变压器故障诊断方法研究

变压器故障诊断方法研究

邬少文

（国网上海市奉贤供电公司，上海市奉贤区，201400）

摘要：随着现代电力设备的大量运用，电力系统规模不断扩大，变压器作为电力系统的能量转换核心，它的安全稳定运行直接关系到整个电力系统的稳定安全。目前，我国依然有许多变压器运行时间过长，这些变压器潜藏着设备故障、绝缘老化等问题，容易出现事故。变压器一旦出现事故就可能带来巨大经济损失，造成社会不良影响。因此，对变压器进行有效的诊断，有效评估运行状态具有重要意义。

关键词：变压器；故障；诊断

引言

电网的安全运行是保证可靠、稳定的电力供给的基础。电网事故不但可以造成巨大的经济损失，损坏国家经济的正常运营，甚至会危及公共安全，造成难以估计的社会不良影响。2005—2010年我国由输变电设备故障引发重大电网故障次数占总事故的37.10～48.15％。电网的安定运行关键在于电力设备，而作电力设备中关键的设备，变压器运行状态会直接决定电网能否稳定和安全运行。电力变压器一旦发生故障就可能会造成设备资产和大停电等重大损失，甚至可能产生严重的不良社会影响[1]。

而变压器故障分为多为形式，可以分为内部和外部，也可以分为热性和电性，但无论是那种情况都有可能引发变压器事故，这已经被人们所认同。因此我们要及时准确地对故障进行果断处理，避免引发事故。

1  现今故障诊断检修的问题

目前我国在对检修与诊断变压器故障一般采取预防性检修方式，也就是定期检修方式。这意味着所有的变压器都需要根据国家标准规定的检修周期进行检修，这种检修方式就不可避免出现一些问题：

首先对于一些不需要进行检修的电力变压器也要进行检修，出现“无病也治”问题，在变压器正常运行，没有出现故障时，依旧对变压器进行停电检修，这就浪费大量的人力、物力和财力。但真正出现问题而需要检修的变压器，却又由于没有满足标准规定的时间而不能及时进行检修，这就会让问题变得更加严重，最终导致事故发生。

而且变压器的检修需要对变压器进行拆卸，频繁检修就不可避免地让空气中的尘埃与湿气接触到变压器的内芯，降低变压器绝缘能力，出现新的设备隐患。

除此之外，检修变压器难免需要断电，这就会使得电力系统的运行稳定性降低，影响居民生活质量。这就不符合新时期对电网运行的要求。

因此建立一个变压器故障状态检测机制，从而避免不必要的检修，进行更加有意义的检修。

2  电力变压器状态评测方法

2.1  变压器状态检测

要想全面地、准确地评估变压器的运行状态，必须通过严谨、精确地实验来判断，以实验所获得的数据来作为参考点判断变压器的实际运行状态[2]。

（1）进行局部放电量实验。实验主要包括两个过程：在线监测和停电监测。在线监测分为两种：超声法与电测法。两者都是接受因局部放电而产生的信号，不同的是，前者是在油箱不同位置处接收超声波信号，而后者则是运用中性点和铁心引下线接收电脉冲信号。这两种监测方式在定位和定性方面有较好的优势。

（2）检测水分。对油箱及储油柜中含有的水分进行测量，这种方法也可以间接的测量出纸绝缘中水分含量。

（3）测形变和位移。首先在停电的时候，检测绕组阻抗值，从该参数值可以对绕组形变的水平进行估测；然后对故障录波进行测量，也就是测量出口处短路电流大小变化以及所发生的时间。这种方法已经得到实践的考证，变压器的内部发生形变与位移的参数数据对评测变压器运行状况时是非常有用。

（4）温度测量。温度测量简单而且又高效。变压器一般都有温度计，可以直接观察温度计来得出油温。不过对油箱表面处以及套管出现端子两者温度的测量中就不能使用温度计，而是需要借助红外测温仪来测量。

（5）分析油中含有的气体的色谱图。油色谱分析法可以反映出局部放电以及局部过热等信息，但是不能及时地反映出因绕组发生形变而导致局部放电或者局部过热。

2.2  油色谱分析法

油色谱分析法是作为变压器检测的最重要的方法之一。油色谱分析法的原理是任何一种烃类气体的产生速率随温度变化而变化。它是对运行中的变压器油样进行油中溶解气体成分及含量的分析，根据不同的成分及含量可判断变压器暗藏的故障及性质。

对于大型电力变压器，目前几乎采用油来绝缘和散热，油浸式电力变压器的内部故障大体上分作局部过热和局部放电两种类型，这两种故障都会导致故障点周围的绝缘油和固体绝缘材料发生分解而产生的气体，这些气体大部分溶解到油中，因为不同性质的故障产生的气体不同，并且同一种性质故障，由于故障的严重水平不同，产生的气体数量也不相同。由于故障气体大部分都溶于变压器油中，变压器油中故障气体成分和各种组分的含量多少与故障性质及严重程度有直接关系。因此在变压器运行中对其进行按期测量溶解在油中的气体组分及含量对于及时发现变压器内部暗藏故障有着非常重要的作用。

表2-1 分析气体成分及目的

例如：某主变压器（SFSZ7-40000/110），所有分接开关为国产ZY1系列有载分接开关，1990年5月18日安装投入运行，因为供电用户要求电压具有较高的合格率，调压频率变得比较频繁，当月变压器油色谱分析出现异常，数据见表2-2。

表2-2变压器油色谱检测值

表中显示油中微水含量为11.5ug/L，由于气体成分中C₂H₂占主要成分，且超出注意值，初步判断是变压器内部出现高能量的放电故障，遂停电全面电气试验检测，最终查出是切换开关室绝缘筒上法兰与变压器本体连接处，周围渗漏，校紧螺栓无效，分析切换开关室渗漏系O型密封圈不良引起[3]。

用油色谱法测定绝缘油中溶解气体的组分含量，是判断运行中的充油电力设备是否存在潜伏性的过热、放电等故障，以保障电网安全有效运行的有效手段。

3  电力变压器故障处理

对于一些变压器故障，可以直接及时进行处理，避免因此产生的不必要的损失。

3.1  接头过热

    接头过热会自动烧断，使得变压器运转终止。需要尽快处理。

   （1）使用铝制或铜制电线连接。一般变压器的端头都由铜制作而成的，那么就需要判断周围环境情况是否潮湿。如果周围环境较潮湿，那么就不能使用铝制电线与接头相连，因为这种情况下二者会发生电解反应。那么就需要在连接铝导体与铜导体时，一端为铝导体，另一端为铜导体的特殊触头。

   （2）普通连接。现在变压器上一般都采取普通连接，这种情况下可以采用先将接面处锻造成一个平面，而后清除表面的污垢，再在上面均匀地涂抹导电膏，确保连接有效。

3.2  漏油

漏油通常不会使变压器立刻停止运行，但是不能及时有效处置也会危及变压器的运行。

（1）油箱焊接处漏油。可以使用铁板补焊；如果是两个面的连接位置，可以先将铁板制成纺锤状，然后再来补焊；如果是三个面的连接位置，就需要按实际情况将铁板制成三角形状，再进行补焊。

（2）防爆管漏油。防爆管作用是为了防止变压器中的油箱出现破裂。但是防爆管本身自带的玻璃膜因为受到震动而比较容易出现破裂。如果不能及时对此进行处理，那么将会导致纸绝缘受潮。只需拆掉防爆管并且适当改装变压器内部的压力释放阀门便可以处理了。

3.3  铁心接地

正常接地时有个接地点，但变压器铁心只能有这一个接地点，是用来限制铁心电位和流过电流。不接地或者出现两个以上的接地，都会出现铁心故障。接地故障时，铁心产生短路环，短路环在交变磁场下会产生大短路电流，流过铁心，造成过热，铁损增加。而且过热会导致局部铁心硅钢片损坏，绝缘漆膜损坏。因此铁心接地故障需要及时处理。

（1）临时措施。接地回路中临时串加电阻可以用来限制电流，处置接地电流大的情况。也可以断开正常接地点，减少流过铁心的电流，减轻发热程度。

（2）措施。绝缘电阻低时，可以通过正常接地点对铁心施加交流电烧熔或者直流电容器脉冲放电，将多余的接地线烧掉。绝缘电阻不低时，可以少量放油后，打开接地套管，通过检查和处理接地引线消缺。

3.4  套管闪络放电

     套管闪络放电会致使本身发热，老化，引发变压器短路事故。

（1）表面脏污。脏污的导电性能会在阴雨潮湿天气下放电。需要将变压器停电，清理套管，并涂抹涂料提高防闪防污能力。

（2）不合理设计。设计外爬电距离选用小，而且变压器在污秽高的地区运行，这需要换加爬电距离更大的套管或者增加硅橡胶增爬裙[4]。

（3）表面附有杂物短接瓷裙，只需要将其挑出即可，但需要用绝缘杆，防止触电。

（4）大气过电压或内部过电压。只需检查及试验套管与变压器，合格后再重新投入运行。

3.5  变压器轻瓦斯动作、瓦斯继电器油室内有气体

瓦斯继电器油室在正常情况下内部充满油。瓦斯动作后立即进行检查和处理。

（1）气体无味且不可燃。该气体为空气，说明可能由以下情况产生：空气在安装或检修时注油或滤油期间进入，以及放气不彻底或未能反复放气，变压器运行后，温度升高，气体溢出进入瓦斯继电室。因此需要严格进行反复放气；油泵密封不好，导致气体进入变压器，这需要对油泵进行检查和排除故障。

（2）气体有气味。这表明变压器存在内部故障，微黄且不可燃，说明内部绝缘支架等材料损坏；灰色、黑色且可燃，变压器油由于裸金属过热或者绝缘闪络而分解；白色且不可燃，说明可能是绝缘击穿或者纸绝缘受损。

4  故障仿真

MATLAB意思是矩阵实验室，它具有多种功能，如建立模型、计算。接下来将使用MATLAB其中一个比较重要的Simulink功能来进行部分故障仿真，使故障显得更加清晰可见。

图3-1 三相短路的模型

仿真结果如下：                      

图3-2 三相短路电流仿真结果

变压器短路后电流急剧增大，就会产生很大的热量损耗，使得变压器温度升高，而且会产生电动力效应，出现较大电动力，损坏变压器，更重要的是会导致同步运行将失去同步，系统稳定受损，造成大面积停电事故。       

造成短路的原因有设备绝缘老化，过电压等原因，对于此，我们可以通过状态诊断先判断出隐患，从而避免事故发生。

总结

随着科技的发展，新技术，新理论不断服务于生活，变压器状态评估方法也将越来越先进，就能及时有效发现变压器潜在问题并及时解决，就避免事故的发生，保障电力系统安全稳定运行。

参考文献：

[1]  舒蔚蔚, 韦应顺.电力变压器状态检修决策的研究[J].科技信息.2013(18):113-113.

[2]  田冲.电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[J].电子世界.2013(16):38-39.

[3]  咸日常 著.电力变压器运行与维修[M].北京：中国电力出版社，2004.8.

[4]  赵冀，冯云川.配电变压器常见故障分析[J].通讯世界.2013(16):87-88.

作者简介：

邬少文（1994-），男，河南，初级，从事农网运行维护与检修。

国网上海市奉贤供电公司，18010147291,806550273@qq.com,201400。