淺析變壓器故障類型分析與其繼電保護設計研究

熊興鵬 倪鵬

摘要：在電力系統中，電力變壓器具備重要作用，因此在輸變電、工廠運行中得以廣泛應用。在生產期間，科技技術的快速發展，相應促進了電力變壓器的發展，研發出大量新型變壓器，具備較多用途與功能。在變壓器創新發展中，開始應用大量不同功能與型號的變壓器，導致電力變壓器的接線復雜，對于電力人員提出嚴格要求，還會對電力人員的專業判斷造成影響。在檢修電力變壓器故障時，極易產生錯誤判斷，對我國經濟發展影響非常大。所以必須注重變壓器設備的運行故障檢測，同時應用科學化檢修技術，維護變壓器運行效益。

關鍵詞：電氣控制系統;變壓器;繼電保護

引言：

變壓器作為電氣控制系統的核心零部件，其安全穩定的運行將直接影響電氣控制系統，甚至是自動化設備使用的可靠性。隨著我國經濟建設的快速發展，人們的生活質量不斷提升，對自動化設備的依賴程度也越來越高，對變壓器保護的要求也隨之提高，針對變壓器故障類型以及繼電保護設計與研究具有重要意義。本文介紹了變壓器保護的幾種常見故障以及其繼電保護的基本配置，對變壓器故障的排除與調試工作具有一定的參考價值。

1變壓器常見故障類型

1.1電性故障

在電應力作用下，變壓器絕緣裂化所致故障，就被稱電性故障。按照能量密度大小，可以將電性故障劃分為低能放電、局部放電、高能放電等。對于局部放電，多位于變壓器內腔空腔、絕緣介質空隙、電極等位置。由于能量密度比較小，極易惡化為高能放電故障。低能放電故障，主要是在阻抗分壓作用下，變壓器內部金屬部件接觸不良，在電壓異電級間，會產生懸浮電位，能量密度較小，存在間歇性特點。高能放電故障的突發性較強，會導致繞組間、層間擊穿故障等。在短時間內，會產生大量故障氣體。

1.2過熱故障

在熱應力作用下，變壓器絕緣部件老化所致過熱現象，就被稱為過熱故障。故障產生的溫度高低，會細化為低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱等類型。不同溫度的過熱故障劃分標準為300℃、700℃。按照標準統計顯示，大部分變壓器過熱故障，是由于分接開關接觸不良所致。所以，鐵芯多點接地故障、漏磁環流、局部短路等故障，也是由于變壓器過熱故障所致。

1.3變壓器的分接開關故障

雖然分接開關內部機械部分的機械原理較為簡單，但其實現動作的機械傳動結構卻比較復雜，此外由于電氣控制系統的需要，分解開關還需要經常進行切換操作，也正如此，分接開關發生故障的機率也相對較高。一般情況下，引起分接開關發生故障的主要原因是其產品質量不過關，一旦出現分接開關接觸不良、開合不到位時便會出現觸頭過熱、斷軸及放電燒損。同時，如果切換開關觸點出現接觸不良等問題，就會導致絕緣件的機械強度降低，嚴重時會導致切換開關直接損壞。

此外，油室密封情況如果出現問題，會直接導致大、小油兩個箱之間互相連通，進而會間接增加變壓器油箱可燃性氣體含量，最終導致對故障的錯誤判斷。變壓器的分接開關故障除了產品質量不過關所導致眾多故障外，還有一類常見的故障是絕緣故障。變壓器的絕緣故障與其本身的設計緊密相關，如果變壓器采用小油路、薄絕緣設計，則會導致變壓器的使用壽命縮短，因為在變壓器運行不久后就會因為絕緣故障而無法正常使用。絕緣故障也會因為相間加入了絕緣隔板使電場強度的分布被破壞，從而造成變壓器相間絕緣裕度不足，引起相間短路。另一個導致絕緣板故障的重要因素是變壓器被污染。通常情況下，變壓器對內部的清潔度要求是非常高的，因為一旦內部受到極少量金屬雜質的污染后都會嚴重影響爬電距離，進而導致產生局部放電現象。

2變壓器故障診斷方法

2.1油溶解性氣體分析法

現階段，利用絕緣油材料進行絕緣散熱的變壓器應用廣泛，該類變壓器會受到熱應力影響，從而出現絕緣紙、絕緣油老化，還會出現不同故障性氣體。故障位置不同，故障氣體的成分差異比較大。通過對故障問題進行分析，可以了解氣體不同成分比重與含量，從而對變壓器故障類型進行診斷。

2.2外部特征監測法

當變壓器發生放電故障時，會表現出較多外部特征，涉及到電磁脈沖、電脈沖等，同時會表現出異常噪聲、發光發熱特征。所以，通過監測電性與電磁脈沖特征，能夠對放電能量強度、發展趨勢進行準確化判斷，確保變壓器放電故障判斷的準確性。

2.3紅外測溫法

如果變壓器發生過熱故障時，因故障所致變壓器熱量散發異常，此時可以監測熱量變化情況，準確診斷故障問題。紅外測溫法為常用方法，通過紅外測溫技術，可以準確監測變壓器熱量，之后將監測結果轉化為視頻信號，準確定位和診斷故障類型。

3繼電保護設計與研究

3.1差動保護設計要點

差動保護設計是變壓器保護中一種最常見也是最有效的方法之一。差動保護設計的主要原則是按照正常運行時的環流接線安裝變壓器兩側的電流互感器二次側。在變壓器正常運行情況下，差動繼電器內的電流與兩側電流互感器二次電流非常接近，兩者之間的差值幾乎等于零，這種情況下，變壓器處于正常運行狀態，差動保護機制也不會啟動。隨著現代技術的不斷發展和改革，差動保護設計的功能也越來越完善，尤其是高性能微型計算機處理芯片引入到差動保護機制的設計中，從而為進行繼電保護裝置的研究和應用帶來了質的飛躍。基于高性能微型計算機處理芯片，目前已經研制出了一套包括主保護、后備保護兩套微機保護的裝置，大大提高了差動保護對變壓器的保護，這種保護技術也得到了業內廣泛的認可和普及應用。包括主保護、后備保護兩套微機保護的裝置針對變壓器套管、引出線以及內部短路等故障可以實現全面和充分的保護和反映，尤其是針對高壓側電壓在及以上的變壓器，兩套微機保護的裝置顯得尤為重要，不可或缺。兩套微機保護的裝置在高壓側電壓在及以上的變壓器故障保護上功能強大。一旦故障發生后，兩套微機保護的裝置可以實現瞬時動作斷開各側斷路器的目的，這種瞬時動作斷開也大大降低了故障對整個變壓器的損壞，降低故障的發生幾率和危害程度。

3.2瓦斯保護設計要點

差動保護在變壓器故障保護方面有著重要的作用，不可或缺，但是也無法對所有的變壓器故障實現保護。如匝間短路、鐵芯局部燒損、絕緣劣化、線圈燒損等，面對這些故障瓦斯保護能夠正常動作的原因是由于瓦斯保護本身也是通過氣體繼電器來實現的。當下較為常見的瓦斯保護主要是分為兩種，一種是輕瓦斯保護，另外一種則是重瓦斯保護。輕瓦斯保護主要依據氣體的化學成為、含量、顏色以及可燃性等條件來分析保護原因以及故障性質進行判斷，有利于電氣調試人員迅速發現變壓器故障等問題，并根據指示對相應問題進行處理。重瓦斯保護則是斷路器跳閘。這種模式是對氣體產生的速度進行監測，通過對氣體成為及特征進行分析，從而獲得故障原因以及具體的位置，在變壓器發生嚴重故障時自動切斷電源，以此來保護變壓器不被損壞。

結束語：

變壓器在電力系統中起著重要作用。加強對變壓器的診斷和管理，可以保證電力系統平穩運行。變壓器作為電力系統的主要部件，一旦發生故障，直接影響人們生產和生活。企業必須做好變壓器故障診斷和狀態修復工作，確保供電企業安全穩定運行，滿足人們對工業用電和日常用電的需求，促進中國能源行業健康可持續發展。

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