電氣試驗在變壓器故障分析的應用

范小輝

（國網蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

根據高壓電氣設備試驗系統檢測對象來劃分，需要定期檢測的高壓電力系統檢測設備主要有三種:使用高壓電氣時應該對電力系統中所有電力設備的產品型號和生產原料進行檢測，看其質量是否滿足國家相關工業技術標準;對定期檢修過的設備等進行內部絕緣體性能檢測，檢測其內部絕緣體的性能，檢測其完好性;采用定期自動循環檢測方法對長時段或處于高壓電氣工作運行狀態下的電力設備進行定期檢測，以便查看這些電力設備是否滿足長時段使用高壓電氣作業能力的需求。

一、變壓器簡介

要說什么裝置可以改變交流電壓，必須是變壓器。其主要功能是保證電力系統的運行安全。一次線圈、二次線圈和鐵芯是變壓器的三個主要部件。中頻變壓器、高頻變壓器和電子變壓器是特殊的變壓器，與電力變壓器有著明顯的區別。它們是根據用途來區分的。目前市場上銷售的變壓器和電力系統建設中使用的變壓器可以實現電壓轉換和電流轉換。變壓器在開始時沒有此功能。法拉利，原型變壓器的開發者，演示了電磁感應的原理，人們理解了磁場的出現。法拉第感應線圈實際上是第一臺變壓器的原型，但當時只是學術研究。你把這個理論應用到實踐中了嗎。電磁感應原理提出50 年后，出現了具有實際應用特點的電力變壓器。這是一種叫二次發電機的裝置。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揮作用，而兩個線圈間的磁耦合加強。兩個線圈之間完全沒有電的聯系。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。變壓器根據電磁感應的原理能完成電壓和電流的轉換，在實際中完全可將某一等級的交流電壓和電流轉換為另一等級的電壓和電流，并能做到同頻率。

二、變壓器的類型

1.按相數分：單相變壓器：用于單相負荷和三相變壓器組。三相變壓器：用于三相系統的升、降電壓。2.按冷卻方式：油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。干式變壓器：依靠空氣對流進行自然冷卻或增加風機冷卻。3.按照繞組形式。雙繞組變壓器：用于連接電力系統中的兩個電壓等級。三繞組變壓器：一般用于電力系統區域變電站中，連接三個電壓等級。耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統，也作為普通的升壓或降后變壓器用。

三、常見的電力變壓器故障

（一）電力變壓器過熱故障

過熱故障是電力變壓器另一種常見的故障，主要是指電力變壓器在運行過程中會產生大量的氣體，這些氣體在與電力變壓器內部絕緣部件接觸的過程中會加速絕緣部件的老化，從而增加了電力變壓器故障發生的概率。

（二）變壓器內部構件問題

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系。而鐵芯的形變量又與振動頻率有關，隨著鐵芯形變量的加大振動頻率增加，這時所產生的電磁信號容易出現誤差。硅鋼片之間的電位均勻分布才能保證變壓器的正常穩定運行，如硅鋼片間的電位不均勻分布則會出現環流現象。環流現象出現的原因一般是因為鐵芯沒有實現可靠接地，也可能是因為接地點超出了兩點以上。總之，環流現象的出現極有可能造成碳化故障，故障發生后后果不堪設想，其處理也較為棘手。

（三）互感器、變壓器套管和繞組試驗問題

在互感器和變壓器中有很對絕緣紙，這些絕緣紙一旦受潮，含水量超標時，設備就會受影響。想要判斷設備是否因為受潮現象而產生影響，就要進行互感器試測。在進行預防性試驗過程中，規定不同設備的互感值不可相同，每次測試后的數據都要和歷年值和出廠值做比較，還規定變壓器繞組的增量要控制在百分之三十以下。互感值如果因為設備溫度影響而數值不穩定，如果增量幅度大于±0.3%時，一定要停止設備的運行。

（四）試驗操作程序不規范

很多電氣設備在進行交接試驗過程中，由于操作程序不規范，所引發的問題相對來講也比較多。本身高壓電氣設備交接試驗綜合性就比較強，我們只有確保操作過程的規范性，才不會產生安全隱患問題，進而保障操作人員生命安全的同時，也能夠提高電氣設備的運行安全。但是實際上，由于試驗操作程序不夠規范，導致整個試驗結果不夠精準，這樣對后續電氣設備試驗工作會造成一定的影響。尤其是在現如今市場競爭趨勢日漸加劇的時代背景下，對于企業發展非常不利。另外，由于高壓電氣設備交接試驗操作程序不夠規范，也會致使變電站處于不正常運轉狀態，這對各行各業用電會帶來很多不便。除此之外，由于試驗操作程序不夠規范，也會致使交接試驗喪失價值，而工作人員也難以通過試驗去正確評估電氣設備運行狀況，這就會為后期電氣設備運行埋下安全隱患。

四、電氣試驗在變壓器故障檢測中的運用

（一）重瓦斯保護動作的處理

重瓦斯保護動作，變壓器各側開關跳開，變壓器退出運行。拉開變壓器一次、二次側隔離開關，收集瓦斯繼電器的氣體進行鑒別并做出如下處理決定：若氣體是無色、無嗅和不可燃的，則將氣體排出后，重新將變壓器投入運行。若氣體是白色、有強烈臭味，但不可燃的氣體，則說明絕緣材料損傷，將氣體排出后，可暫時投入運行。若氣體是淡黃色、帶強烈氣味，說明了變壓器內部發生故障，則應取油樣化驗其閃點；若其閃點較前次低于5℃以上時，應停運變壓器，并聯系檢修人員。

（二）絕緣監測及絕緣故障定位系統

絕緣監測與故障定位系統是通過向電網系統與電力變壓器之間注入 50 Hz 的交流信號，監測供電系統對電力變壓器的絕緣狀況。當被監測到的絕緣電阻阻值低于預先設定值（一般為 50 kΩ）時，監測儀發出警報信號，通知有關人員及時排查。為確保系統運行的可靠穩定，絕緣監測儀設有預警報與警報，預警報為警報閾值的2倍。所以，工作人員首先會接到預警報信號。如果故障未解除，當絕緣電阻值低于警報響應值時，聲光警報同時啟動。通過絕緣故障定位儀，迅速判斷對應故障回路，節省了搶修時間，提高了工作效率，為系統的安全穩定運行提供了可靠保障。

（三）紅外檢測與診斷技術

紅外檢測與診斷技術是電力變壓器運行狀態檢測與故障診斷的重要技術。根據異常溫度檢測結果判斷電力變壓器故障，為相關人員處理故障提供準確的數據支持。因此，我國各大電廠及相關部門可以根據紅外檢測診斷技術改進電力變壓器故障診斷技術，提高故障診斷的準確性和及時性，減少電力變壓器故障造成的損失。各大電廠及相關部門可以借助紅外測溫儀、紅外熱像儀和紅外熱電視，開展電力變壓器運行與故障檢測工作。紅外測溫儀是利用光學原理檢測電力變壓器溫度的儀器，可以在 700 ℃范圍內檢測電力變壓器的高、中、低 3 個溫度，并通過若干個瞄準點的方式分析設備的表面溫度，幫助相關工作人員及時發現電力變壓器中存在的故障問題，為相關工作人員解決電力變壓器故障問題提供了重要的參照數據。紅外熱像儀是一個通過紅外線傳感器接收、放大和處理電力變壓器紅外線信號，可把圖像轉變為可見圖像的測量儀器。在檢測電力變壓器故障時，可以通過監視器以不同的顏色表示電力變壓器的不同溫度，從而幫助相關工作人員了解電力變壓器內部各組件的運行情況，使相關工作人員正確掌握電力變壓器故障的成因，并根據電網系統穩定運營需求及時解決故障，保證電力變壓器運行的穩定性。

（四）油化檢測技術

正常情況下變壓器的油應當是無污染透明的，肉眼觀察發現不了任何的懸浮物或雜質，而在正常情況下油的顏色會呈現為淡黃色。可通過變壓器油狀態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侵染。無哪個情況發生變壓器油的狀態都會改變，不再純凈透明，另外顏色也能從最初的淡黃變為黃白色，這時不用借助工具就能明顯看出變壓器油中存在絮狀物。當出現這一情況時問題是比較嚴重的，物質的存在將會極大地縮減變壓器的壽命，變壓器出現故障無法進行電壓電流轉換，進而引發更嚴重的問題。可時常進行油擊穿試驗，從中了解變壓器的具體情況。

（五）溶解氣體分析技術

運行過程中，變壓器油中溶解的氣體釋放，當釋放量超過標準時就會出現故障。相關工作人員可以通過分析溶解氣體判斷電力變壓器出現的故障，從而制定科學的故障解決措施，提高變壓器故障的解決效率。首先，相關工作人員應當根據變壓器故障類型，詳細了解油中溶解氣體的標準及種類。在檢查電力變壓器故障時，可以快速判斷釋放的氣體，以便保證故障診斷的精確性。其次，相關工作人員應當根據油中溶解氣體分析要求，詳細了解不同氣體之間的關系，通過應用三比值法，準確判斷氣體故障，快速找到電力變壓器出現故障的原因，并制定科學的解決方案，保證電力變壓器穩定運行。最后，相關工作人員在判斷電力變壓器故障的過程中，應當做好油中溶解氣體分析的詳細記錄工作，記錄每次電力變壓器故障出現的現象、診斷方式與維修方式，為電力變壓器故障診斷提供詳細的數據支持。

（六）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行，在進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，一種根據試驗性質進行分類而另一種是根據試驗的范圍進行分類。前者一定要注意要控制電壓、避免電壓過高。進行這樣的實驗不會對設備造成負面影響，還是比較提倡進行的。工作人員進行電力變壓器的絕緣試驗，試驗過程中收集數據并進行試驗過程出現的物理現象記錄，之后借助專業知識和工作經驗進行科學的判斷，判斷出設備的絕緣能力大小。電力變壓器潛在的缺陷與隱患可通過絕緣試驗來發現，在實驗的過程中可以定時間，在試驗結束后注意再次進行鑒別試驗，從而保證結果的準確性。

五、結語

綜上，電力變壓器電氣高壓試驗能夠發現變壓器內部的質量問題，在高壓試驗條件下檢驗變壓器各項參數性能，從根本上提升了變壓器的性能測試效果。關技術人員應該認真學習先進的知識和技術，在工作中多發現問題，多學習總結有用經驗，盡快適應新形勢。尤其是在內部絕緣問題測試時，利用升壓過程可持續加壓，觀察變壓器在實際超負荷運行過程中可能出現的擊穿問題、接地問題等，降低了由變壓器自身缺陷引起的電力事故，為電力項目有效施工和安全運營奠定了堅實的基礎。