-2 TEM sensor檢測部分放電相位圖 112

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