電氣試驗在變壓器故障分析中的運(yùn)用

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司 陸志航

變壓器作為電力系統(tǒng)中的常用裝備，裝備內(nèi)部的初級、次初級線圈以及磁芯相互配合才能夠保證裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，變壓器長時間工作出現(xiàn)故障的可能性較大，故障發(fā)生的原因是什么、故障點(diǎn)在哪兒還需通過電氣試驗來判定。

1 電力發(fā)展情況概述

電力建設(shè)并不屬于新興事物。電力能源在實際生活中的作用非常大，其利用最早在工業(yè)革命時期。如今各行業(yè)對于電力能源的需求只增不減，行業(yè)對電能越來越依賴，電能已成為生活中不可或缺的重要要素，面對社會對電能需求越來越大的情況需要繼續(xù)進(jìn)行電力工程建設(shè)。電力能源安全輸送需要依靠變壓器，其是確保系統(tǒng)運(yùn)行安全的關(guān)鍵因素。一般變壓器發(fā)生故障的概率較小，但發(fā)生故障概率小和不發(fā)生故障是兩個不一樣的概念。變壓器出現(xiàn)故障是一個大問題，問題的解決非常棘手。變壓器出現(xiàn)故障后雖會出現(xiàn)異常表現(xiàn)，但這些表現(xiàn)通常是無法通過肉眼直接觀察到的，即使具有多年工作經(jīng)驗也不能準(zhǔn)確判斷變壓器故障類型，需進(jìn)行電氣試驗通過電氣試驗來了解實際情況。

2 變壓器簡介

2.1 變壓器發(fā)展歷史

要說什么裝置能改變交流電壓一定非變壓器莫屬，其主要作用在于保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。初級線圈、次級線圈和鐵芯是變壓器的三大主要構(gòu)件，缺一不可。中頻變壓器、高頻變壓器以及電子變壓器屬于特殊變壓器，其和電力變壓器有著明顯的不同，兩者是按照用途來區(qū)分的。現(xiàn)在市面上所銷售的變壓器和電力系統(tǒng)建設(shè)中所應(yīng)用到的變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)電壓變換和電流變換，變壓器在剛開始出現(xiàn)時并不具有這一功能。變壓器雛形研發(fā)者法拉利進(jìn)行了電磁感應(yīng)原理示范，人們才了解磁場的出現(xiàn)。法拉第感應(yīng)線圈實際上就是第一支變壓器的雛形，但當(dāng)時只是進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，有并沒有將這一理論應(yīng)用到實際中。真正具有實用性特征的電力變壓器是在電磁感應(yīng)原理提出50年之后出現(xiàn)的，這是一個被稱為二次發(fā)電機(jī)的設(shè)備。

2.2 變壓器工作原理

變壓器體積非常小，其由簡單的鐵芯和線圈組成。每個變壓器中線圈上有兩個或以上的繞組，繞組的存在用于交換電流電壓。變壓器工作的過程中鐵芯發(fā)揮作用，而兩個線圈間的磁耦合加強(qiáng)。兩個線圈之間完全沒有電的聯(lián)系。這兩個線圈分別接連在不同的裝置上，其中一個線圈接用電器，稱之為副線圈、也就是次級線圈，而另一個線圈則接在交流電源上，為原線圈、即初級線圈。變壓器根據(jù)電磁感應(yīng)的原理能完成電壓和電流的轉(zhuǎn)換，在實際中完全可將某一等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一等級的電壓和電流，并能做到同頻率。

2.3 變壓器自身存在的缺點(diǎn)

電力建設(shè)完成后需定期進(jìn)行設(shè)備檢查，檢查設(shè)備是否存在問題，在檢查過程中也會經(jīng)常進(jìn)行變壓器的更換。目前變壓器制作工藝與技術(shù)研發(fā)成熟，基本不存在產(chǎn)品質(zhì)量問題。但世界上并不存在絕對完美的東西，變壓器更是如此。如今變壓器廣泛應(yīng)用于日常生活中，但這并不代表變壓器沒有缺點(diǎn)。變壓器容易出現(xiàn)接觸不良的情況，導(dǎo)致接觸不良的原因較為多樣，在這里就不再一一闡述。無論是出于哪方面原因?qū)е拢灰嬖诮佑|不良的問題線路的電流就會處于不平衡狀態(tài)，這時變壓器無法正常作用。

另外，變壓器長期工作不可避免地存在線圈電阻發(fā)熱的情況，而這種情況發(fā)生后則會造成銅損，理想狀態(tài)運(yùn)行根本不現(xiàn)實。變壓器由開關(guān)控制，開關(guān)頻率過高的情況下會導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生火花，致使變壓器發(fā)生故障。電力工作人員會在添加絕緣油，而變壓器開關(guān)間有縫隙，絕緣油會從這些縫隙中溢出，日積月累形成油污，油污的出現(xiàn)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的電阻增大，進(jìn)而造成了一定安全風(fēng)險。此外變壓器也會存在效率低的問題。變壓器是一種“電磁-電”轉(zhuǎn)換過程，鐵損耗和銅損耗的存在是無法避免的，而且如果輸出電壓不夠，大于變壓器承受范圍，變壓器可能會燒掉。再者是很多變壓器體積較開關(guān)電源大，比較笨重。

2.4 變壓器故障原因探究

電力輸送需運(yùn)用到變壓器，且必須要保證變壓器處于運(yùn)行狀態(tài)。在實際中變壓器一直執(zhí)行開指令，在運(yùn)行的過程中極有可能會受到異常電動力，這一異常電動力的出現(xiàn)通常是因為電網(wǎng)遭到了短路電流的沖擊，而遭到?jīng)_擊后變壓線繞組部分就會發(fā)生變化，也就會出現(xiàn)異常電動力。變壓器運(yùn)行過程中最擔(dān)心的是繞組或線圈發(fā)熱，其將會增加故障發(fā)生的可能性。針對繞組故障的故障原因統(tǒng)計及分析證實，短路沖擊導(dǎo)致的繞組故障問題是繞組形變的最主要因素。

變壓器內(nèi)部構(gòu)件都是有可能會出現(xiàn)問題的。鐵芯一般為硅鋼片，其由軟磁材料組成，線圈套在鐵芯上。硅鋼片長度會受主磁場影響而變化，硅鋼片長度伸縮之后隨之將會產(chǎn)生周期振動。伸縮率越大鐵芯的形變率越大、伸縮率越小鐵芯的形變率越小，伸縮率與形變率存在正比關(guān)系。而鐵芯的形變量又與振動頻率有關(guān)，隨著鐵芯形變量的加大振動頻率增加，這時所產(chǎn)生的電磁信號容易出現(xiàn)誤差。硅鋼片之間的電位均勻分布才能保證變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行，如硅鋼片間的電位不均勻分布則會出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。環(huán)流現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一般是因為鐵芯沒有實現(xiàn)可靠接地，也可能是因為接地點(diǎn)超出了兩點(diǎn)以上。總之，環(huán)流現(xiàn)象的出現(xiàn)極有可能造成碳化故障，故障發(fā)生后后果不堪設(shè)想，其處理也較為棘手。

3 電氣試驗在變壓器故障檢測中的運(yùn)用

3.1 油化檢測技術(shù)

正常情況下變壓器的油應(yīng)當(dāng)是無污染透明的，肉眼觀察發(fā)現(xiàn)不了任何的懸浮物或雜質(zhì)，而在正常情況下油的顏色會呈現(xiàn)為淡黃色。可通過變壓器油狀態(tài)和顏色來判斷變壓器是否存在問題，日常中較為常見的有兩種情況，一種是變壓器受潮而另一種是變壓器雜質(zhì)侵染。無哪個情況發(fā)生變壓器油的狀態(tài)都會改變，不再純凈透明，另外顏色也能從最初的淡黃變?yōu)辄S白色，這時不用借助工具就能明顯看出變壓器油中存在絮狀物。當(dāng)出現(xiàn)這一情況時問題是比較嚴(yán)重的，物質(zhì)的存在將會極大地縮減變壓器的壽命，變壓器出現(xiàn)故障無法進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)換，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的問題。可時常進(jìn)行油擊穿試驗，從中了解變壓器的具體情況。

3.2 變壓器直流電阻試驗

在所有的試驗中直流電阻試驗的應(yīng)用頻率較高，其屬于變壓器試驗中的基本試驗。主要通過變壓器直流電阻試驗來判斷變壓器繞組和繞組的連接線是否存在問題。變壓器故障時而發(fā)生，故障出現(xiàn)的原因極有可能是因焊頭焊接質(zhì)量不合格，變壓器直流電阻試驗適用于這一情況，可采用這一方法進(jìn)行檢修，這一方法對于電力變壓器的維修有著巨大的幫助。簡單易操作是變壓器直流電阻試驗的最突出優(yōu)點(diǎn)，也正是因為這一優(yōu)點(diǎn)工作人員選擇應(yīng)用這一方法。

3.3 電力變壓器的絕緣試驗

電力變壓器的絕緣試驗不能盲目進(jìn)行，在進(jìn)行該項試驗前一定要先了解具體情況。電力變壓器的絕緣試驗，一種根據(jù)試驗性質(zhì)進(jìn)行分類而另一種是根據(jù)試驗的范圍進(jìn)行分類。前者一定要注意要控制電壓、避免電壓過高。進(jìn)行這樣的實驗不會對設(shè)備造成負(fù)面影響，還是比較提倡進(jìn)行的。工作人員進(jìn)行電力變壓器的絕緣試驗，試驗過程中收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行試驗過程出現(xiàn)的物理現(xiàn)象記錄，之后借助專業(yè)知識和工作經(jīng)驗進(jìn)行科學(xué)的判斷，判斷出設(shè)備的絕緣能力大小。電力變壓器潛在的缺陷與隱患可通過絕緣試驗來發(fā)現(xiàn)，在實驗的過程中可以定時間，在試驗結(jié)束后注意再次進(jìn)行鑒別試驗，從而保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 電力變壓器故障紅外診斷方法

如今的科技越來越發(fā)達(dá)，各項先進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)并實現(xiàn)了發(fā)展，光電技術(shù)就是其中的一種，借助專業(yè)的儀器完成變壓器的紅外檢測得出檢測結(jié)果。紅外診斷方法適用于電壓奇熱故障的判斷，能夠在最短的時間出結(jié)果，效率非常高。利用紅外診斷方法還能準(zhǔn)確找出變壓器故障準(zhǔn)確位置，能夠給工作人員一定的指示。變壓器功率是取決于變壓器和調(diào)整管的，效率雖低但不會引入額外的干擾，也就是說電磁干擾小。此外電壓穩(wěn)定率高、設(shè)計簡單、維修方便、故障少，維修成本比開關(guān)電源少得多。

綜上，在加大電力建設(shè)的同時需充分考慮到電力系統(tǒng)安全問題，為了真正做到電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須要高度重視變壓器故障的解決。可通過電氣試驗進(jìn)行故障的查詢，找出變壓器故障的原因，在對變壓器內(nèi)部問題進(jìn)行準(zhǔn)確判斷后制定并落實相應(yīng)的解決方案，確保變壓器能夠正常運(yùn)作。