對變壓器在線監測與故障診斷的探究

浦漢輝

對變壓器在線監測與故障診斷的探究

浦漢輝

（廣西電網有限責任公司玉林供電局 廣西玉林市 537000）

本文介紹了變壓器易產生故障的部位和故障類型，通過研究變壓器在線監測系統技術，對變壓器的故障檢測排查提出了一些建議，希望能對變壓器的穩定運行提供一定幫助。

變壓器；在線監測；故障診斷

前言

隨著社會經濟的發展，人們對電力系統的要求越來越高，而變壓器在整個電力系統中占據著非常重要的地位。所以要想保證整個電力系統的穩定運轉，就必須先保證變壓器的正常運行。本文研究了變壓器故障的監測和診斷，希望能為變壓器故障維修提供一定參考價值。

1 變壓器易發生故障的部位

1.1 變壓器的鐵芯部位

鐵芯部位是變壓器的一個關鍵部位，它直接關系到變壓器是否能夠順利變壓。同時，鐵芯部位也是變壓器最容易發生故障的部位。鐵芯在運轉過程中，容易產生松動，與接地處的鐵芯發生接觸，兩者摩擦發熱，從而產生放電，破壞了變壓器的絕緣性[1]。

1.2 變壓器的繞組部位

繞組部位產生故障的原因一般是因為繞組發生形變。當變壓器的繞組因為使用時間太長而發生繞組老化或者因為空氣濕度太大而受潮，使得繞組發生短路現象，最終產生繞組形變。繞組形變最開始的表現為繞組匝的故障，所以如果發現了繞組匝的故障，要盡快處理，在其轉化為繞組形變之前先解決掉，減少后期的維修量。

1.3 變壓器的分接開關

分接開關的故障一般有幾種原因：①分接開關觸頭的彈簧壓力不夠，觸頭處的滾輪滾動時壓力分布不均勻，使得觸頭的有效接觸面積縮小，或者因為金屬鍍層的強度不夠產生磨損而導致分接開關損壞；②分接開關的接觸不良，當電路發生短路時，強大的短路電流沖擊分接開關導致分接開關故障；③倒換分接開關時，分頭的位置切換不正確，使得分接開關燒毀；④相與相之間的距離太近，或者因長期使用導致材料絕緣性能下降，當電壓過大的時候發生短路現象，損壞分接開關。

1.4 變壓器的絕緣油

變壓器的絕緣油在變壓器運行過程中可能會與空氣發生直接接觸，吸收到空氣中的水分，從而使得絕緣油的絕緣性能大大下降。同時，絕緣油也會吸收空氣中的氧氣，而且由于絕緣油的運行環境大多是高溫條件下，所以絕緣油在高溫條件與空氣中的氧氣發生氧化反應，生成酸性的氧化物。這些酸性的氧化物與變壓器里面的金屬部件反應，會產生腐蝕效果，并且會破壞絕緣材料的性能，不僅加大了絕緣油的損耗，還大大降低了變壓器的絕緣性能，造成變壓器的閃絡，引起繞組和外殼的擊穿。

2 變壓器在線監測技術的深入研究

2.1 對于變壓器放電的監測

對于變壓器局部放電的在線監測方法有許多種，其中最常見的就是紅外熱成像法、超聲波檢測法、電子脈沖法以及光學檢測法。紅外熱成像法指的是局部放電時，會產生局部溫度升高，在紅外熱成像系統中就會有紅外輻射信號，從而被其捕捉到，放電部位就會被及時準確地找到；超聲波檢測法則是在變壓器外安裝超聲波傳感器，當局部放電時，將其產生的超聲波信號轉化成電信號，從而捕捉到放電具體位置；光學測量法是將放電時產生的光學輻射轉化成電信號，確定放電位置。

2.2 對于變壓器繞組形變的監測

對于變壓器繞組形變在線監測的方法常用的有頻響分析法、短路電抗法、低壓脈沖法等等，但是要注意一點，在使用這些方法監測時，不能開啟變壓器，要在其停止運行的狀態下進行。此外，現在還有一種新的在線監測方法，那就是通過監測變壓器電流和三相電壓，來達到監測繞組形變情況的目的。

2.3 對于變壓器鐵芯的監測

當變壓器鐵芯接觸到接地處的鐵芯時，會在變壓器內部形成一個完整的閉合電路，電路中會產生感應電流，輕則造成變壓器損壞，重則造成人員觸電安全事故。對變壓器鐵芯的在線監測可以及時發現與接地處接觸的鐵芯，測量出感應電流的大小，及時進行維修處理，防止事故發生。

2.4 對于變壓器振動幅度的監測

在變壓器外部安裝振動傳感器，監測變壓器在正常運行時的振動幅度和振動加速度等，一旦發現振動信號與正常運行時有較大差距，立即進行檢查，看是否是繞組出現了問題。

2.5 對于變壓器絕緣電阻的監測

變壓器絕緣電阻在線監測的方法，不僅成本低，而且對于變壓器絕緣材料表面的破損和污染識別能力很高。運用這種方法時，可以給絕緣電阻兩端施加一個定值的電壓，如果絕緣電阻的絕緣性能受損，那么這個定值電壓與正常運行時相比肯定是有所變化的。絕緣電阻絕緣性能受損，其電阻值會降低，兩端的電壓輸出也會隨之降低。

2.6 對于變壓器絕緣功率的監測

絕緣功率即變壓器運行過程中功率損耗和輸入變壓器的功率比值，通過對絕緣功率的分析，可以得到變壓器運行過程中的有效電損耗。當絕緣材料絕緣性能受到影響時，這個絕緣功率數值肯定會發生變化[2]。

3 變壓器故障診斷方法

3.1 變壓器內部放電產生的故障分析

從變壓器放電故障的放電程度來區分，可以將故障分成兩個類型：①變壓器的局部放電故障。由于變壓器內部的絕緣部件中會有空位或者變壓器絕緣油中存在氣泡，所以使得介電常數降低，產生局部放電故障，且這種放電比較明顯，放電頻率也比較高。雖然這種局部放電故障的放電程度比較小，對于整個變壓器的運行影響不是很大，但是如果任由其發展，不進行及時處理，一樣會變成大事故損壞或擊穿變壓器；②變壓器的火花放電故障。當變壓器內部的某些金屬部件接觸不良時，兩個相對懸浮的金屬部件附件就會產生磁場，某些變壓器的重要裝置設備在這個磁場里作切割運動就會有放電情況，從而產生火花性放電故障。在故障分析診斷時，要注意變壓器內部氣體增長速度情況，一般來說氣體增長速度的計算方式如下公式所示：

此公式中的γm指的是絕對產氣速率，Ci2是第二次變壓器油抽樣中氣體的濃度，Ci1表示第一次變壓器油抽樣中氣體的濃度，Δt表示的是兩者抽樣時間間隔，m表示變壓器油量總質量，p表示變壓器油的平均密度。

3.2 變壓器局部溫度過高的故障分析

在變壓器運行時，可能導致變壓器局部溫度過高的原因有以下幾個：①變壓器的繞組溫度過高的問題。繞組部件在生產制作時，可能會產生某些失誤，某些繞組的絕緣部分因生產處理不當而產生局部放電或者短路現象，使得繞組局部溫度過高，絕緣部件老化更快；②導線故障問題，在某些變壓器檢修或者裝配作業時，因施工作業不小心而使得導線絕緣層被破壞，導致導線與套管內部的金屬接觸發生局部放電過熱現象。

3.3 變壓器常用故障診斷方法——氣相色譜法（見圖1）

氣相色譜法是變壓器常用的故障診斷方法之一，具體診斷原理如下：

圖1 氣相色譜儀結構示意圖

變壓器內部的油一般用作變壓器的絕緣保護和散熱，在一定溫度下，變壓器油會與某些絕緣有機材料發生化學反應，生成相對分子質量較小的氣體，且會生成多種氣體，每種氣體的穩定性都不一樣。前面也提到了變壓器油內的氣體含量可以體現出當前變壓器的運行狀態，所以通過對生成氣體的分析來診斷出變壓器的故障。

如果單純因為油溫升高而使其分解，那么只會生成H2或者CH4等氣體，如果絕緣有機材料也參與了熱分解反應，那么生成的氣體當中會有大量的CO或者CO2。所以絕緣有機材料參與反應的具體表現就是所生成的氣體中大部分都是CO或者CO2，又因為H2、CH4氣體的放電量與CO、CO2的放電量不同，所以通過放電量的變化也可以看出絕緣有機材料是否參與反應。

4 結束語

對于變壓器的在線監測可以通過數據分析出故障隱患及時處理，而故障診斷則是在故障發展初期就及時發現，盡快維修好，避免故障的影響擴大。只有將變壓器的在線監測與故障診斷完美結合在一起，才能保證變壓器的穩定運行，保證電力系統的正常運轉。

[1]萬志強，宋建成，雷志鵬，溫敏敏，李傳揚.礦用干式變壓器絕緣在線監測及故障診斷預警系統研制[J].工礦自動化，2013，39（10）：1～5.

[2]王福忠，邵淑敏，董鵬飛.變壓器油中氣體組分含量在線監測與故障診斷[J].河南理工大學學報（自然科學版），2015，34（03）：379～383.

TM407

A

1004-7344（2016）27-0060-02

2016-8-21

浦漢輝（1988-），男，漢族，廣西玉林人，助理工程師，本科，主要從事變電檢修工作。