淺析變壓器故障及診斷方法

閆佳文 胡偉濤

淺析變壓器故障及診斷方法

國網(wǎng)河北省電力公司培訓中心 ?閆佳文

國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司 ?胡偉濤

【摘要】針對電力變壓器運行過程中的常見故障進行分析和歸納，提出變壓器故障診斷和解決的方法，從而及時發(fā)現(xiàn)和解決故障，確保電力系統(tǒng)的安全運行。

【關鍵詞】電力系統(tǒng);變壓器;故障診斷

1.引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的組成部分，不僅直接關系到由其供電的廣大用戶，也關系到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，對電力變壓器的故障進行分析，并采取相應的解決措施具有十分重要的意義。變壓器故障的檢測技術是準確診斷故障的主要手段，其試驗項目及順序為：油中中溶解氣體分析、直流電阻檢測、絕緣電阻吸收比、絕緣介損及電容量、油質(zhì)檢測、局部放電及絕緣耐壓等。

2.變壓器檢測技術

2.1 停電檢測

（1）絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)測量：絕緣電阻的大小常能靈敏地反映絕緣情況，能有效地發(fā)現(xiàn)設備絕緣局部或整體受潮和臟污，以及絕緣擊穿和嚴重過熱老化等缺陷。一般讀取施加電壓后60s的數(shù)值或穩(wěn)定值，作為工程上的絕緣電阻值。

（2）介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ及電容量測量：通過測量tanδ值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷，當電氣設備絕緣整體性能下降，如普遍受潮、臟污或老化以及絕緣中有缺陷發(fā)生局部放電時，流過絕緣的有功電流分量將增大，tanδ也增大。因此，通過測量tanδ值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷。變壓器繞組之間電容量的明顯變化往往意味著繞組發(fā)生了機械變形。

（3）交流耐壓試驗：交流耐壓試驗是一種最符合電氣設備實際運行條件的耐壓試驗。對有效發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷（尤其是集中性缺陷）從而避免發(fā)生絕緣事故起到?jīng)Q定性的作用。但是，由于試驗電壓較高，有可能使設備絕緣在試驗中被擊穿而不可恢復，或者雖未導致?lián)舸瑓s使絕緣中的某些輕微弱點在高電壓作用下更加發(fā)展，給絕緣留下隱患（累積效應）。

（4）局部放電測量：絕緣中內(nèi)在的局部缺陷，特別是在程度尚不嚴重時，用別的方法往往難以發(fā)現(xiàn)，而用測量局部放電的方法，卻能比較靈敏地檢測出來。經(jīng)過多年來的研究改進，這項局部放電測量技術已漸趨成熟，它對發(fā)現(xiàn)絕緣的早期缺陷盡早采取預防措施具有很重要的意義。

（5）繞組電阻測量：繞組電阻的測量作為判斷繞組縱絕緣狀況與電流回路連接狀況的主要手段之一被廣泛應用于變壓器的狀態(tài)檢測與故障診斷，且方便有效，它能夠反映繞組匝間短路、斷股、分接開關及導線接頭接觸不良等故障。

（6）變比試驗：變比試驗是大修后的變壓器、CT和PT必須進行的項目，對于變壓器主要作用是檢查分接開關的位置是否正確、檢查各繞組的匝數(shù)比，判斷變壓器是否存在匝間或層間短路。

（7）變壓器繞組頻響特性測試：頻率響應分析法（FRA法）對繞組變形進行測定，這種無損檢測設備頻率范圍廣（1k～1MHz），抗干擾能力較強，測定重復性較好。

2.2 帶電檢測

（1）絕緣油中溶解氣體分析（DGA）：這項試驗的優(yōu)點是可以發(fā)現(xiàn)充油電氣設備內(nèi)部某些用測量介損等方法所不能發(fā)現(xiàn)的潛伏性故障，其方法迅速簡便，不需要設備停電。但是，絕緣油中溶解氣體分析方法對于某些突發(fā)性故障不易發(fā)現(xiàn)，例如匝間短路等。

（2）紅外診斷技術：在電力設備檢測診斷中，通過紅外診斷能及時發(fā)現(xiàn)各種載流的裸露接頭及抽頭的連接部位由于接觸電阻增大造成的局部過熱缺陷。還可以查找充油設備缺油、高壓一次側受潮。

（3）變壓器鐵心接地電流帶電檢測：變壓器鐵心接地電流的大小隨鐵心接地點多少和故障嚴重的程度而變化。國內(nèi)外都把鐵心接地電流作為診斷大型變壓器鐵心多點接地故障的特征參量。

（5）局部放電超聲檢測：通過測量局部放電產(chǎn)生的聲波來檢測局部放電的大小及位置。主要超聲法及高頻法等。

2.3 在線監(jiān)測

（1）油中溶解氣體在線監(jiān)測技術：通過對油中溶解氣體的監(jiān)測，分析出氣體成分、含量及產(chǎn)氣速率，從而有效判斷出變壓器的絕緣狀況，如劣化程度、故障種類等。

（2）變壓器局部放電在線監(jiān)測：通過測量局部放電產(chǎn)生的聲波來檢測局部放電的大小及位置。主要超聲法及高頻法等。

（3）鐵心接地電流在線監(jiān)測：通過監(jiān)測鐵心接地電流檢測鐵心多點接地故障。

3.變壓器故障運行特征

變壓器發(fā)生異常時，外表常會發(fā)生各種變化，一般常伴有某些部位的外表顏色、氣味、聲音、溫度、油位、負載等的變化，結合這些變化對分析與綜合診斷變壓器的故障性質(zhì)、程度、趨勢和嚴重性等起到一定作用。

3.1 外觀異常

（1）防爆筒薄膜龜裂破損：如果防爆筒薄膜破損，會使防爆管失去作用，水和潮氣進入變壓器內(nèi)使絕緣受潮。

（2）套管閃絡放電：套管閃絡放電會造成發(fā)熱，老化，引起短路甚至爆炸。

（3）滲漏油：滲漏油是變壓器常見問題，滲漏油主要部位在大蓋與本體結合部分、放油門、散熱器等部位。

3.2 顏色異常

（1）線卡處過熱引起異常：套管與設備卡線連接部位松動、接觸面氧化嚴重等。

（2）套管污穢嚴重或由損傷引起異常：套管誤會嚴重有損傷二發(fā)生閃絡放電會產(chǎn)生一種特殊焦臭味。

（3）硅膠過快變色：硅膠罐密封不嚴、硅膠玻璃罩有裂紋或破損、硅膠罐下部位無油或油位低。

（4）變壓器氣體繼電器內(nèi)有氣體。

3.3 聲響異常

（1）交流聲音增大：可能出現(xiàn)了過電壓或過負荷情況

（2）出現(xiàn)雜聲：若聲音比正常增大且有明顯雜音，可能內(nèi)部夾件或壓緊鐵心的螺釘松動，是的硅鋼片振動增大。

（3）伴有放電聲：若是內(nèi)部放電，應立即將變壓器停電檢查。

（4）夾雜有水沸騰聲：若有水沸騰聲且溫度急劇變化則有可能是發(fā)生短路或分接開關不良的嚴重過熱。

（5）夾雜爆裂聲：若聲音中夾雜不均勻爆裂聲，可能是變壓器內(nèi)部或表面絕緣擊穿。應立即將變壓器停電檢查。

3.4 溫度異常

（1）內(nèi)部故障引起溫度異常：變壓器內(nèi)部故障時候如過熱、鐵心多點接地等會引起溫度異常。

（2）散熱器閥門不通引起溫度異常：新安裝或大修后變壓器散熱器閥門忘記打開時。

（3）呼吸器堵塞或嚴重漏油引起溫度異常。

（4）冷卻裝置運行不正常引起溫度異常。

3.5 油位異常

（1）假油位：運行中出現(xiàn)假油位的原因有油標管堵塞、油枕呼吸器堵塞、防爆管通氣孔堵塞。

（2）油位過低：油位過低會引起輕瓦斯動作，嚴重時會引起內(nèi)部繞組暴露，并使得絕緣降低。

4.變壓器故障分析判斷

根據(jù)變壓器運行現(xiàn)場的實際狀態(tài)，在發(fā)生以下情況變化時，需對變壓器進行故障診斷。

（1）正常停電狀態(tài)下進行的交接、檢修驗收或預防性試驗中一項或幾項指標超過標準。

（2）運行中出現(xiàn)異常而被迫停電進行檢修和試驗。

（3）運行中出現(xiàn)其他異常（如出口短路）或發(fā)生事故造成停電，但尚未解體（吊心或吊罩）。

當出現(xiàn)上述任何一種情況時，往往要迅速進行有關試驗，以確定有無故障、故障的性質(zhì)、可能位置、大概范圍、嚴重程度、發(fā)展趨勢及影響波及范圍等。以下為各類可能情況應當采取的試驗方法及順序。

4.1 油色譜分析異常時

（1）檢測變壓器繞組的直流電阻。

（2）檢測變壓器鐵心的絕緣電阻和鐵心接地電流。

（3）檢測變壓器的空載損耗和空載電流。

（4）在運行中進行油色譜和局部放電跟蹤監(jiān)測。

（5）檢查變壓器潛油泵及相關附件運行中的狀態(tài)。

（6）進行變壓器絕緣特性試驗。

（7）絕緣油相關性能檢測。

（8）變壓器運行或停電后的局部放電檢測。

（9）絕緣油中糠醛含量及絕緣紙材聚合度檢測。

（10）交流耐壓試驗檢測。

4.2 變壓器出口短路后應

（l）油色譜分析。

（2）變壓器繞組直流測。

（3）短路阻抗試驗。

（4）繞組的頻率響應試驗。

（5）空載電流和空載損耗試驗。

（6）繞組電容量試驗。

4.3 判斷變壓器絕緣受潮要進行的試驗

（1）絕緣特性試驗。

（2）變壓器油擊穿電壓試驗。

（3）絕緣紙的含水量檢測。

4.4 判斷絕緣老化進行的試驗

（1）油色譜分析。

（2）變壓器油酸值檢測。

（3）變壓器油中糠醛含量檢測。

（4）油中含水量檢測。

（5）絕緣紙或紙板的聚合度檢測。

4.5 變壓器振動及噪聲異常時的檢測

（1）振動檢測。

（2）噪聲檢測。

（3）油色譜分析。

（4）變壓器阻抗電壓測量。

5.綜合判斷的原則

（1）與設備結構聯(lián)系。熟悉和掌握變壓器的內(nèi)部結構和狀態(tài)是變壓器故障診斷的關鍵，如變壓器內(nèi)部的絕緣配合、引線走向、絕緣狀況、油質(zhì)情況等。又如變壓器的冷卻方式是風冷還是強迫油循環(huán)冷卻方式等，再如變壓器運行的歷史、檢修記錄等等，這些內(nèi)容都是診斷故障時重要的參考依據(jù)。

（2）與外部條件相結合。診斷變壓器故障的同時，一定要了解變壓器外部條件是否構成影響，如是否發(fā)生過出口短路;電網(wǎng)中的諧波或過電壓情況是否構成影響;負荷率如何;負荷變動幅度如何等等。

（3）與規(guī)程標準相對照。與規(guī)程規(guī)定的標準進行對照，如發(fā)生超標情況必須查明原因，找出超標的根源，并進行認真的處理和解決。

（4）與歷次數(shù)據(jù)相比較。僅以是否超標準為依據(jù)進行故障判斷往往不夠準確，需要考慮與本身歷次數(shù)據(jù)進行比較才能了解潛伏性故障的起因和發(fā)展情況。例如，試驗結果盡管數(shù)值偏大，但一直比較穩(wěn)定，應該認為仍屬正常;但試驗結果雖未超標而與上次相比卻增加很多，就需要認真分析，查明原因。

（5）與同類設備相比較（橫向比較）。一臺變壓器發(fā)現(xiàn)異常，而同一地點的另一臺相同容量或相同運行狀態(tài)的變壓器是否有異常，這樣結合分析有利于準確判斷故障現(xiàn)象是外因的影響還是內(nèi)在的變化。

（6）與自身不同部位相比較（縱向比較）。對變壓器本身的不同部位進行檢查比較，如變壓器油箱箱體溫度分布是否變化均勻，局部溫度是否有突變。又如用紅外成像儀檢查變壓器套管或油枕溫度，以確定是否存在缺油故障等。再如測繞組絕緣電阻時，分析高對中、低、地，中對高、低、地與低對高、中、地是否存在明顯差異，測繞組電阻、測套管電容及tgδ時，三相間有無異常不同，這些也有利于對故障部位的準確判斷。

6.總結

由于目前沒有一種包羅萬象的檢測方法，也不能可能存在一種面面俱到的檢測儀器，因此，在變壓器故障診斷中要結合各種檢測結果進行綜合分析和評判，只有通過各種有效手段包括離線檢測、帶電檢測等等進行互相補充，驗證和綜合分析判斷，才能取得較好的故障診斷效果。

參考文獻

[1]徐澄，肖榮.大型變壓器內(nèi)部放電故障實例診斷與分析[J].高壓電器，2010，46（11）：67-69，73.

[2]良方建，王思印.色譜分析在絕緣監(jiān)督中的地位和作用[J].高壓電器，2006，42（5）：399-400.

[3]鄭新才，李明，張靜.紅外檢測技術在電力設備故障診斷中的應用[J].電氣應用，2007，26（10）：I0008-I0010.

[4]郭創(chuàng)新，朱傳柏，曹一家，等.電力系統(tǒng)故障診斷的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（8）：98-103.

作者簡介：

閆佳文（1980—），男，碩士，工程師，主要從事電氣試驗、電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷等方面的研究。

胡偉濤（1977—），男，碩士，工程師，主要從事電氣試驗、電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷、電氣設備狀態(tài)檢修及新能源在電力系統(tǒng)應用等方面的研究。