電力變壓器故障診斷及分析方法研究

任佳昕

西山煤電（集團(tuán)）發(fā)電事業(yè)部 山西 太原 030053

變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，在具體的工作中起到了電力分配、電壓變化的作用。從目前的應(yīng)用情況來看，電力變壓器種類比較多，門類比較雜，而且在電網(wǎng)中的有著分布廣泛的特點(diǎn)，幾乎每時(shí)每刻都在工作，所以其故障率通常高于其他設(shè)備。因此，做好這方面的工作對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展有著非常積極的意義[1]。

1 電力變壓器常見故障類型分析

（1）由于變壓器設(shè)備老化或者安裝操作不當(dāng)而引起的滲油故障。這種故障現(xiàn)象比較常見，滲出來的油無法回收，這樣不但會(huì)增加電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，也會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不良影響。另一方面，這種故障引發(fā)的環(huán)境問題也值得考慮，變壓器中的油污染性比較強(qiáng)，還會(huì)散發(fā)出氣味，會(huì)對(duì)大氣、周圍土地等產(chǎn)生污染。

（2）變壓器油的溫度發(fā)生了異常。油溫異常在變壓器的運(yùn)行中屢見不鮮，油溫的升高會(huì)使得變壓器內(nèi)部一些部件的工作異常，甚至?xí)龎囊恍┟舾胁考?/p>

（3）電路方面的故障。這種故障多發(fā)于線路的連接方面，比如短路、斷路故障，這種故障比較危險(xiǎn)，在處理時(shí)通常需要更換繞組，若短路的面積較大，則需要更換更多的繞組，這樣不但需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且還會(huì)耗費(fèi)人力、物力。

（4）由于接頭過熱而引發(fā)的故障。在變壓器的工作過程中，某些部件一直在不停地旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)，這種情下很多接頭會(huì)出現(xiàn)磨損或者松動(dòng)的情況，而激蕩電流卻是不會(huì)停止的，那么松動(dòng)、磨損的接線頭在激蕩電流下就會(huì)溫度驟升，進(jìn)而燒壞線頭。這種現(xiàn)象可以通過定期檢測(cè)進(jìn)行排除，只要工作人員按照檢測(cè)制度進(jìn)行常規(guī)的檢測(cè)是能夠?qū)@些情況進(jìn)行預(yù)判，工作人員可以提前更換線頭或者緊固線頭。

（5）鐵芯部位的故障。鐵芯故障有著明顯的特征，工作人員先通過觀察和觸摸來進(jìn)行初步判斷。一般來說，鐵芯發(fā)生故障后變壓器有著明顯的變化，也就是說變壓器會(huì)出現(xiàn)明顯的渦流情況，電流會(huì)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)。在電流長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)下，變壓器中的一些元件就會(huì)加速老化，功能也減退。在目前的電力系統(tǒng)中，鐵芯質(zhì)量如果達(dá)不到業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、硅鋼片出現(xiàn)松動(dòng)等都可以引發(fā)這種現(xiàn)象。

（6）變壓器出現(xiàn)異響。變壓器在正常工作中會(huì)發(fā)出比較平穩(wěn)的、規(guī)律化的聲音，如果變壓器突然出現(xiàn)了不規(guī)律的、較大的響動(dòng)，那么極可能發(fā)生了故障，其中運(yùn)行負(fù)荷過大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了松動(dòng)以及絕緣元件發(fā)生損壞等均可引起變壓器異響。

（7）變壓器內(nèi)部磁路發(fā)生故障。這種故障在變壓器運(yùn)行中也是比較常見的，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有很多，情況也相對(duì)比較復(fù)雜，這種情況與第五類比較相似，鐵芯及其疊片等部件的功能受損均可以導(dǎo)致變壓器停止工作，進(jìn)而導(dǎo)致磁路發(fā)生故障。而且，在變壓器的運(yùn)行中由于共振作用的影響，變壓器內(nèi)部的鐵芯以及周邊的結(jié)構(gòu)緊固螺栓等部件因?yàn)殡姶诺淖饔卯a(chǎn)生共振，在長(zhǎng)期的共振下，鐵芯及其周邊的結(jié)構(gòu)質(zhì)量會(huì)受到影響，其絕緣性能會(huì)逐漸地減退，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器故障[2]。

2 電力變壓器故障檢測(cè)技術(shù)分析

2.1 油氣分析

油氣分析技術(shù)在目前的變壓器診斷中是一種常用的技術(shù)，主要是通過對(duì)變壓器油氣分析，來判斷變壓器的故障情況。在發(fā)生故障之后，工作人員需要先對(duì)變壓器的外觀情況進(jìn)行檢查，如果出現(xiàn)了漏油的情況，工作人員是可以通過表面看出來的，這時(shí)，變壓器表面會(huì)出現(xiàn)油漬，而且會(huì)反光。一般來說，目前國(guó)內(nèi)的變壓器設(shè)備中都設(shè)置油位計(jì)，若工作人員懷疑出現(xiàn)了漏油的情況，第一反應(yīng)是對(duì)油位計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，若油位計(jì)處于正常狀態(tài)中，那么就需要進(jìn)行氣體的檢測(cè)。其主要的原理為：變壓器在運(yùn)行過程中，當(dāng)溫度升高時(shí)會(huì)生成大量的烴類氣體，而且溫度越高、烴類氣體的數(shù)量也就會(huì)增多，因此，就可以通過對(duì)烴類氣體的檢測(cè)來判斷變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 紅外光譜技術(shù)

紅外光譜技術(shù)是一種相對(duì)比較先進(jìn)的技術(shù)，其效果也得到了業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可。電力變壓器在運(yùn)行中本身會(huì)釋放出大量的氫氣，常規(guī)的檢測(cè)方式會(huì)受到氫氣的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)精度的降低，這種技術(shù)氫氣是無法干擾到相關(guān)設(shè)備的，而且其精確度更高。在目前的應(yīng)用實(shí)踐中，這類儀器已經(jīng)非常成熟，這些儀器都是基于紅外光譜技術(shù)而工作的，而且儀器的成本不高，質(zhì)量較好，操作簡(jiǎn)單，技術(shù)人員也不需要掌握特殊的技能，只要按照操作流程，做好氣體的收集，然后用設(shè)備檢測(cè)就行了，因此該技術(shù)在目前的變壓器檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛。

2.3 繞組直流電阻檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)在變壓器檢測(cè)中也是比較常見的，基本上基層的工作人員都能夠很好地掌握這項(xiàng)技術(shù)，而且在應(yīng)用中也比較熟練。該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)能夠?qū)ψ儔浩鲀?nèi)部的情況進(jìn)行檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)不拆開外殼而對(duì)變壓器內(nèi)部的線路連接情況進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)還能夠判斷變壓器是否發(fā)生繞組匝間短路等復(fù)雜情況。

2.4 局部放電故障檢測(cè)技術(shù)

這種檢測(cè)技術(shù)一般適用于大型的電網(wǎng)線路中，亦可以用于電廠集中、絕緣性比較差的區(qū)域結(jié)構(gòu)中，在變壓器的正常工作中，其內(nèi)部不可避免地會(huì)出現(xiàn)局部放電的情況，但是當(dāng)局部放電的電量超過警戒值之后，就會(huì)對(duì)變壓器內(nèi)部的其他元件產(chǎn)生較大的損傷，引起變壓器的故障。若變壓器內(nèi)部存在著局部放電異常的情況，采用上述的油氣檢測(cè)方式也可行，但是那種檢測(cè)方法比較繁瑣，且耗時(shí)耗力，尤其是在局部放電比較嚴(yán)重的情況下，油氣檢測(cè)技術(shù)會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，難以得到準(zhǔn)確地結(jié)論。因此，當(dāng)變壓器出現(xiàn)了局部放電的情況后，工作人員首先對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果有跡象表明該故障類型類似于局部放電故障，那么需要將其電壓數(shù)值提高，在高電壓的情況下，變壓器的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，從而呈現(xiàn)出不一樣的情況，這樣就可以幫助工作人員來分辨故障的位置以及類型。然后，工作人員根據(jù)實(shí)際環(huán)境特點(diǎn)以及變壓器的情況選用電氣法或者超聲波法即可定位故障發(fā)生的位置。

2.5 智能檢測(cè)技術(shù)

電力系統(tǒng)在不斷發(fā)展，電力檢修技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、電子科技技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，使檢修技術(shù)的智能化趨勢(shì)也更加明顯，智能故障診斷技術(shù)已經(jīng)逐步地應(yīng)用在變壓器的檢修過程中，極大地提高了故障診斷的及時(shí)性。在傳統(tǒng)的故障診斷中，一般需要依靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)備的輔助來進(jìn)行檢測(cè)與診斷，其效率性難以得到保證。而智能診斷技術(shù)能夠通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行故障排查，并且對(duì)可能引發(fā)故障的原因進(jìn)行分析，同時(shí)也能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供檢修的建議，這樣不但提高了故障檢修的目的性，而且還縮短了故障定位的時(shí)間，其效率得到了顯著提升。在目前的智能檢測(cè)技術(shù)中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遺傳算法以及專家系統(tǒng)法等技術(shù)方法已經(jīng)逐漸地應(yīng)用在智能檢測(cè)過程中，解決了以往故障排查、處理過程中難以攻克的問題。

結(jié)論

對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)及常見故障進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并對(duì)故障進(jìn)行分類，分析產(chǎn)生故障的原因。針對(duì)傳統(tǒng)方法的不足，需要一種方法能夠及時(shí)地對(duì)變壓器故障做出精準(zhǔn)的判斷。近幾年人工智能方法的興起為變壓器故障診斷的研究領(lǐng)域提供了新途徑。但是人工智能的開發(fā)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，需要不斷從算法上進(jìn)行創(chuàng)新和完善。人工智能診斷方法應(yīng)用在變壓器故障診斷領(lǐng)域的適用性還有待提高。為此所有基于人工智能算法在理論和工程應(yīng)用之間還存在著一定距離，需要進(jìn)一步進(jìn)行探索。