淺議電力變壓器的在線檢測

【摘要】隨著國民經濟和電力事業迅速發展，裝機容量和電網規模在日益增大，人們對電力系統中設備的運行可靠性要求不斷提高。在現代電力設備的運行和維護中，電力變壓器不僅屬于電力系統中最重要的和最昂貴的設備之列，而且是故障多發設備。這就要求研究變壓器在線檢測的方法和檢測原理。

【關鍵詞】電力；變壓器；在線檢測；損耗

【中圖號】F407.61【文獻標示碼】A【文章編號】1005-1074(2008)10-0241-01

隨著電力系統朝著超高壓、大容量方向發展，以及社會和生活對供電可靠性要求的提高，迫切需要對電力設備運行狀態進行實時或定時的在線監測，及時發現電氣設備早期絕緣缺陷，防止突發事故發生，同時可以減少不必要的停電檢修，避免傳統試驗對電氣設備由于“過度檢修”所造成的巨大損失，有效地延長設備的使用壽命，使設備檢修達到優化配置。在現代電力設備的運行和維護中，電力變壓器不僅屬于電力系統中最重要的和最昂貴的設備之列，而且是導致電力系統事故最多的設備之一。

1變壓器維修的常用方式以及變壓器在線檢測方法

作為變壓器維修的常用方式，預防性試驗和定期維修主要存在以下5個方面的問題：浪費了大量的人力物力；增加了變壓器的停電次數和停電時間，造成了頻繁的運行操作，增加了誤操作的可能性；過度維修造成設備的頻繁拆卸，使在維修過程中產生新的設備隱患的可能性增加；維修后按要求進行的耐壓等試驗也會對變壓器造成不可逆損傷，使其總體壽命下降；事故維修也增加了變壓器的維修難度和維修費用；在線監測是連續的自動監測。因此，它的發展是與傳感器技術、電子技術、信號處理技術、數據儲存、記錄技術等息息相關的。近年來，由于計算機技術的飛速發展，使得計算機的性能提高和價格下降，大大擴展了在線監測技術的測量方法和應用范圍。不少新的在線監測方法及儀器豐富了原有的絕緣預防性試驗方法。我國現有的對電力變壓器實行的在線監測方法主要有：油中氣體含量利用化學方法在線檢測，包括：油色譜在線監測、油中氫氣濃度在線監測、油中氫氣和一氧化碳在線監測、油中乙炔在線監測等；鐵芯多點接地利用電氣方法在線監測和變壓器局部放電在線監測等；箱體溫度分布和接頭過熱利用紅外測溫方法在線監測等。其中，變壓器油中氣體含量、局部放電在線監測是開發較早和應用較廣泛的兩種在線監測技術。由于電力變壓器運行中，空載損耗一定程度反映鐵芯的狀態，而負載損耗一定程度反映繞組的狀態，所以三相變壓器的空載損耗和負載損耗在線檢測是變壓器狀態在線檢測的重要部分。傳統上變壓器空載損耗、負載損耗只能采用離線測量，不能起到在線監測變壓器運行狀況的作用。變壓器運行參數在線測量方法與以往變壓器監測以及測量方法的不同，在于這種方法可以在線監測變壓器的空載損耗、負載損耗，并得出銅耗和鐵耗參數，通過對銅耗和鐵耗的分析來取得變壓器的運行狀態并且預測變壓器故障的發生。

2變壓器空載損耗、負載損耗的一般檢測方法

空載損耗測量是變壓器的例行試驗，空載損耗主要是反映變壓器的鐵耗。變壓器的全部勵磁特性是由空載試驗確定的。進行空載試驗的目的是：測量變壓器的空載損耗和空載電流；驗證變壓器鐵芯的設計計算、工藝制造是否滿足標準和技術條件的要求，檢查變壓器鐵芯是否存在缺陷如局部過熱、局部絕緣不良等。變壓器空載試驗一般從電壓較低的繞組施加波形是正弦波、額定頻率的額定電壓其它繞組開路。三相變壓器空載損耗測量時，變壓器的溫度應接近于試驗時的環境空氣溫度。選擇試驗電源和線路的連接盡可能使三個鐵芯柱上的電壓對稱，電源波形為正弦。試驗電壓應以平均值電壓表讀數為準，記平均值電壓表的讀數。方均根值電壓表與平均值電壓表并聯。大型變壓器在工廠進行空載試驗時，空載試驗電壓波形會不同程度地受到非正弦勵磁電流的影響而波形發生畸變。這是因為工廠實驗電源的容量一般都較小，非正弦空載電流在發電機內的電樞反應及試驗線路中元件上的阻抗壓降使電壓波形不正弦。與此相反，變壓器在電力系統中運行時，由于系統容量很大，非正弦的空載電流的影響很小，其線端上的電壓波形是正弦的。試驗電壓波形的畸變程度對空載損耗的測量是有影響的。對波形不成正弦條件下空載損耗測試結果的波形校正，就是使非正弦條件下的試驗參數校正到接近變壓器運行時的參數。空載損耗主要由電工鋼帶的磁滯損耗和渦流損耗組成，空載損耗中也包括有附加損耗。附加損耗主要有：由于剪切加工使晶粒畸變引起的損耗。在鐵芯的接縫處，由于磁通分布改變，單位損耗和勵磁電流增加，特別是三相鐵芯的鉸鏈處，產生旋轉磁通，單位損耗增加很多。漏磁通在油箱和結構件中的損耗，空載時的零序磁通和三次諧波磁通在三柱鐵芯中只能通過油箱和結構件成為回路，在其中引起的損耗。空載電流通過繞組，在繞組中產生的電阻損耗。所有上列附加損耗在正常的變壓器中都可以忽略不計。GB1994.2—1996對電源電壓的波形規定為：電源電壓的波形近似于正弦波。在電壓波形中總諧波含量不大于5％，偶次諧波含量不大于1％，即認為電壓波形是近似于正弦波。制造廠進行負載試驗的目的是測量變壓器的負載損耗和短路阻抗。確定這兩個重要性能參數是否滿足標準、技術協議的要求，以及變壓器繞組內是否存在缺陷。在變壓器負載試驗時，變壓器鐵芯內的磁通是很小的。但由于繞組內通過電流，兩個繞組的安匝是平衡的，在變壓器內產生漏磁通，此漏磁通在繞組內的導線中產生渦流損耗，在繞組的并聯導線內產生不平衡電流損耗，漏磁通也會在夾件、油箱、屏蔽內產生附加損耗，在鐵芯中和在鐵芯拉板內產生附加損耗。所有這些損耗都與繞組內的電流有關，因而都歸于變壓器的負載損耗之內。變壓器的負載損耗中絕大部分為銅耗，即繞組電阻損耗。三相變壓器的短路試驗要測量三相的電壓和電流，并以三相的平均值為準。

3變壓器空載損耗、負載損耗在線檢測原理

變壓器損耗測量方法從總體上可分為三種：①采用變壓器開路、短路測試方法。此方法存在測量誤差大且不能在線測試觀察等缺點；②通過測出變壓器的輸入及輸出功率，然后求差得到功率損耗。此方法雖然可以利用計算機在線檢測出損耗，但無法得到變壓器銅耗、鐵耗值；③通過電路變換，利用求和法在線測量變壓器銅耗、鐵耗值。此方法具有精度高、原理簡單等特點。在線測量變壓器空載損耗、負載損耗，可以在線檢測變壓器突發性故障。以變壓器短路故障為例，由于短路故障時繞組電流較正常運行時增加數十倍，以致繞組銅耗比額定銅耗增大數百倍，可及時得到變壓器突發性故障信號并進行處理。同時可以通過在線測定的變壓器空載損耗、負載損耗與變壓器出廠的空載損耗、負載損耗值對比，檢測出變壓器潛在故障。當交流電壓加在鐵芯線圈上時，鐵芯中是有損耗的，被稱為鐵耗。當電源電壓一定時，鐵耗基本上是恒定的，它與負載電流的大小和性質無關，變壓器中的繞組有一定的電阻，電流通過時產生的電阻損耗就是銅耗。在恒定電壓的情況下，電流大致和負載成正比，而電阻損耗是與電流的平方成正比。

4參考文獻

1《電力變壓器手冊》編寫組.電力變壓器手冊[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1990，5

2周術，任士焱.變壓器突發性故障在線檢測識別技術[J].儀器儀表學報增刊，2002，6.

3程林，任士焱.三相變壓器空載與負載損耗在線檢測方法研究[J].儀器儀表學報，2005.