電力變壓器故障分析與檢修策略研究

武 艷，門三義

（洛陽師范學院，河南洛陽 471023）

0 引言

電力設備維修具有兩個主要的作用，一是維持設備可靠安全運行；二是若電力設備發生故障和異常，以盡可能快的速度和最小經濟成本恢復設備正常運行。

1 電力設備檢修方式發展

電力設備維修是伴隨著工業設備和生產過程復雜程度的發展而不斷發展。起初由于電網設備功能和結構簡單，單獨的一個設備發生故障對電網的影響有限，在設備發生故障后由電力工人查找故障進行維修[1]。

到20 世紀80 年代初，電網進一步擴大，電力設備的數量和結構的復雜程度提高，單一的設備發生故障對電網有一定的影響，電力行業成立專門的維修部門按照規定的檢修標準和周期進行定時維護和檢修。隨著電網技術的發展，規模更大的電網互聯，設備的集成化程度提高，單一設備故障會對電網產生較大的影響。對電力設備的檢修方式和檢修可靠程度和效果有了更高的要求。

計算機和傳感器技術的發展使得在線監測和診斷成為可能，利用監控技術、數據分析技術形成以電網高可靠性的維修方式進一步發展。即電力設備正在由設備故障停運檢修向根據設備的運行狀態合理提出檢修策略，由被動檢修向主動檢修的方向發展[2]。

2 配電網變壓器配置情況

降低損耗是配電變壓器發展的主要趨勢。三相變壓器按冷卻和絕緣類型可分為油浸式變壓器和干式變壓器；從鐵芯結構上又可分為疊片式和卷鐵芯，后者能有效降低鐵芯損耗[3]。

針對某城市配電網的電壓器類型和數量進行統計，其中S9型油浸變壓器464 臺，S7 型油浸變壓器486 臺，S9 型干式變壓器10 臺，S10 型干式變壓器3 臺，配電變壓器型號分類統計見表1，某配電營業部管轄的變壓器中以S7 及以上型號的油浸式變壓器為主，干式變數量極少。經過配網改造，配電變壓器中已經沒有S7 以下型號的高損變型號。

表1 某城市配電變壓器型號分類統計

3 變壓器故障時間分布、原因分析與危害

2018 年至2021 年，該部門管轄和維護的配電變壓器共發生故障117 次。變壓器故障發生重點部位如圖1 所示。其中變壓器本體是發生故障較為頻繁的部位。

圖1 變壓器故障發生重點部位

針對變壓器這些部位的故障類型進行統計和分析發現，變壓器故障一般表現為電氣故障和非電氣故障兩大類。

3.1 短路故障分析與危害

變壓器短路故障的主要形式有相間短路故障、匝間短路故障以及單相接地短路故障。產生變壓器短路故障的原因有很多，但最為主要的原因是由于變壓器繞組絕緣老化而引起的絕緣破壞[4]。如變壓器長期過負荷運行而發熱，發熱引起絕緣老化；變壓器受潮或是內部油溫過高引起的絕緣性能下降；雷電引起的過電壓導致絕緣擊穿等都有可能引起變壓器短路故障[5]。

變壓器發生短路故障最大的危害為短路故障會產生很大的短路電流。由于變壓器繞組間的應力與電流平方成正比，導致變壓器繞組間應力突然增大，使得變壓器發生振動、內部零件具有破壞的可能。另外，短路電流會產生大量的熱，加劇變壓器老化速度，其絕緣擊穿，從而增加變壓器短路的概率，形成惡性循環；甚至會燒毀變壓器，使得變壓器發生爆炸等嚴重事故。

3.2 斷路故障分析與危害

變壓器發生斷路故障的原因有很多。如變壓器由于過負荷運行使得繞組溫度長時間過高或流過短路電流產生大量熱量燒壞變壓器繞組，使得繞組發生斷路故障；變壓器流過大的短路電流產生的應力使得變壓器接頭產生松動；變壓器引下線出現斷股故障、變壓器開關接頭接觸不良等。

電力系統斷路故障大多是單相斷路故障，其對電網的影響雖然沒有短路故障嚴重，但是也會產生一定的危害。其會引起電網的電氣量不對稱情況，特別是電網中的負序分量會增大，使得異步電機無法正常工作，繼電保護動作甩掉大量負荷。

3.3 鐵芯故障分析與危害

變壓器鐵芯故障發生的概率不大，但隨著變壓器運行時間的增長，鐵芯故障也有可能發生。鐵芯疊片絕緣損壞引發的鐵芯短路故障、鐵芯接地碰殼故障是變壓器鐵芯故障的主要原因。發生鐵芯故障的直接危害是增大鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，使得鐵芯溫度過高，進而引起纏繞在它上面的繞組溫度過高，加速變壓器繞組絕緣老化。

3.4 變壓器機械故障分析與危害

變壓器機械故障屬于非電氣故障類型，如變壓器外殼由于外力產生的變形與破裂；散熱器及冷卻器的堵塞或裂紋、變壓器套管炸裂；有載調壓變壓器發生有載分接開關觸頭接觸不良、折斷、錯位或變形等故障。

引起變壓器機械故障的主要原因為：外力等因素作用引起變壓器外殼變形或套管破裂；發生短路故障產生的應力使得套管破裂，使用期過長、操作頻繁引起的有載調壓變壓器開關接觸不良等。其需要變壓器退出運行進行更換從而影響供電的可靠性。

除此之外，變壓器冷卻絕緣油系統也會發生一系列故障，如漏油故障、絕緣油老化等。其產生的危害有時嚴重，如發生油箱爆炸等。

4 電力變壓器檢修策略

目前的變壓器檢修過程中定期檢修為主要檢修方式，有時在變壓器運行狀態正常的情況下也需要其退出運行進行檢修。是因為電力系統的供電可靠性依賴于電力設備的完好率，特別是變壓器這種大型、重要的電力設備，其故障可能導致大片區域停電，對電網安全運行形成的影響較大。所以電力企業十分重視電力變壓器的檢修，甚至可能產生過剩檢修，以確保其在正常情況下萬無一失。

但從長期運行檢驗來看，過剩檢修也會對電網運行造成一些不利的影響。

（1）當設備不需要維修而維修造成人力物力的不必要消耗，增加經濟成本負擔。

（2）過剩檢修造成的不必要的停電情況大大降低電網運行的可靠性。

（3）在檢修過程可能出現對設備完好部分損害的情況，從而增加設備在維修后運行中的故障率。

所以電力設備的維修工作需要合理的檢修模式和科學的管理方式才能實現維修綜合效益最大化。由變壓器類型與故障類型的統計得知，油浸式變壓器仍為變壓器重點檢修對象。結合經濟成本和電網可靠性要求，變壓器檢修采用的方法為日常巡視和狀態檢修。

日常巡檢主要通過噪聲判斷與狀態觀察。在變壓器由于過負荷運行時會產生共振現象，有時甚至會產生諧振；機械部件松動會增大設備振動幅度等都會產生較大、不同于變壓器正常穩定運行時的噪聲，檢修人員可通過不同噪聲初步判斷變壓器的故障類型和位置。

狀態觀察主要通過檢修人員日常維護觀察設備的優劣狀態，如引線接線是否良好、是否發生漏油故障，變壓器外殼是否發生形變、變壓器套管是否發生裂痕等。另外，可借助儀器觀察變壓器狀態，如利用吸濕計觀察變壓器受潮狀態，利用溫度計觀察變壓器油溫度是否正常等。

變壓器狀態檢修通常包括離線診斷和在線診斷兩種。

（1）離線診斷中預防性試驗可以發現變壓器多種異常或故障。油色譜分析的異常檢測技術、電氣試驗、絕緣性能試驗、變壓器出口斷路故障檢測等是變壓器離線診斷的主要內容，以發現變壓器在絕緣性能、變壓器油等存在的隱患，根據試驗結果制訂合理的檢修計劃。

（2）在線診斷中利用電檢測法、聲波檢測法、紅外成像檢測法、脈沖帶電流檢驗法、超高頻檢測法等先進的檢測技術和手段可以實時檢測變壓器內部發生的缺陷和異常，提高變壓器狀態檢修的有效性[6]。

另外，以可靠性為中心的檢修正逐步發展，通過變壓器故障、缺陷、老化程度的及時診斷，由診斷結果結合檢修理論提出合理的大修或部件更換計劃，避免變壓器過度檢修造成的停運現象，提高整個電網運行的可靠性和經濟性，是更為先進的方法和理念。

5 結束語

對某配電營業部管轄的變壓器進行統計與故障分析，根據故障的特點和危害，為變壓器提出切實可行的檢修策略。