變壓器電氣維修與故障排除技術(shù)

賈勁泉

[摘 ? ?要]現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中電能已經(jīng)成為最為重要的能源之一，變壓器是電能輸送和供給的核心設(shè)備。如果變壓器發(fā)生故障，那么必然會(huì)對(duì)電力的正常供應(yīng)造成影響，嚴(yán)重的還可能引發(fā)電網(wǎng)癱瘓，給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。所以，在電力系統(tǒng)運(yùn)維工作中，需要深入分析變壓器故障發(fā)生的原因，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升電力變壓器的故障排除能力以及日常檢修技術(shù)水平，為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]變壓器;電氣維修;故障排除

[中圖分類號(hào)]TM72 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–00–02

[Abstract]Electric energy has become one of the most important energy sources in the development of modern society. Transformer is the core equipment of electric energy transmission and supply. If the transformer fails， it will inevitably affect the normal supply of electricity， and may cause the power grid to be paralyzed seriously， which will bring adverse effects to people's life and production. Therefore， in the operation and maintenance of power system， the staff need to deeply analyze the causes of transformer failures， constantly sum up experience， improve the troubleshooting ability of power transformers and the technical level of daily maintenance. Lay a good foundation for the normal operation of power system.

[Keywords]transformer; electrical maintenance; troubleshooting

變壓器屬于電力系統(tǒng)中的一次設(shè)備，設(shè)備較為特殊，運(yùn)行期間可能受多方因素影響產(chǎn)生多種問(wèn)題，如果處理不當(dāng)將威脅到電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。因此，應(yīng)充分契合電力一次設(shè)備特性，加強(qiáng)變壓器的檢修和維護(hù)，尋求合理措施及時(shí)解決設(shè)備故障問(wèn)題，延長(zhǎng)變壓器使用壽命，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 電力變壓器故障的原因

1.1 電力變壓器絕緣材料磨損、老化

變壓器在運(yùn)行期間，伴隨時(shí)間推移絕緣材料會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損、老化，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行性能下降，存在故障隱患。如果超過(guò)使用期限，絕緣材料需要及時(shí)更換，但是很多情況下變壓器日常運(yùn)行中，受到諸多因素影響需要長(zhǎng)時(shí)間負(fù)載運(yùn)行，未達(dá)到使用壽命即發(fā)生老化;絕緣材料老化情況發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，仍然使用老化絕緣材料，威脅到電力變壓器正常運(yùn)行，增加設(shè)備故障發(fā)生概率。

1.2 電力變壓器過(guò)電壓

變電站中的變壓器運(yùn)行中，由于裝置自身特性，雷擊概率較高，加之雷電電位高，裝置外部可能誘發(fā)過(guò)電壓情況。由于電力系統(tǒng)參數(shù)變化，變壓器內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)電磁振蕩情況，產(chǎn)生過(guò)電壓。無(wú)論是變壓器內(nèi)外部過(guò)電壓，都可能導(dǎo)致電力變壓器受損，增加設(shè)備故障概率，為后續(xù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下一系列安全隱患。

1.3 電力變壓器絕緣油劣化

電力變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，絕緣油占據(jù)重要地位，但是伴隨時(shí)間推移，絕緣油受到環(huán)境因素和設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間與空氣接觸，吸收空氣的中水分加劇設(shè)備腐蝕，絕緣油油質(zhì)劣化加劇資源損耗，在一定程度上增加擊穿、閃絡(luò)事故發(fā)生概率。

2 變壓器檢修和維護(hù)內(nèi)容

變壓器檢修和維護(hù)是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的工作，涵蓋內(nèi)容多樣，需要借助前沿技術(shù)手段進(jìn)行變壓器檢修，在加深數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù)認(rèn)知基礎(chǔ)上，為后續(xù)的設(shè)備檢修和維護(hù)提供支持。電力自動(dòng)化變壓器檢修中，數(shù)據(jù)庫(kù)占據(jù)重要地位，可以為后續(xù)的檢修和維護(hù)工作，開(kāi)展夯實(shí)基礎(chǔ)。選擇前沿技術(shù)綜合評(píng)估變壓器使用性能和使用壽命，了解變壓器內(nèi)外部情況，以此為依據(jù)對(duì)重點(diǎn)位置檢測(cè)和評(píng)估，獲取精準(zhǔn)可靠的檢測(cè)結(jié)果，持續(xù)提升檢測(cè)技術(shù)水平，第一時(shí)間解決變壓器故障問(wèn)題。

2.1 變壓器中繞組故障檢修

分析變壓器設(shè)備繞組外層有無(wú)圍屏，檢修圍屏繞組時(shí)，可以直接看到圍屏，但是卻無(wú)法發(fā)現(xiàn)繞組。檢修重點(diǎn)是圍屏有無(wú)發(fā)熱、變形和發(fā)電情況，檢查圍屏清潔程度，綁扎是否牢固。對(duì)于沒(méi)有圍屏繞組，檢查高壓繞組外圍情況，是否發(fā)生變形情況，墊塊是否松動(dòng)，同時(shí)檢查高壓繞組絕緣情況，有無(wú)破損和過(guò)熱情況，及時(shí)更換。所以，繞組有無(wú)圍屏，均要檢查壓釘緊壓繞組情況，常見(jiàn)故障有繞組變形、繞組短路和繞組絕緣擊穿等事故。

2.2 變壓器油箱故障檢修

油箱是變壓器檢修的重點(diǎn)所在，檢查油箱是否存在漏油和油箱漏磁發(fā)熱情況，應(yīng)及時(shí)對(duì)油箱密封面、底部和管路清洗干凈。油箱由于材質(zhì)特性，使用時(shí)間越久，漏油概率越高，此類情況多選擇焊接方式進(jìn)行處理，減少油箱漏油情況出現(xiàn)。對(duì)于變壓器油箱漏磁發(fā)熱情況，多通過(guò)磁屏蔽方式幫助設(shè)備散熱，減少油箱故障問(wèn)題出現(xiàn)概率。

2.3 冷卻裝置故障檢修

冷卻裝置是保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要裝置之一。日常檢修和維護(hù)中，包括對(duì)裝置油泵、密封情況和運(yùn)行工況進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)針對(duì)性處理。如果冷卻裝置密封性較差，可以通過(guò)焊接方式處理，而風(fēng)扇運(yùn)行故障，根據(jù)實(shí)際情況檢修和更換。

2.4 變壓器鐵芯故障檢修

檢查變壓器的鐵芯，主要內(nèi)容包括鐵芯夾緊程度、漏磁發(fā)熱和絕緣性能，基于兆歐表進(jìn)行測(cè)量，可以有效把握鐵芯短路或絕緣情況，應(yīng)及時(shí)處理。磁屏蔽和接地屏的鐵芯，檢查鐵芯接地和絕緣情況，螺栓是否緊固。檢查結(jié)構(gòu)件是否存在漏磁發(fā)熱問(wèn)題，鐵芯外表是否平整，絕緣膜有無(wú)脫落，確保鐵芯具備較強(qiáng)的絕緣性能。變壓器運(yùn)行中，鐵芯通常只有一點(diǎn)接地，兩點(diǎn)接地可能受到電磁感應(yīng)現(xiàn)象影響出現(xiàn)環(huán)流情況，鐵芯發(fā)熱或損壞，影響到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，檢修人員在檢修期間發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地，根據(jù)實(shí)際情況選擇電焊機(jī)沖擊法或是電容沖擊法將鐵芯接地?cái)嚅_(kāi)。檢修人員如果發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地，應(yīng)契合具體情況串入限流電阻，通過(guò)此種方式減小環(huán)流，實(shí)現(xiàn)鐵芯接地?cái)嚅_(kāi)。如果發(fā)現(xiàn)鐵芯片間短路，可以對(duì)硅鋼片涂漆處理;鐵芯裝配工藝精細(xì)度不足，或是磁場(chǎng)有磁滯伸縮情況，是誘發(fā)鐵芯噪音問(wèn)題的主要因素之一，對(duì)此技術(shù)人員需要牢固擰緊鐵芯夾件，噪音仍然未消失，則將鐵芯取出重新安裝。

2.5 變壓器分接開(kāi)關(guān)檢修

電壓器負(fù)荷中心電壓是否可以維持穩(wěn)定，控制無(wú)功電流大小變化、聯(lián)絡(luò)點(diǎn)網(wǎng)等方式、均無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)整變壓器電壓的作用?；谡{(diào)節(jié)器無(wú)級(jí)調(diào)壓導(dǎo)致低電壓和小容量;通過(guò)調(diào)整增壓變壓器、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁靜電電容調(diào)壓也會(huì)受到不同程度的影響。無(wú)線功率充足下，基于分接開(kāi)關(guān)調(diào)整電壓，此種方式較為便捷、可靠。變壓器某一繞組安裝分接頭，變化時(shí)部分分線匝可能增加或減少，在不改變其他繞組的情況下，變壓器繞組匝數(shù)比發(fā)生變化。由于繞組匝數(shù)變化，相應(yīng)的導(dǎo)致電壓隨之變化，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整目的。通常情況下，高壓繞組應(yīng)選擇合適分接頭，高壓繞組經(jīng)常是在外面，所以便于引出分接頭。高壓側(cè)的電流較小。分接引線和分接開(kāi)關(guān)截流面積小，更容易解決后期的開(kāi)關(guān)問(wèn)題。

調(diào)壓方式多是有勵(lì)磁調(diào)壓和無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓兩種形式，其中使用無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓方式，變壓器各側(cè)與電網(wǎng)斷開(kāi)，無(wú)勵(lì)磁下變化繞組分接頭;另一種情況是變壓器不中斷負(fù)載下變化繞組分接頭，檢查分解開(kāi)關(guān)中需要全面考量各部件是否完整，有無(wú)松動(dòng)部件或是缺少零件的情況，如果有露電、接觸不良的情況，要第一時(shí)間安裝彈簧片解決;材料老化、磨損，導(dǎo)致性能下降，及時(shí)更換新的零件;操動(dòng)機(jī)構(gòu)不靈敏，無(wú)法分接變換，可以通過(guò)拆卸操動(dòng)機(jī)構(gòu)重新安裝操動(dòng)感，或是調(diào)節(jié)動(dòng)觸頭的方式解決此類問(wèn)題。

3 電力變壓器故障檢測(cè)方法

3.1 三比值分析法

變壓器故障點(diǎn)產(chǎn)生的氣體特征會(huì)因?yàn)楣收项愋秃凸收夏芰康募?jí)別以及接觸材料不同而有區(qū)別。在變壓器故障點(diǎn)溫度升高的過(guò)程中，乙炔和乙烷所占比例則不斷增加，甲烷氣體所占比例會(huì)不斷減少，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)產(chǎn)生乙炔。根據(jù)氣體成分變化可以采用三比值法，即用C2H2、C2H4、C2H6、CH4、H2的三比值判斷變壓器的故障性質(zhì)，從而快速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，為檢修工作人員對(duì)變壓器異常情況作出分析并提供準(zhǔn)確的操作依據(jù)。

3.2 產(chǎn)氣速率判定方法

變壓器內(nèi)部故障涉及到固體絕緣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生CO、CO2，但依據(jù)氣體含量的判斷并沒(méi)有明顯的界限，因此僅通過(guò)含量并不能有效判別缺陷的嚴(yán)重性。隨著故障的嚴(yán)重，進(jìn)一步考慮氣體產(chǎn)生速率，可以判斷故障的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 油液氣體色譜分析法

變壓器絕緣發(fā)生故障過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體，采用油中氣體色譜分析法可以準(zhǔn)確分析運(yùn)行中變壓器的絕緣狀況，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確度高、敏銳度高、維修量少等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)確定換流變壓器油色譜分析判斷原則，從而建立詳細(xì)的油色譜分析與絕緣故障的關(guān)系。比如氣體組分為CH4、C2H4，通常是油過(guò)熱。首先提取變壓器中的油樣進(jìn)行油氣分離形成色譜柱，將各種氣體按時(shí)分順序進(jìn)行分離。然后利用AD轉(zhuǎn)換將檢測(cè)信號(hào)送往DSP中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油中氣體含量的在線監(jiān)測(cè)。

3.4 人工智能異常檢測(cè)法

變壓器故障的各種試驗(yàn)方法和測(cè)試儀器在研究中起到提取變壓器運(yùn)行狀態(tài)信息的作用，而根據(jù)這些信息做出正確判斷則必須要依靠豐富的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，采用人工智能技術(shù)開(kāi)發(fā)智能化的故障診斷系統(tǒng)就顯得很有實(shí)際意義。運(yùn)用油中溶解氣體的含量、產(chǎn)氣速率、油樣信息、包括變壓器容量、電壓等級(jí)、絕緣性能、工作環(huán)境、運(yùn)行歷史等狀態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)建深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，提取變壓器健康狀態(tài)下的模式。診斷結(jié)果輸出包括故障類型、診斷結(jié)果的可信度、復(fù)檢時(shí)間、維護(hù)建議、指導(dǎo)變壓器的維護(hù)和檢修信息。

3.5 電氣試驗(yàn)檢測(cè)法

為了能夠快速、準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)變壓器異常檢測(cè)，可以采用電氣試驗(yàn)方式。通常電氣試驗(yàn)包括直流電阻試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)。絕緣電阻試驗(yàn)主要是在絕緣體的臨界點(diǎn)壓力以下，施加直流電壓U。然后測(cè)量電導(dǎo)電流，運(yùn)用絕緣電阻與吸收比來(lái)綜合分析判斷變壓器故障產(chǎn)生的原因。根據(jù)試驗(yàn)接線情況，分別測(cè)量各個(gè)繞組對(duì)地的絕緣，根據(jù)在相同電壓下，絕緣設(shè)備之間的差異性會(huì)導(dǎo)致電流隨時(shí)間變化而發(fā)生變化，可以快速判別有缺陷的絕緣體，實(shí)現(xiàn)異常的檢測(cè)判別。

4 電力變壓器檢修和維護(hù)方式

隨著電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展，變壓器的故障與運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)變得越來(lái)越重要。當(dāng)前對(duì)電力變壓器故障檢測(cè)主要是基于氣體、溫度、油液方面以及人工智能檢測(cè)方法。

4.1 預(yù)防性檢修

變壓器類型多樣，不同類型變壓器檢修中需要借助不同技術(shù)設(shè)備支持，檢修方式有定期檢修和預(yù)防性檢修兩種。變壓器使用情況處于同一水平，多選擇定期檢修方式，但不使用規(guī)模較大的變壓器，可能在實(shí)際情況中有一定的不足。選擇定期檢修方式要把握變壓器具體使用情況和檢修周期，編制合理的檢修方案，提升檢修結(jié)果有效性。推行預(yù)防性檢修方式，充分把握變壓器運(yùn)行情況，選擇合理有效的檢修技術(shù)進(jìn)行預(yù)防檢修，針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題有效防控，規(guī)避故障發(fā)生。

4.2 故障檢修

一旦變壓器發(fā)生功能障礙，要求編制對(duì)應(yīng)的故障檢修方案，按部就班的進(jìn)行。由于預(yù)見(jiàn)性檢修方式可能會(huì)出現(xiàn)維修費(fèi)增加的情況，浪費(fèi)資源，會(huì)影響到電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，電力工業(yè)化進(jìn)程逐步加快下，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)變電設(shè)備檢修和維護(hù)，積極推動(dòng)檢修模式創(chuàng)新改進(jìn)，檢測(cè)設(shè)備故障情況。

4.3 針對(duì)性檢修

針對(duì)變壓器具體故障、損壞原因，立足實(shí)際情況針對(duì)性檢修變壓器故障問(wèn)題，分析變壓器故障產(chǎn)生原因，在此基礎(chǔ)上尋求合理措施予以處理。針對(duì)性檢修方式應(yīng)用效果顯著，對(duì)于變壓器檢修工作質(zhì)量意義深遠(yuǎn)，需要高度重視，憑借專業(yè)能力較強(qiáng)的檢修人員來(lái)維護(hù)變壓器。此外，可以建立電力自動(dòng)化變壓器檢修系統(tǒng)，減少人為因素的影響，提升設(shè)備檢修效率和質(zhì)量，維護(hù)變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

變壓器作為電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，由于超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)加劇裝置老化，增加設(shè)備運(yùn)行故障概率，影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。故此，應(yīng)做好變壓器檢修和維護(hù)，依據(jù)實(shí)際情況把握檢修內(nèi)容，靈活選擇檢修方式，提升檢修質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉明玉.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障解決方法[J].通信電源技術(shù)，2020（12）：283-285.