臺灣博碩士論文加值系統

中 文 摘 要
電力變壓器主要做為電力系統電壓的轉換，需承受長時間的高電壓、大電流、大幅溫度變化及電磁力之衝擊。一旦發生故障往往造成很大的傷害及廣大範圍的停電使損失非常慘重，故如何維持電力變壓器的正常功能，甚至進一步延長使用期限及預知事故的發生以便防範於未然是相當重要的課題。此有賴於良好的維護並藉由試驗及診斷技術來預防事故的發生。各種試驗及診斷以絕緣試驗及診斷具有關健性的影響，因為絕緣破壞往往是變壓器故障的主要原因。為此，本文主要檢討變壓器絕緣之試驗及診斷技術，並整合相關試驗項目，以便早期發現變壓器內部的異常現象及判斷其可能衍生的故障類型及其發生的位置達到預防維護的目的。文中首先描述電力變壓器之構造、基本原理及附屬保護裝置，然後介紹目前變壓器常做的試驗項目及其內容，以預防試驗為主要的探討對象包括檢討這些試驗項目僅有局部放電試驗較具有預防試驗的功能。因此，本文最後介紹絕緣材料的特性及其剩餘壽命之診斷及推測，其中油中氣體分析之技術已被視為較可靠的預知診斷技術，故本文將加以整理及介紹以供參考應用。

Abstract

The power transformers are mainly made for voltage transformer for power,which should withstand high voltage stress, large current, wide temperature range and great electromagnetic strength for long time duration. Since a transformer failure usually makes large damage and large area blackout with tremendous losses, hence, it is important issue to maintain the transformer with normal operations even to prolong its lifetime and predicate the failure for preventing damages occurred. For this, well transformer maintenances with various tests and diagnosis techniques are necessary, in which, the insulation tests and diagnosis are the most affection factors due to most of failures caused by the insulation breakdown. This report mainly discusses the transformer tests and diagnosis techniques and integrates the related tests for early finding the internal abnormal phenomenao and further determining the failure type and location that will be developed. In this report, the transformer structure, operation principle and its protection accessories are first discrided. Then, the conventional transformer tests are reviewed. All of these tests are not concerned preventing test except partial discharge test. Consequently, this report will finally aim to preventing tests including to introduce the characteristics of insulation materials and to evaluate its residual life time, in which, the gas analysis technique for insulation oil had been seen as a reliable preventing diagrosis technique. The report will arrange this technique for convenient reference to application.

目 錄
中文摘要 Ι
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ~Ⅴ
圖索引 Ⅵ~Ⅷ
表索引 Ⅸ
第一章 緒 論
1.1 技術報告動機及目的 1
1.2 相關技術報告概說 1
1.3 技術報告範圍與內容 2
第二章 變壓器基本原理
2.1電磁感應 3
2.2 法拉第定律(Faraday’s Law) 4
2.3安培定律 7
2.4變壓器之等效電路 8
2.5磁滯曲線 12
第三章 變壓器保護附屬裝置
3.1油劣化防止裝置(氣袋式儲油槽) 17
3.2油面計的機能和概要 20
3.3空氣檢出裝置（Gas Detector）的功能及概要 21
3.4吸濕呼吸器 23
3.5散熱器及冷卻裝置 23
3.6高低壓套管 25
第四章 電力變壓器一般試驗介紹
4.1絕緣功率因數試驗 29
4.2絕緣電阻試驗 30
4.3匝比試驗 31
4.4線圈電阻測定 32
4.5極性和相序測試 34
4.6無載損與激磁電流 35
4.7負載損與阻抗電壓測試 38
4.8變壓器效率 41
4.9電壓調整率 41
4.10零相阻抗試驗 42
4.11溫升試驗 44
4.12衝擊電壓試驗 48
4.13開關突波試驗 58
4.14移行電壓測試 59
4.15感應電壓試驗 61
4.16局部放電試驗 62
4.17 AC耐壓試驗 63
4.18噪音試驗 65
4.19變壓器之流動帶電現象 68
4.20 討論 70
第五章 變壓器之絕緣材料
5.1絕緣油的種類 71
5.2絕緣油的基本特性 74
5.3絕緣油的性能需求 82
5.4絕緣油的使用特性 83
5.5片狀絕緣材料之基本特性 86
5.6片狀絕緣材料之使用特性 87
5.7環氧樹指（模鑄resin-molded ） 90
5.8氣封式絕緣（gas-sealed ） 93
第六章 變壓器的絕緣剩餘壽命推測
6.1油式變壓器的剩餘壽命診斷 95
6.2剩餘壽命診斷法 98
6.3變壓器剩餘壽命診斷上的問題點 105
6.4模鑄式變壓器的剩餘壽命診斷 106
第七章 電力變壓器油中氣體絕緣診斷
7.1油中氣體分析原理 111
7.2油中氣體分析判定的區分 115
7.3油中溶解氣體之採樣及脫氣 116
7.4油中氣體分析之狀態診斷 122
7.5 CO、CO2含量應用於變壓器之異常診斷 136
7.6 討論與比較 137
第八章 展望與未來 139
參考文獻 140

圖 索 引
圖2-1 變壓器構造簡圖。 4
圖2-2 變壓器電路示意圖。 5
圖2-3 變壓器鐵心磁路。 7
圖2-4 實際變壓器模型。 8
圖2-5 二次側置換至一次側變壓器等效電路。 9
圖2-6 變壓器近似等效電路。 11
圖2-7 最簡化之變壓器等效電路。 11
圖2-8 沒氣隙之封閉鐵心的磁路示意圖。 12
圖2-9磁滯現象(a)電壓、磁通及電流(b)相對應的磁滯迴線。 14
圖2-10磁滯曲線：磁滯損失與曲線面積成正比。 15
圖3-1 變壓器的附屬裝置。 17
圖3-2 變壓器的儲油槽油劣化防止裝置。 19
圖3-3 變壓器的儲油槽油面計。 21
圖3-4 變壓器的布氏電驛 22
圖3-5 變壓器的冷卻風扇。 24
圖3-6送油風冷式。 24
圖3-7 自冷式散熱器。 25
圖3-8 電廠級變壓器用大電流套管。 26
圖3-9 高電壓變壓器用套管油中對油中。 27
圖3-10 高電壓變壓器用套管油中對空氣中。 27
圖3-11 套管型比流器。 28
圖4-1功率因數測試器。 30
圖4-2匝比測試器。 31
圖4-3直流壓降法 32
4-4極性和相序測試。 34
圖4-5單相鐵損測試迴路。 35
圖4-6三相鐵損測試迴路。 36
圖4-7單相銅損測試迴路。 38
圖4-8三相銅損測試迴路。 39
圖4-9銅損測試迴路。 43
圖4-10線圈中之溫度分佈。 44
圖4-11線圈中之溫度分佈。 46
圖4-12 全波波形之時間及電壓。 49
圖4-13截斷波波形之時間及電壓。 50
圖4-14波前波峰值。 50
圖4-15衝擊電壓試驗迴路 。 52
圖4-16接地衝擊電壓試驗接線。 54
圖4-17非接地衝擊電壓試驗接線。 54
圖4-18衝擊電壓產生器之電壓，電流記示波器。 55
圖4-18B衝擊電壓產生器。 57
圖4-19 開關突波電壓波形。 59
圖4-20 移行電壓測定迴路。 60
圖4-21 感應電壓試驗時間。 61
圖4-22 局部放電試驗。 62
圖4-23 試HV線圈之三相Y-Y接線變壓器，只繪單相內部絕緣。 63
圖4-24 試HV線圈之三相Y-Y接線變壓器，外部試驗接線。 64
圖4-25 AC耐壓試驗用變壓器。 64
圖4-26 dB的合成計算圖。 65
圖4-27 dB的分解計算圖。 66
圖4-28 噪音計測試位置。 68
圖4-29線圈對地洩漏電流試驗迴路。 69
圖5-1絕緣油的特性與精煉度的關係。 72
圖5-2奈酚系與石蠟系碳氫化合物分子量與比重之關係。 74
圖5-3絕緣油黏度之溫度特性。 75
圖5-4銅板加熱時之腐蝕特性。 77
圖5-5礦物油含水量與空氣中相對濕度的關係。 78
圖5-6含水量對礦物油中破壞電壓影響的程度。 79
圖5-7氣相乾燥爐。 88
圖5-8低濕度室。 89
圖6-1平均聚合度變化率與變壓器運轉時間的關係。 96
圖6-2 糠醛結構式。 96
圖6-3 co2+co產生量與平均聚合度的關係。 99
圖6-4糠醛產生量與平均聚合度的關係。 99
圖6-5絕緣紙與絕緣油之間的糠醛吸著平衡。 101
圖6-6壓紙板與絕緣油之間的糠醛吸著平衡。 101
圖6-7剩餘壽命診斷之流程。 103
圖6-8依糠醛量與co2+co量所診斷之壽命關係。 105
圖6-9模鑄式變壓器之樹脂的絕緣劣化過程。 108
圖6-10依據2波長間吸光度差之劣化診斷掌握曲線。 109
圖7-1變壓器爆炸燃燒事故。 110
圖7-2變壓器爆炸燃燒事故。 111
圖7-3油中氣體分析原理。 112
圖7-4變壓器故障氣體類型。 113
圖7-5托里切利(Torricelli)真空法。 120
圖7-6水銀擴散幫浦與鐵浦拉幫浦(Toepler pump)併用法。 120
圖7-7汽缸式脫氣法。 121
圖7-8真空幫浦與活塞脫氣法。 121
圖7-9載氣置換法。 122

表 索 引
表3-1變壓器套管耐受試驗。 26
表4-1 IEEE C57.130。 47
表4-2油入式變壓器之保守管理之可燃性氣体發生異常判定基準。 48
表4-3 IEEE接地試驗，外銷日本之變壓器，依JEC常被指定再
作非接地試驗。 51
表4-4衝擊電壓試驗故障波形的分析。 56
表4-5量測後被測變壓器與周圍噪音差。 67
表4-6變壓器噪音量測地點說明。 67
表5-1為台電所購用的一般絕緣油規格。 80
表5-2台電所購用的高燃點絕緣油規格。 81
表5-3 SF6瓦斯與空氣及絕緣油之物理特性。 93
表6-1 長年劣化度的診斷參考值。 97
表6-2 壽命診斷時的點檢項目。 107
表7-1異常種類和發生氣體的關係表。 114
表7-2變壓壓器的異常種類和不良範例。 114
表7-3注意Ｉ等級。 115
表7-4變壓器油中氣體分析週期。 119
表7-5 H2主導形。 123
表 7-6 C2H4主導形(乙烯) 。 125
表 7-7 C2H2主導形(乙炔) 。 126
表 7-8 C2H6主導形(乙烷) 。 127
表 7-9 CH4主導形。 128
表 7-10異常診斷編碼表。 130
表7-11異常診斷表。 131
表7-12 Roger 改良法數碼分配。 133
表7-13應用Rogers改良法數碼研判變壓器內部故障。 133
表7-14 IEC 改良法數碼分配。 134
表7-15應用IEC 改良法數碼研判變壓器內部故障。 134
表7-16 Glass診斷法數碼分配。 135
表7-17應用Glass診斷法數碼研判變壓器內部故障。 135

參考文獻
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