變壓器故障及其檢測、維修方式探討

摘 要：變壓器是電力系統中的重要設備，也是故障發生較高的的電力設備，因此其運行狀態的好壞是決定電網運行的基礎。做好變壓器的運行狀態的檢測，發現故障及時排查，是電力維修領域的重要工作內容。本文圍繞變壓器故障及其檢測、維修方式展開探討，期望對于電網運行具有實用價值。

關鍵詞：變壓器故障；檢測維修；方法研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.037

變壓器具有的重要性，表現在變壓器的油性能、氣體機理以及故障產生的特征等。針對變壓器狀態的評估，可以發現變壓器的故障隱患，利于對變壓器的診斷，找到故障的原因和故障的部位，通過決策樹和貝葉斯的變壓器綜合故障診斷法，提高變壓器的故障精度。

1 變壓器故障診斷

變壓器的類型包含了油浸式變壓器等，在電力工業系統中被廣泛應用，主要構造包括了油箱、冷卻裝置等，由于結構較為復雜，因此出現故障的概率較大，一旦發生故障，可以通過對聲音、氣味和檢測實驗數據進行維修方式的判別。

（1）油浸式變壓器的故障，可以分為主體結構的故障（繞組、鐵芯、油質、附件）、回路故障（電路、磁路、油路）等。其中鐵芯、分接開關、繞組等故障屬于一般常見故障。變壓器的內部故障還可以按照出現的原因分為電氣回路缺陷，絕緣損傷等潛伏性故障。變壓器的最危險，故障率也最高的當屬變壓器的出口短路的故障，一旦發生會出現變壓器的滲漏、保護誤動等。

不同類型的故障，產生的危害也不同，有的是過熱，有的是滲漏，有的是放電。

（2）出口短路故障位于變壓器的出口部位，受到短路故障的影響，變壓器的熱量導致絕緣的發熱損害。受到短路沖擊的時候，由于電流過小，保護技術動作帶來了繞組的變形，變壓器如果繼續運行，就會發生故障和事故。

繞組故障位于變壓器的核心部位，變壓器的輸入和輸出，帶來了電氣回路的故障模式，如絕緣老化、繞組受潮，短路、短路的情況發生，繞組的松動和變形發生，相間的變形短路情況的發生等等。變壓器的繞組發生了松動和變形，導致了絕緣在損傷的情況下，雖然還能夠運行，但是實質上卻已經出現出現了內部的損傷，導線被損傷，抗短路的沖擊能力被降低。

鐵芯的故障，主要是鐵芯的質量的問題造成的。故障的模式包括鐵芯的多點接地，接地不良、芯片的短路等等，故障發生的原因主要是由于鐵質的夾件發生了松動，鐵芯被碰接，出現了松動后，接地不良，絕緣老化，安裝不正等，最終導致鐵芯發熱，損傷增大。鐵芯故障以短路和多點接地為主，在多點接地中，鐵芯的局部會發熱，過熱導致了鐵芯接地引線的燒斷，強磁場中形成的渦流使得鐵芯的局部過熱，呈現介質損壞和超標的情況，局部的過熱燒壞了鐵芯的絕緣，出現鐵芯的故障。

分接頭開關的故障是絕緣的距離不足導致的材料上堆積了油泥受潮引起的。觸頭的接觸不良使得電阻增大，帶來過電壓下的相間短路，使得絕緣支架的緊固金屬出現了懸浮放電的故障。

由于油浸式變壓器的內部結構較為復雜，因此當故障出現的時候，因密封不嚴導致的絕緣性能降低，使得電阻在切換的時候容易出現擊穿或者燒斷的情況，因為滾輪卡死造成過渡位置短路的情況更是時有發生。

絕緣故障一般發生在大型的強迫油循環冷卻的大型變壓器中，由于變壓器經過油泵的加速傳遞到冷卻油道，在油與固體的絕緣界面形成了靜電電荷的分離，積累起正負電荷，電荷在積累到一定的場強的時候，會發生放電，導致固體的絕緣受到損傷。

2 變壓器故障維修

以油浸式變壓器內部的故障模式及維修為例，可以分為機械、熱、和電三種形式。機械式的表現方式一般是熱故障和電故障，過熱故障表現為高能放電、火花放電等。在熱和電的作用下，各種氣體被分解出來。

2.1 油浸式變壓器故障診斷方法

由于氣體的產氣速率較為重要，在故障開始的時候往往以低能量的潛伏性開始，但是如果總量超過注意值，則會考慮使用產氣的速率進行故障的判斷。另外還有故障的消耗能量、故障部位以及故障點的溫度，同時分析故障的部位以及故障的溫度等。

通過對設備的類型、符合的情況以及故障的類型進行綜合的分析后，將設備的狀態進行判斷，得到氣體的逸散作用等分析結果。

2.2 比值診斷法的分析

不同性質的故障產生在溶解油中，可以作為對故障類型進行判斷的依據。熱性故障的氣體包括CH4、C2H4，電性故障主要包括C2H2，故障點的溫度越高，C2H4的比例就越高，火花放電的故障主要產生在C2H2，其次是C2H4，局部放電可以根據放電故障的類型進行氣體的色譜分析法進行判斷。

2.3 IEC三比值法

針對氣體中的溶解度和擴散系數進行相近的氣體組成系數相近的氣體，組成三對比值，不同的編碼可以顯示為不同的故障類型，經過改良后的三比值法進行溶解的氣體分析和判斷。

三比值法設施對變壓器的故障進行判斷的較為簡單方便的方法，目前被廣泛使用，但是也有不足，就是達到各組分進行有理由判斷的

話，會存在故障的問題，但是如果停氣后，成分的比值會發生變化，不宜使用三比值法。另外由于故障本身存在模糊性，因此在不同程度上進行多種故障狀態的顯示，容易引起誤判。

2.4 無編碼比值故障診斷方法

由于三比值法存在盲點故障的缺陷，因此判斷方法上相對復雜。采用無編碼比值法進行判斷，在一定程度上克服了三比值法的編碼缺失，采用盲點故障的去電進行故障類型判斷。

3 基于貝葉斯決策樹對變壓器故障進行診斷的方法

利用該方法進行變壓器的狀態的評估，會發現變壓器存在的隱患往往可以作為變壓器故障診斷分析的依據。例如變壓器油中的組分含量以及高度非線性的映射關系，可以通過模型算法的數據樣本的建立來進行變壓器的故障診斷過程。根據監測的數據進行在線或者離線的歷史數據以及背景資料的計算，應用人工智能算法，將故障的性質、程度以及類別加以分析，得到明確的故障原因和系統關系，為運行人員提出維修計劃提供參考。

決策樹的方法具有速度快、精度高的優勢，尤其是大型的電氣設備，部件之間存在錯綜復雜的耦合關系，不確定因素充斥其間，故障原因可以分為多故障、關聯故障等復雜形勢。采用貝葉斯和決策樹作為故障診斷的方法，可以對故障原因和故障部位進行推理和計算。

所謂決策樹采用的分類和預測的方法，代表一種邏輯判斷，每個邏輯判斷的分支結果都有屬性。所有類別均可表示為葉節點的分析和取得。決策樹分為分類樹和回歸樹。

對用于變壓器故障診斷的決策樹模型進行優化，將貝葉斯網絡算法引入到決策樹算法中，在變壓器故障診斷領域中，經常會由于主觀或客觀、內部或外部原因，判斷變壓器故障類型的分類和故障部分，發揮貝葉斯與決策樹算法各自的優勢，提高診斷結果的準確度，防止試驗數據的缺失或者出現壞數據，提高分類的準確率和魯棒性，證明了該方法的可行性和有效性。

4 結語

本文對變壓器故障類型和診斷方法進行了分析和論證，目前來說變壓器的故障判斷已經有了一定的經驗積累，進入完善階段，故障性質分析也漸漸成熟，但是在整體故障定位功能方面還存在不足，還不夠完善，今后在診斷的準確度的提高，故障信息的獲取方面，還需進一步的研究和完善。

作者簡介：羅建英（1971-），女，山西陽高人，講師，研究方向：機電專業教育教學。