電力變壓器故障與故障診斷技術探討

【摘 要】電力變壓器是電力系統的重要輸變電設備，其運行狀況直接關系到發、供電系統的安全性和供電可靠性，對電力變壓器進行故障檢測和診斷是提高電力系統運行的安全水平和供電可靠性的關鍵之一。本文簡要介紹了變壓器的故障和故障的診斷技術。

【關鍵詞】變壓器；故障；診斷

一、電力變壓器的構成和分類

電力變壓器是用來改變電壓和電流、傳輸電能的一種靜止電器，是電力系統中輸變電、配電設備中最重要和最昂貴的設備之一，也是電力設備中容量較大、故障率較高的環節，其運行狀態的安全與否直接關系到整個電力系統的安全性和經濟性，是電網安全運行的基礎。變壓器的結構由變壓器本體和變壓器附件這兩大部分構成。變壓器本體的主要部件包括以下幾個部分：線圈、鐵心及其夾緊裝置等構成的變壓器器身；用于變壓器器身冷卻、絕緣和防腐作用的變壓器油；容納變壓器器身和變壓器油的油箱。變壓器附件是指：變壓器套管、變壓器油枕、有載分接開關、變壓器冷卻系統、變壓器本體保護裝置及其測示儀表等。

按照電力變壓器冷卻和絕緣介質的不同，可歸納為三大類：一是油浸式電力變壓器，采用礦物油作為冷卻和絕緣介質；二是氣體絕緣電力變壓器，采用人工合成的氣體作為冷卻和絕緣介質；三是干式電力變壓器，采用空氣作為冷卻和絕緣介質。目前，絕大多數的電力變壓器仍是油浸式變壓器。油浸式變壓器主要由器身、油箱、冷卻裝置、保護裝置、出線裝置等構成，由于變壓器結構復雜，各個部分均有出現異常或故障的可能性，這些異常或故障可以通過各種現象如聲音、振動、氣味、顏色、溫度，或者通過檢測試驗數據反映出來。

二、電力變壓器的故障分類和規律

減少電力變壓器故障率，增加電氣設備的可靠性，一方面取決于設備的制造和安裝質量，另一方面在于設備的檢修維護和必要的預防監測。因此，隨時檢測變壓器狀態，及早發現并排除變壓器可能潛在的故障，已成為保障供電可靠性的重要手段之一，是電力系統中一項具有重大理論和實用價值的課題。

大型油浸式電力變壓器的故障涉及面廣而且復雜多樣，特別是在運行過程中發生的故障，很難以某一判斷標準診斷出故障的類型及性質。變壓器常見故障類型劃分方法有很多種，通常有：按變壓器主體結構可分為繞組故障、鐵芯故障、油質故障、附件故障；按回路可分為電路故障、磁路故障、油路故障；按一般常見故障易發區可分為鐵芯故障、分接開關故障、繞組故障、絕緣故障等；按變壓器本體可分為內部故障和外部故障。變壓器內部故障，按形成的原因和發展的過程，可分為由電氣回路缺陷構成的突發性故障和由鐵芯、開關、并聯導線絕緣損傷等局部過熱構成的緩慢發展的潛伏性故障兩大類。而對變壓器本身影響最嚴重、故障率最高的是變壓器出口短路故障，同時還存在變壓器油滲漏故障、油流帶電故障、保護誤動故障等等。

長期故障統計表明，變壓器的故障率隨時間的變化可以線性化為三個階段：早期故障期、偶然故障期和耗損故障期。早期故障期是指變壓器的早期故障起出現在設備使用的1～3年，其特點是故障率較高，且故障率隨著時間的增加而迅速下降。變壓器的早期故障通常是由于設計、制造上的缺陷等原因引起的，例如設計不合理，使用材料不合格，裝配不當，焊接不良，質量檢驗不認真等造成的。偶然故障期是在早期故障期之后是變壓器的有用壽命期，稱之為偶然故障期。其特點是故障率低且穩定，故障的產生是隨機的。偶然故障是由偶然因素引起的，如技術參數突然超過極限值，工藝缺陷、材料弱點在偶然因素的激發下，維護不良、操作失誤，運行環境的突變等因素造成的。耗損故障期出現在變壓器的有用壽命期的末期，其特點是故障率隨時間的增加而加大。損耗故障是由于變壓器內部的物理變化、化學變化或生物變化所引起的磨損、疲勞、腐蝕、老化、極化、損耗、阻抗增大、振動位移等原因所造成的。

三、變壓器的故障診斷技術

電力變壓器的故障診斷是指在設備吊罩、不解體的情況下，根據經驗和數據，采用一定的技術手段對變壓器所處狀態進行判斷、對變壓器已有的故障及其發展變化進行跟蹤診斷和估計的技術。如果能夠準確診斷和估計設備的故障及其發展變化，就可以制定最佳維修策略。

1．變壓器油中溶解氣體分析（DGA）研究。對油絕緣電力變壓器進行早期故障診斷顯得尤為重要。油中溶解氣體分析（DGA）就是一種全世界公認的而又被廣泛使用的對油絕緣電力變壓器進行早期故障診斷的技術。DGA即通過對變壓器油中溶解氣體的分析來判斷變壓器存在的故障，國內外電力研究者對變壓器油色譜絕緣故障診斷開展了大量的研究工作。常用判斷方法有：特征氣體方法、比例法TCG方法、模糊診斷法。在DGA中，長期以來采用特征氣體法和IEC三比值法。這些方法只是實踐經驗的總結，不能對所有故障提供完全客觀、準確的診斷。其中IEC三比值法存在編碼不全問題，當發生多重故障，故障氣體比值編碼可能找不到相對應的比值組合，則診斷不成功。

2．變壓器紅外診斷技術。紅外診斷技術是對運行中的電力變壓器進行非接觸無損檢測和故障診斷技術，能進行大面積溫度分布場的掃描和局部缺陷的定點測溫，能夠準確的分辨出設備表面0.1～05℃的溫差變化，同時紅外儀器和計算機技術結合，對設備的紅外熱像進行處理，從而實現數據的統計、分析、顯示、存儲等技術功能。紅外測溫不受現場高壓強電場的干擾，不影響電力變壓器的正常運行，同時對帶電部位可保持足夠的安全距離，因此安全、經濟性好，可靠性高。常用診斷方法有：溫度判斷法、相對溫差法、同類比較法、歷史數據分析法。

3．變壓器繞組變形故障的測試與診斷。電力變壓器是電力網的核心設備之一，因此，其運行可靠性將對電力系統的安全起到非常重要的作用。然而，由于設計制造技術、工藝以及運行維護水平的限制，變壓器的故障還時有發生，尤其是近年來逐漸引起人們重視的變壓器近區（或出口）短路故障，這大大影響了電力系統的安全運行。變壓器繞組發生局部的機械變形后，其內部的電感、電容等分布參數必然發生相應變化。利用一定的測試技術，測量變壓器各個繞組的某些特定參數，并對測試結果進行縱向或橫向（三相之間）比較，就有可能診斷出繞組的扭曲、傾斜、鼓包、移位等變形現象。根據測試手段的不同，常用的測試方法有阻抗法、低壓脈沖法和頻率響應分析法。

故障診斷分為故障性質診斷和故障部位診斷。其中故障性質診斷的方法很多，并在實際應用中獲得了驗證和推廣，取得了可喜的成績。而故障部位診斷的研究和應用仍處于探索階段。如果能在變壓器發生故障后，能夠準確地分析出故障性質，以及快速判斷出故障部位，就能及時排除變壓器的故障，提高供電可靠性，對實際工作具有較大的指導意義。鑒于電力變壓器在長時間的運行中，受到電磁振動、機械磨損、化學作用、大氣腐蝕、電腐蝕等內外影響，其健康狀態在逐漸變壞，有時間因素也有其他因素，在不同程度上影響了該設備的安全可靠性。電力變壓器在經過一定時間運行以后，必須進行檢修，修復缺陷，更換不合格部件，使其恢復到健康狀態。

參 考 文 獻

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