變壓器的運行故障及故障診斷分析

章波

【摘 ?要】電力變壓器故障診斷技術能夠檢測出變壓器運行中發生的故障，并對故障類型做出準確判斷。絕緣油試驗就是一種很重要的故障診斷方法，該方法能夠有效排查變壓器的潛在故障，保障變壓器的正常運行。我國對變壓器設備的維護主要實行定期檢修制度，依靠人工巡檢的方法周期性的檢驗和維護電力設備，即對設備進行預防性試驗。本文從在線故障診斷和離線故障診斷兩個方面介紹了油浸式電力變壓器的故障診斷方法，并探討了變壓器遠程監測技術在實際工程中的運用，研究了變壓器故障診斷技術的發展情況。

【關鍵詞】變壓器; 在線故障診斷; 離線故障診斷; 遠程監測;

目前實際工程中常用的變壓器故障診斷試驗項目包含：電氣試驗、油色譜分析、油化試驗、局部放電試驗、紅外測溫和繞組變形試驗六類，這些檢測項目對不同故障類型具有不同的靈敏度和有效性。如何科學合理地利用變壓器的故障信息，準確判別變壓器的故障類型和嚴重程度，是電力變壓器狀態檢測和維修的關鍵。

本文基于實際中應用最廣泛的油浸式變壓器故障診斷法，分別從變壓器在線和離線診斷技術對變壓器故障診斷技術進行探討，提出了變壓器遠程檢測技術的運用和發展前景，為判別變壓器受損情況和故障修復的技術發展提供依據。

1 電力變壓器故障診斷的基礎理論

變壓器油色譜分析是反映油浸式變壓器故障狀況最重要、最直觀的診斷方法，可以為變壓器的故障判斷提供可靠的依據。許多變壓器故障診斷試驗都是在變壓器油色譜分析的基礎之上進行拓展和延伸的。通過測量變壓器油中溶解的各種氣體成分和濃度的變化情況，就可以發現變壓器內部可能存在的潛在故障，以便在變壓器故障早期就能夠及時進行維修。

合格的變壓器油是澄清透明的礦物油，無雜質沉淀及固體懸浮物。如果變壓器油在循環過程中受到污染或使用過久已經老化，變壓器油色就會由澄清漸變為淺紅色直至變為深褐色，并伴有沉淀物和絮凝物質產生。通常，變壓器油呈淺棕色時就應該及時更換新油。當變壓器內部出現故障時，變壓器油的顏色也會發生變化。常見的變壓器油變質現象中，若變壓器油呈乳濁狀，說明油中含水量過高;油色發暗，說明變壓器油老化變質;油色發黑并帶有異味，則說明變壓器內部存在故障。

在進行故障診斷時，通過對變壓器油的外觀、PH值、含水量、水溶性酸、閃點、油中氣體組分含量、界面張力、凝點、體積電阻率等各個物理和化學性質的檢測，就可以推斷出變壓器運行狀態的異常變化，及時發現故障并采取相應的措施消除設備故障，防止劣化的變壓器油繼續損害設備，保證變壓器的正常運行。

2 變壓器故障在線診斷法

變壓器在線檢測的目的是通過對變壓器運行過程中特征數據的采集和分析，通過計算比對判別出變壓器所處的運行狀態，從而在變壓器故障產生的初期就能感應到異常的運行狀態，并監測故障狀態的發展趨勢。這種方法可以連續且大量的采集變壓器設備的運行數據，反映迅速且準確度高，彌補了周期性預防試驗兩次檢查之間可能時間間隔過長的缺點。但實際變壓器運行狀態是復雜且時變的，在數據收集的過程中普遍面臨著大量噪聲干擾的問題，如何科學合理的對數據進行降噪處理，提高數據的精確性和可靠性也是在線監測技術亟待提高的方面。另外，在線監測的狀態分析環節需要收集大量的實時運行數據作為支撐，而如何存儲這些海量數據也是該技術需要解決的問題之一。

2.1 氣相色譜在線檢測技術

氣相色譜儀被廣泛應用在各種變壓器的故障檢測中，該方法具有便捷、高效、靈敏等優良特點，可以快速檢測變壓器油中所含各種氣體的濃度。氣相色譜在線檢測技術的核心步驟是油氣分離。目前在實際工程中應用最廣泛的是通過高分子膜來進行油氣分離。高分子膜對于不同的氣體分子具有選擇透過性，可以直接過濾出樣品油中需要測定的目標氣體，該方法的操作流程相比于振動脫氣、鼓泡法等傳統方法更加簡單。

2.2 紅外光譜在線檢測技術

紅外光譜技術可以直測定油溶氣體的類別和濃度，具有快速準確、非接觸性及容易操作等特點。實際工程中一般使用HW-500紅外氣體分析儀，該檢測器對熱效應的敏感度很高，可以直接對油溶氣體做定量分析。雖然紅外光譜儀可以迅速準確的檢測多種氣體，但是它無法感應變壓器發生故障時產生的H2且成本昂貴，所以人們近年來更加注重光聲光譜技術在診斷變壓器故障方面的研究。

3 變壓器故障離線診斷法

3.1 直觀檢查法

技術人員直接進入配電室檢查室內基本電器元件和線路是否存在燒損、冒煙、絕緣損壞、異常放電痕跡和設備爆炸損壞等現象。該方法簡單直觀，但對故障狀況分析的程度不夠深入，往往只能在變壓器發生故障之后對最為明顯的故障原因進行大概的初步判斷，是最基本和簡單的檢查方法。

3.2 電氣預防性試驗法

電氣預防性試驗法是一種評估電力變壓器性能指標是否正常的方法，該試驗的方法和種類較多，但實施流程往往較為繁瑣。有些試驗必須要將變壓器拆解之后才可進行，有些需要與其他試驗項目同時進行，有些則是變壓器投入運行之后定期檢查的測試項目，有些需要在特殊環境下才可進行;如交流耐壓試驗就是一種破壞性試驗，這種試驗對變壓器和電力線路的耐壓要求都很高，現場條件一般很難滿足，并且對變壓器設備進行頻繁的拆裝并不利于設備的維護。

4 變壓器故障的遠程監測

目前，大多數檢查方法還是需要工作人員手持測溫儀器或成像儀器定期對設備進行定期巡檢，然后再對獲取的溫度數據和紅外圖像進行人工分析。這種傳統方案不僅費時費力，且可能無法發現一些變壓器內部的潛伏性故障。而紅外檢測技術具有安全性高、響應迅速、操作便捷、非接觸性、可靠度高等傳統常規檢測方法所不具備的優點，因此，基于紅外圖像的電力變壓器遠程監測方式正在成為一種逐步普及的變壓器故障監測方法。

基于紅外圖像的電力變壓器遠程監測系統由紅外攝像頭、云平臺、預警系統、傳輸設備、監控端等模塊組成。根據變電站選擇多個合適的位置分別安裝攝像頭和感應設備，通過固定的紅外攝像頭來實現定期的巡檢，將所得圖像和溫度等信息通過一系列數學模型進行處理，然后發送至云平臺自動分析，再通過無線傳輸、光纖、交換機等通訊設備實現信息傳輸及大數據分析。計算機和配套軟件可根據需要預設置監測點，當攝像頭獲取紅外圖像存入對應數據庫，整個系統可進行數據分析處理、實時測溫報警等功能。配合人工操作即可實現一般性故障的遠程自診斷功能，這種電力變壓器的遠程檢測方案在很大程度上減少了人力勞動量，在成本管理上具有很大優勢。

結束語

電力變壓器是組成電力系統的重要成分之一，其安全運行直接影響著整個電網供電的高效性、可靠性、穩定性。目前，我國已有很多投入運行多年的變壓器，這些多年運行的變壓器往往存在如絕緣老化等很多嚴重的安全隱患，發生故障的概率會隨著運行年限的延長不斷增大。由于現代社會生產生活對電力的高度依賴，變壓器一旦發生事故將會導致該區域停電停產，有時甚至產生嚴重的社會經濟和政治損失。因此，深入的研究電力變壓器故障診斷技術，對于電力系統長期保持穩定、安全、高效的運行具有重要的理論和實際意義。

參考文獻：

[1]王偉.油浸式電力變壓器故障診斷技術的研究[D].濟南：山東大學，2008.

[2]楊廷方.變壓器在線監測與故障診斷新技術的研究[D].武漢：華中科技大學，2008.

（作者單位：佛山市中研非晶科技股份有限公司）