變壓器故障檢測與診斷技術研究現狀

林景垞

(廣東電網有限責任公司佛山供電局變電管理二所，廣東 佛山 528300)

1 引言

安全、優質、經濟地開展電能運輸，是現代電力系統運行的基本要求。變壓器作為電力系統、國家電網體系中最為關鍵的核心設備之一，具有種類多樣、型號多變、布設廣泛等特征，是電力系統實現電壓變化、電能分配等作業的基本設備。由于電力系統變壓器需要長期帶負荷運轉，通常出現故障的幾率比一般其他電力設備更高。同時，由于我國當前電網系統升級，各種跨區域聯網、調度等越來越多，變壓器的故障若不能及時診斷并修復，一旦發生故障往往容易引起某一電網局部出現鏈式反應。因此，針對變壓器開展日常故障檢測與診斷，是在變壓器發生故障之前就能夠及時幫助電網工作人員開展修復的必要手段，對電力系統而言具有重要的指導意義。

2 典型電力變壓器結構

圖1所示為電力系統最為常見的油浸式變壓器結構圖。該型號電力變壓器是一種靜止的電氣設備，不具有小車功能，能夠滿足不同電壓等級復合，是一種最常見的電力系統電能輸送、電壓變化裝置。該型號電力變壓器最常見的故障多集中在繞組、端子排、套管、鐵心等位置[1]。

圖1 某型號油浸式電力變壓器結構示意圖

3 常見故障位及原因分析

3.1 常見故障位

表1所示為典型電力變壓器常見故障類型匯總。電力系統常用變壓器多屬于直接暴露與自然環境下帶負荷長期作業。因此，無法避免由于零部件老化而帶來部分故障，如端子排因雨雪天氣而受潮、套管老化或出現裂紋、分接開關出現油泄漏等。加入不及時發現并排出這些故障，在長期的帶風險作業過程中極易引發電力系統故障，嚴重的甚至有可能造成電網系統大面積停電等。

表1 電力變壓器常見故障位

3.2 變壓器故障原因分析

由表1種進行的電力變壓器常見故障類型分析可知，電力變壓器最常見的故障多是因為長期暴露與惡劣環境下造成的絕緣材料損壞、老化等。除自然環境外，熱烈化、沖擊、外部短路等也是造成電力變壓器故障的主要原因。本文將通過磁路、繞組、絕緣、結構的順序對變壓器故障原因進行詳細分解。

3.2.1 磁路

造成電力變壓器磁路故障的原因主要集中在:①穿心螺桿等用于加緊電力變壓器內部鐵心等部件的絕緣材料被通過變壓器的電流擊穿，引起鐵心與鐵疊片中的部分零部件產生短路和局部渦流；②內部連接鐵心及其周邊結構件的緊固螺栓因電磁作用而產生振動，使鐵心及其周邊部件的絕緣性能受到影響；③鐵心及其周邊零部件因加工問題或環境問題出現毛刺、雜物或彎折，引發鐵心及鐵疊片形成局部短路；④鐵心疊片因長期工作或安裝問題形成變質，最終增加鐵心疊片的鐵損使變壓器內部溫度升高超過設計范圍而使內部零部件損壞[2]。

3.2.2 繞組

繞組多發生在變壓器內部，其主要原因有以下幾種:

(1)由于進入變壓器的空氣中帶有水分而產生受潮。

(2)繞組的紙包扁鋁線的棱曲率半徑較小。

(3)由于繞組的質量問題而導致其與電阻的接觸面增大，進而產生熱量，當熱量達到一定溫度時，會導致絕緣油的局部炭化。

(4)繞組匝間短路及繞組對地短路的原因有三方面:

3.3 結構件中發生的故障原因

(1)當氣體繼電器沒有定時查漏補缺或不按照規定補充油時，可能會導致繼電器出現故障。

(2)變壓器的絕緣收縮會影響變壓器繞組，需要采取相應的措施來阻止繞組引起的短路。

(3)變壓器不滿足并列運行條件要求。

(4)變壓器會在生產和運輸過程中造成一定程度上的損壞，如焊接質量不佳，運輸造成的變壓器漏油等問題。

(5)冷卻油及冷卻介質故障原因。油浸式變壓器的絕緣性能不單是受有一種原因造成，它會受多方面影響，如氧化、受潮等。而變壓器絕緣性能變化會造成閃絡放電等。對于特種冷卻介質的變壓器，會因密封是否牢固而產生影響，使氣壓下降，冷卻效果差，絕緣性能下降也導致故障發生。

(6)運行操作不當、維護不周引起故障。

4 變壓器故障檢測與診斷方法

4.1 油浸變壓器的外觀檢查

(1)漏油。當看到變壓器表面出現黑色液體或發光的時候，應該考慮變壓器是否出現漏油情況，通常情況下變壓器都裝有油位計，可以從油位計的數值上判斷是否出現漏油。

(2)通過人體感官去查看變壓器的溫度。

(3)呼吸器的吸濕劑嚴重變色。變壓器吸濕劑嚴重變色多數是因為受潮、墊圈損壞、呼吸器破損、倒油太多等。變壓器中送用的吸濕劑多為活性氧化鋁(Al2O2)類物質，當吸收一定量的濕氣(23%左右)之后會從原本的藍色變為粉色，當出現此類情況時需要進行再生處理。

4.2 機械類檢測裝置

4.2.1 瓦斯氣體繼電器

瓦斯氣體繼電器多適用于帶油枕的變壓器，主要是因為以下兩點:該材料屬于中絕緣材料、觸點供輕，較適用于報警使用，當變壓器內的材料發生故障而產生熱分解時，產生的氣體會進入繼電器的氣室，當氣體積攢到一定數量時會觸動瓦斯點而產生動作；對觸點用于重故障，該情況多因變壓器內部的絕緣擊穿、斷線等原因引起的，致使變壓器內壓力增大，油急速流向油枕時繼電器重瓦斯觸點動作[3]。

4.2.2 防爆裝置

變壓器內部防爆裝置多用于氣壓升高時，當變壓器內部郵箱向外釋放壓力時用于保護郵箱和散熱器的裝置。

4.3 電氣類檢測裝置

(1)差動繼電器。該繼電器是通過在變壓器的一次側和二次側安裝了電流互感器，在電流互感器的基礎上通過變壓器匝數和短路事故所出現的電流差值進行工作，因此，差動繼電器開始工作時，一般是變壓器匝間短路出現了故障。

(2)過電流繼電器。該設備屬于繼電器保護設備，一般在出現短路或超負荷的情況下進行工作。當過流繼電器開始工作時，如果不是變壓器外部出現短路或負荷，就要查看是否是變壓器內部出現短路問題。

4.4 利用儀器儀表檢測

當變壓器發生故障時，首先檢測變壓器內部的噴油程度與位置，然后結合變壓器的負電情況和電力系統的現狀等采取措施保護繼電器動作狀態。變壓器內油中的含氣情況、絕緣情況、絕緣油情況等的分析都需要使用專業的儀器儀表進行檢查診斷，再根據檢測信息作出故障判斷。

5 結語

現代電力系統運行最基本的要求便是安全、優質、經濟的開展電能運輸，同時變壓器也是電力系統最核心的設備之一。傳統的變壓器故障檢測與診斷技術方法單一、工程實用性不強、故障識別率低等，無法滿足我國當前電網系統升級。針對變壓器開展日常故障檢測與診斷，是在變壓器發生故障之前就能夠及時幫助電網工作人員開展修復的必要手段，對電力系統而言具有重要的指導意義[4]，因此，在變壓器故障智能診斷方面還需進一步的研究和完善。