關(guān)于電力變壓器的高壓試驗(yàn)與故障處理

何凡

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局，廣西 柳州 545005）

0 引言

電力變壓器的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)和可靠的重要保證。電力變壓器承擔(dān)著升降變換電壓、輸送和分配電能、服務(wù)每座變電站的關(guān)鍵作用，為社會(huì)正常用電、滿足人們的生活及工業(yè)用電需求提供便利條件。降低電力變壓器故障率、提升電力變壓器穩(wěn)定性，具有重要的意義。通過(guò)了解電力變壓器故障發(fā)生情況和進(jìn)行電力變壓器高壓試驗(yàn)，提高其檢修工作水平，為電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)建立良好基礎(chǔ)。

1 電力變壓器運(yùn)行中的常見故障

圖1 是常見的電力變壓器構(gòu)造簡(jiǎn)圖，主要的組成部件有：高壓套管、分接開關(guān)、低壓套管、氣體繼電器、防爆柜、儲(chǔ)油柜、油位表、吸濕器、散熱器、銘牌、接地螺栓、油樣閥門、放油閥門、閥門、繞組、溫度計(jì)、鐵芯、凈油器、油箱、變壓器油共20 個(gè)部件[1]。由此可見電力變壓器結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，部件精細(xì)，所以電力變壓器故障發(fā)生表現(xiàn)出涉及面廣、復(fù)雜多樣的特點(diǎn)。

圖1 電力變壓器構(gòu)造

1.1 變壓器滲油故障

電力變壓器較為常見的故障為滲油故障，滲油會(huì)造成多方面的問(wèn)題。發(fā)生嚴(yán)重滲油時(shí)，首先影響的是變壓器絕緣性能，進(jìn)而引起變壓器設(shè)備損毀和停機(jī)，其次還會(huì)造成絕緣油溢出的浪費(fèi)并污染空氣環(huán)境。

1.2 高壓套管故障

高壓套管是變壓器連接外部電網(wǎng)高壓部分的橋梁，有保護(hù)連接口和起到與環(huán)境的絕緣的作用。因?yàn)殚L(zhǎng)期裸露在外部環(huán)境之中，風(fēng)吹日曬的影響容易使其發(fā)生故障。導(dǎo)致高壓套管損壞的因素包括：漏油，會(huì)導(dǎo)致套管溫度過(guò)高；進(jìn)水，密封不良會(huì)發(fā)生套管滲水；灰塵，長(zhǎng)期的污漬、灰塵堆積導(dǎo)致套管污閃等。

1.3 分接開關(guān)故障

分接開關(guān)通過(guò)調(diào)節(jié)變比，使變壓器可以改變不同等級(jí)的電壓輸出。造成分接開關(guān)故障的原因較多，如分接開關(guān)不到位、觸頭氧化嚴(yán)重、出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題等，會(huì)造成引線松動(dòng)、觸頭接觸故障、觸頭間短路的一些常見故障。

1.4 磁路部分故障

磁路發(fā)生故障分為鐵芯、鐵軛、夾件3 個(gè)地方出現(xiàn)的故障。各種原因造成變壓器多點(diǎn)接地，進(jìn)而造成鐵芯發(fā)熱、甚至變壓器跳閘；硅鋼片的直接絕緣發(fā)生損壞，產(chǎn)生較大渦流加熱鐵芯而發(fā)生鐵損，并且還會(huì)讓變壓器溫度過(guò)高。

1.5 接頭過(guò)熱故障

載流接頭是較容易出現(xiàn)故障的部件，連接不穩(wěn)時(shí)會(huì)造成接頭過(guò)熱和燒毀接頭，嚴(yán)重危害電力變壓器運(yùn)行的安全。載流接頭是變壓器重要的部分，是電力工作人員需要加強(qiáng)檢查的部分，防止接頭過(guò)熱帶來(lái)的變壓器安全問(wèn)題。

1.6 絕緣故障

電力變壓器配置的絕緣紙板和絕緣油，是為了保證線圈間和鐵心硅鋼片間的一次側(cè)與二次側(cè)絕緣。導(dǎo)致絕緣故障的原因包括：絕緣油受到污染，引起絕緣油絕緣性能會(huì)出現(xiàn)明顯的下降，導(dǎo)致整體的絕緣強(qiáng)度下降；小油道、薄絕緣的一些變壓器設(shè)計(jì)制造，易出現(xiàn)絕緣故障。

2 電力變壓器的高壓試驗(yàn)方法和要求[2]

變壓器高壓試驗(yàn)是高壓電氣試驗(yàn)的一樣，適用于高壓設(shè)備。高壓電氣試驗(yàn)通過(guò)對(duì)高壓電氣設(shè)備進(jìn)行有效檢測(cè)各類電氣性能，深入分析和評(píng)價(jià)電氣設(shè)備的可靠性，及時(shí)找出高壓用電設(shè)備存在的安全隱患，采取合理措施解決安全隱患問(wèn)題，保證高壓用電設(shè)備后續(xù)工作運(yùn)轉(zhuǎn)中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，從而有效確保工作穩(wěn)定性，保障整個(gè)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行[3]。

2.1 電力變壓器的高壓試驗(yàn)方法

在進(jìn)行電力變壓器高壓試驗(yàn)前，首先需要科學(xué)地預(yù)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中潛在的一些危險(xiǎn)因素，并制定危險(xiǎn)因素預(yù)防措施，保證試驗(yàn)的安全性與準(zhǔn)確性。試驗(yàn)前先獲取和整理之前變壓器高壓試驗(yàn)相關(guān)資料數(shù)據(jù)，依次分析變壓器可能會(huì)存在的問(wèn)題。試驗(yàn)人員需要熟悉掌握安全防護(hù)措施方法知識(shí)。例如，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境如果濕度偏高時(shí)及時(shí)停止試驗(yàn)，能避免設(shè)備試驗(yàn)參數(shù)變化影響高壓試驗(yàn)的準(zhǔn)確性[4]。電力變壓器的絕緣測(cè)試是高壓試驗(yàn)主要內(nèi)容，通過(guò)絕緣測(cè)試能夠深入了解與全面掌握變壓器的絕緣性能狀況，并將測(cè)試得出的相關(guān)參數(shù)有效控制在合理范圍內(nèi)。變壓器高壓試驗(yàn)方法是通過(guò)對(duì)接通電源穩(wěn)定工作的變壓器進(jìn)行均勻升壓操作，并密切關(guān)注均勻升壓過(guò)程中變壓器運(yùn)行情況和儀表指示變化，完成測(cè)試后進(jìn)行放電操作。具體的試驗(yàn)環(huán)節(jié)涉及以下內(nèi)容：確保安全接地，根據(jù)接線原理圖詳細(xì)排查壓器接地對(duì)接，保證控制機(jī)箱和電力變壓器的運(yùn)行安全；確保變壓器所有接線有效接觸，做到逐一排查各個(gè)接線接觸有效性；儀器與各線路確保連接正常，詳細(xì)檢查儀器的連接情況，以及儀器指針與按鈕的檢查確保絕緣良好，避免斷線；密切關(guān)注儀器異常變化情況，如有異常需采取應(yīng)急措施，避免引發(fā)電力事故；完成高壓試驗(yàn)之后需要對(duì)變壓器降壓操作，切開電源同時(shí)引線拆除及放電。

2.2 電力變壓器高壓試驗(yàn)要求

嚴(yán)格遵守變壓器高壓試驗(yàn)操作流程標(biāo)準(zhǔn)與要求，是保證精確性的關(guān)鍵。為提高變壓器高壓試驗(yàn)結(jié)果的精確性，需要制定相關(guān)試驗(yàn)條件，主要包括4 方面：①溫度和濕度控制，高壓試驗(yàn)所處的周邊環(huán)境需要與試驗(yàn)規(guī)定要求相符合，溫度一般控制在20～40℃，濕度在55%以內(nèi)。②變壓器的絕緣性，電力變壓器的絕緣性是保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的直接因素，同時(shí)也是保障電力操作人員安全的重要條件，因此必須做好質(zhì)量檢驗(yàn)工作，保證變壓器絕緣性良好。③電源容量的確定，能有效避免因電壓過(guò)大損壞變壓器的情況發(fā)生。④電力變壓器如存在積塵、污垢需要清理，配置保護(hù)電阻和注重保護(hù)電阻的散熱，在試驗(yàn)電壓升高過(guò)程發(fā)揮保護(hù)作用。

2.3 高壓電氣試驗(yàn)的發(fā)展

隨著通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)也深入地滲透多種跨行業(yè)先進(jìn)技術(shù)。高壓電氣試驗(yàn)項(xiàng)目采用先進(jìn)研究方法，新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)得到該領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，GIS 工具的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確的確定高壓電氣設(shè)備故障出現(xiàn)的具體部位；利用色譜分析法，可獲得準(zhǔn)確可靠高壓電氣試驗(yàn)結(jié)果；采用超低頻測(cè)試電源，減少干擾和誤差；紅外技術(shù)應(yīng)用在高壓電氣試驗(yàn)，高質(zhì)量、高效率地完成試驗(yàn)任務(wù)。

3 電力變壓器高壓試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 優(yōu)先使用采油樣色譜分析[5]

色譜分析的依據(jù)是電力變壓器發(fā)生故障前，其內(nèi)部會(huì)析出多種特征氣體（絕緣紙和絕緣油被故障點(diǎn)熱分解產(chǎn)生總烴、乙炔、氫氣），大量實(shí)踐證明不同的變壓器故障產(chǎn)生不同氣體，色譜分析法通過(guò)檢測(cè)變壓器油里溶解的氣體為判斷故障依據(jù)。色譜分析能檢定出油溶解的含水量、氣體特征和含量及糠醛含量，依據(jù)實(shí)踐證實(shí)的三比值法判斷變壓器內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)的故障。如表1所示，根據(jù)電壓等級(jí)色譜分析可以采用不同的試驗(yàn)周期，色譜異常的情況還可以縮短試驗(yàn)周期和進(jìn)行高壓試驗(yàn)。

表1 色譜分析周期

3.2 絕緣耐壓試驗(yàn)

絕緣耐壓試驗(yàn)測(cè)試的是絕緣設(shè)備能夠承受的最大電壓，電壓類型涉及工頻直流和交流以及操作沖擊等。該試驗(yàn)方法準(zhǔn)確性很高，但是其缺點(diǎn)是具有一定破壞性。絕緣耐壓試驗(yàn)的結(jié)果只會(huì)是兩種情況，即耐受和擊穿，破壞力度較大，可能對(duì)電力變壓器造成一定危害。因此，對(duì)于電力變壓器采用絕緣耐壓試驗(yàn)這種方法時(shí)，特別需要注意結(jié)合實(shí)際情況合理使用并適當(dāng)控制試驗(yàn)次數(shù)，減少對(duì)變壓器的影響。直流電壓類型的絕緣耐壓試驗(yàn)，對(duì)線路接頭部位可以很精準(zhǔn)地判斷故障情況，如斷路、短路等問(wèn)題，很大提高了工作人員對(duì)電路系統(tǒng)的檢測(cè)效率。

3.3 絕緣特性試驗(yàn)

絕緣特性試驗(yàn)不會(huì)有像絕緣耐壓試驗(yàn)的破壞性特點(diǎn)，是一種預(yù)防性實(shí)驗(yàn)，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成破壞。通常情況該試驗(yàn)方法在設(shè)備出廠前和設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中分別進(jìn)行一次，進(jìn)行這兩次便可以保證設(shè)備的試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性和安全性。設(shè)備出廠前是檢驗(yàn)絕緣性是否合格，運(yùn)行過(guò)程中試驗(yàn)是為防止設(shè)備出現(xiàn)絕緣性下降影響設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定性。絕緣特性試驗(yàn)一般都會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，所以該試驗(yàn)的重點(diǎn)是在分析和對(duì)比對(duì)這些數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備絕緣效果。試驗(yàn)結(jié)果較為模糊，該試驗(yàn)的準(zhǔn)確性只能通過(guò)合理對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果來(lái)提高。

3.4 交接試驗(yàn)

電力變壓器出現(xiàn)故障的因素，不僅要考慮絕緣性的問(wèn)題，還需要考慮其他的一些問(wèn)題，例如電壓過(guò)大導(dǎo)致變壓器溫度急速攀升，進(jìn)而可能發(fā)生漏電的情況影響設(shè)備良好運(yùn)行。因此需要對(duì)變壓器進(jìn)行漏電試驗(yàn)，漏電試驗(yàn)可采用直流高壓測(cè)試的這項(xiàng)試驗(yàn)。具體操作流程中需要注意的幾個(gè)方面是：合理控制兆歐測(cè)試表上的電壓，使其始終低于流經(jīng)測(cè)試變壓器的電壓，能更好發(fā)現(xiàn)變壓器中存在問(wèn)題；交接試驗(yàn)屬于特殊試驗(yàn)，要求高水平的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，控制難度較大具有相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，因此要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)流程，完整記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)分析絕緣特性有很大幫助[6]；提高測(cè)試儀器精確度，能有助于減少對(duì)設(shè)備的危害。

3.5 試驗(yàn)過(guò)程中的安全措施

高壓試驗(yàn)需要嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，必須由專業(yè)人員進(jìn)行并保證操作人員的專業(yè)性，保障高壓試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化，避免人為因素造成損失。例如，試驗(yàn)前的充分準(zhǔn)備、所需各類器具的檢查、做好試驗(yàn)場(chǎng)地的防護(hù)工作、試驗(yàn)安全檢查等多方面從人員專業(yè)性和管理層面的措施。分工明確，操作人員的有效配合不僅能提升工作效率，還能保證操作的安全性。按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求接好變壓器線路，操作設(shè)備系統(tǒng)和變壓器外殼都能合理接地保證人員安全。另外，交流電高壓試驗(yàn)容易產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，需要注意異常問(wèn)題的出現(xiàn)，避免觸電等安全事故產(chǎn)生。

4 高壓試驗(yàn)的常見故障以及處理措施

4.1 高壓試驗(yàn)結(jié)果誤差分析

大容量設(shè)備如電力變壓器在電網(wǎng)中一般會(huì)出現(xiàn)耦合電容效應(yīng)的問(wèn)題，如圖2 所示，高壓試驗(yàn)裝置是直接連接在線路上。為保證操作人員所處工作環(huán)境安全，變壓器頂部將直接連接地面，操作人員便可進(jìn)行一些線路維修和變壓器高壓試驗(yàn)等操作。但一些情況下同時(shí)使用由電容組成的電壓互感器和耦合電容，就會(huì)難以控制電源連接現(xiàn)象。在高壓電力系統(tǒng)中，工作人員應(yīng)該及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力電阻和電容器的連接，當(dāng)繼電器電容慢慢增加，電阻率仍維持在原有范圍而消耗大量能量導(dǎo)致介質(zhì)損耗，試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)一定誤差[7]。

圖2 高壓電氣試驗(yàn)設(shè)備

4.2 變壓器自動(dòng)跳閘故障

電力變壓器高壓試驗(yàn)過(guò)程中自動(dòng)跳閘是出現(xiàn)頻率較高的一類故障[8]。如果確定不是因?yàn)槿藶椴僮鞑划?dāng)導(dǎo)致自動(dòng)跳閘，則需要對(duì)變壓器外部、內(nèi)部進(jìn)行全面排查，避免再次發(fā)生，消除火災(zāi)隱患。變壓器周圍如果發(fā)生火災(zāi)，變壓器會(huì)及時(shí)自動(dòng)開啟保護(hù)和切斷斷路器，若存在故障不能開啟自動(dòng)保護(hù)則需要專業(yè)人員手動(dòng)切斷斷路器并撲救引發(fā)的火情。

4.3 環(huán)境變化引起高壓電氣試驗(yàn)結(jié)果出錯(cuò)

該類問(wèn)題一般也是出現(xiàn)在電容較大的設(shè)備，進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)夜間測(cè)量結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，而白天測(cè)量結(jié)果都是正常的。為提升試驗(yàn)效果，變電所使用原始儀器，試驗(yàn)結(jié)果普遍表現(xiàn)出正常情況。在這個(gè)理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行電力變壓器高壓試驗(yàn)不能忽視外界環(huán)境因素的影響。另外，絕緣電阻內(nèi)部經(jīng)常會(huì)一些雜質(zhì)，受到高溫影響后雜質(zhì)產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)從而導(dǎo)致絕緣電阻阻值下降，需要采取溫度控制措施減少試驗(yàn)故障。

4.4 變壓器聲音異常

正常情況下變壓器高壓試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生電磁交流聲頻相對(duì)穩(wěn)定，且不會(huì)有異常聲響出現(xiàn)。如果變壓器內(nèi)部在試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生異常聲響，可能是變壓器運(yùn)行過(guò)載、零件松動(dòng)、接觸不良等問(wèn)題。出現(xiàn)這種情況，操作人員應(yīng)及時(shí)切斷電源，結(jié)合異常聲響判斷并找出具體原因，采取措施進(jìn)行解決。

4.5 變壓器油位異常故障

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的變壓器能自動(dòng)調(diào)節(jié)自身油位，變壓器油位會(huì)處于一個(gè)正常范圍區(qū)間。如果進(jìn)行高壓試驗(yàn)出現(xiàn)變壓器油位過(guò)高或者過(guò)低的異常情況，則需要考慮是否存在變壓器漏油等問(wèn)題引起油位過(guò)低，是否是因?yàn)闇囟犬惓Ｓ绊懹臀坏纳蠞q，或者因?yàn)樽儔浩饔蜆?biāo)管等部位堵塞等問(wèn)題。需要仔細(xì)檢查找出明確原因并相應(yīng)處理，保障變壓器后續(xù)工作的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.6 變壓器繞組故障

變壓器內(nèi)部的一部分線路短路是繞組故障的主要原因。因此，進(jìn)行高壓試驗(yàn)前需要對(duì)變壓器內(nèi)部線路和接地詳細(xì)排查。試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)變壓器繞組故障，操作人員要立即切斷電源，然后檢查變壓器的接地情況和內(nèi)部各線路的接線，找到原因從而有效解決繞組故障問(wèn)題。

4.7 瓦斯保護(hù)故障

變壓器瓦斯保護(hù)故障多數(shù)情況與其油位下降、內(nèi)部故障等因素相關(guān)，也是常見故障類型。高壓試驗(yàn)中發(fā)生瓦斯保護(hù)故障，工作人員需要細(xì)致檢查可能導(dǎo)致瓦斯保護(hù)故障的因素并逐一解決。

5 結(jié)語(yǔ)

電力行業(yè)規(guī)模發(fā)展日漸龐大的背景下，電力變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其作用越來(lái)越突出，關(guān)系到電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定和安全，因此必須對(duì)其進(jìn)行合理的高壓試驗(yàn)。在實(shí)際的高壓試驗(yàn)中，相關(guān)技術(shù)人員必須高度重視并嚴(yán)格遵守試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證操作的專業(yè)性，以此減少人為因素帶來(lái)的失誤。針對(duì)電力變壓器檢測(cè)當(dāng)中出現(xiàn)的故障，找出明確的原因，采取相應(yīng)措施解決故障問(wèn)題使變壓器能夠保持正常運(yùn)行，滿足人們用電的穩(wěn)定性需要，促進(jìn)電力事業(yè)的良好發(fā)展。