高壓試驗中變壓器試驗問題分析及故障處理

田嘉堯，鄧 坤

（國網陜西省電力有限公司漢中供電公司，陜西 漢中 723000）

1 高壓試驗的目的

高壓試驗指對電力設備進行高于額定電壓的電壓試驗，以檢驗其絕緣性能是否符合設計要求和規范標準。高壓試驗的目的是保證電力設備在運行中能夠承受各種可能出現的過電壓，如雷電沖擊、操作過電壓、短路故障等，從而提升電力系統的可靠性和安全性[1]。高壓試驗是電力設備制造、安裝、調試、運行以及維護過程中不可缺少的重要工作，對于保障電力系統的穩定運行具有重要意義。

2 高壓試驗中的變壓器試驗問題

2.1 問題類型

2.1.1 電氣問題

電氣問題指高壓試驗中變壓器出現的與電氣性能相關的問題，主要包括絕緣擊穿、局部放電、油溫過高等。絕緣擊穿指變壓器內部或外部的絕緣材料在高電壓作用下發生破壞，導致電流通過絕緣層，形成電弧或火花。絕緣擊穿會造成變壓器的損壞或燒毀，甚至引發火災或爆炸。局部放電指變壓器內部存在的局部高場強區域，在高電壓作用下產生的微弱放電現象。局部放電會導致絕緣材料的老化和劣化，降低變壓器的絕緣水平，增加故障的風險[2]。油溫過高指變壓器內部的油溫超過規定的范圍，影響變壓器的正常工作。

2.1.2 機械問題

機械問題指高壓試驗中變壓器出現的與機械結構相關的問題，主要包括變壓器繞組變形、分接開關故障、排油注氮裝置故障等。變壓器繞組變形指變壓器內部的繞組在電磁力或熱應力的作用下發生的形狀或位置的改變。變壓器繞組變形會導致繞組的電阻、電感、電容等參數發生變化，影響變壓器的電氣性能和效率，甚至引起短路或擊穿。分接開關故障指變壓器內部的分接開關在高壓試驗中無法正常工作，無法調節變壓器的輸出電壓[3]。分接開關故障會導致變壓器無法適應不同的負載和電網條件，影響變壓器的運行穩定性和靈活性，甚至造成過電壓或欠電壓。

2.2 典型問題

2.2.1 絕緣擊穿

絕緣擊穿是高壓試驗中變壓器試驗的一個典型問題，指變壓器內部或外部的絕緣材料在高電壓作用下發生突然破壞，導致電流泄漏或短路的現象。絕緣擊穿的后果十分嚴重，可能導致變壓器損壞、火災、爆炸或人員傷亡。因此，在高壓試驗中，必須對變壓器進行嚴格的檢查和預防措施，以避免發生絕緣擊穿[4]。一旦發現絕緣擊穿的跡象，如放電聲、火花、煙霧等，應立即切斷電源，隔離變壓器，并進行檢查診斷和修復更換。

2.2.2 局部放電

局部放電指在變壓器內部存在的不均勻電場中，由于局部缺陷或雜質引起的局部電介質擊穿現象[5]。局部放電會產生高頻脈沖電流，損傷變壓器的絕緣和金屬結構，甚至引發火災或爆炸。因此，高壓試驗中應對變壓器進行局部放電試驗，以檢測和消除潛在的危險。局部放電試驗的原理是利用高頻電流互感器或耦合電容器等探測器，將變壓器的局部放電信號轉換為可測量的電壓信號，然后通過放大、濾波、整形等處理，得到局部放電量和相位分布等參數。局部放電試驗的方法有多種，常用的有超聲波法、超高頻法、化學法以及電學法等，如表1所示。不同的方法有各自的優缺點，應根據實際情況選擇合適的方法。

表1 局部放電試驗方法的比較

2.2.3 油溫過高

油溫過高指變壓器油的溫度超過了規定的限值，導致變壓器油的老化加速，絕緣性能變差，甚至引發油中氣體的析出和油的燃燒。因此，高壓試驗中應監測和控制變壓器油的溫度，以保證變壓器的安全運行。

油溫過高的原因有多種，主要有4類：變壓器負荷過大，導致變壓器內部發熱增加，油溫升高；變壓器散熱系統故障，導致變壓器油不能有效地散發熱量，油溫升高；變壓器外部環境溫度過高，導致變壓器油受到外界熱源的影響，油溫升高；變壓器內部存在局部放電或短路等故障，導致變壓器油受到局部高溫的作用，油溫升高。不同原因油溫過高的處理方法，如表2所示。

表2 不同原因油溫過高的處理方法

2.3 問題原因

2.3.1 設計缺陷

（1）絕緣設計不足。絕緣設計不足指變壓器的絕緣材料、絕緣結構或絕緣距離沒有考慮高壓試驗中可能出現的過電壓或局部高場強的情況，導致絕緣擊穿或局部放電。絕緣設計不足的判斷方法是根據變壓器的額定電壓、額定容量、短路阻抗等參數，計算出變壓器的試驗電壓，并與實際試驗電壓進行比較。如果實際試驗電壓大于計算出的試驗電壓，說明絕緣設計不足。試驗電壓的計算公式為

式中：Ut為試驗電壓；k為系數；Ur為額定電壓；Sn為額定容量；Sr為實際容量；Zk為短路阻抗；Zn為標準阻抗。

同時，應當考慮絕緣特性。絕緣特性指變壓器絕緣材料在高壓試驗中表現出的電氣性能，主要包括絕緣電阻、極化指數、吸收比以及介質損耗角正切等。絕緣電阻指變壓器繞組與鐵芯或外殼之間的直流電阻值，反映了變壓器絕緣材料的直流導電性。絕緣電阻的測量方法是在變壓器繞組與鐵芯或外殼之間加上恒定的直流電壓U，測量通過絕緣層的漏電流I，然后根據歐姆定律計算出絕緣電阻R。極化指數指變壓器絕緣材料在直流電場作用下表現出的極化效應，反映了變壓器絕緣材料的介質特性和老化程度。吸收比指在一定時間內測量到的2個不同時間點上的絕緣電阻之比。吸收比和極化指數越大，說明變壓器絕緣材料越健康。吸收比和極化指數的計算公式為

式中：K為吸收比；P為極化指數；Rt為t分鐘時刻上的絕緣電阻值；Rt0為t0分鐘時刻上的絕緣電阻值；R10為10 min時刻上的絕緣電阻值；R1為1 min時刻上的絕緣電阻值。

（2）機械設計不合理。機械設計不合理指變壓器的機械結構或機械強度沒有考慮高壓試驗中可能出現的電磁力或熱應力的影響，導致變壓器繞組變形或分接開關故障等。例如，變壓器的繞組沒有足夠的支撐或固定，或者分接開關的接觸部件沒有足夠的彈性或摩擦力，都可能造成機械設計不合理。

（3）環境適應性差。環境適應性差指變壓器在設計時沒有考慮高壓試驗中可能遇到的溫度、濕度、污染以及干擾等環境因素的影響，導致變壓器的絕緣水平或電氣性能下降。例如，變壓器的外殼或接地裝置沒有足夠的防腐或防水措施，或者變壓器的屏蔽或濾波裝置沒有足夠的抗干擾能力，都可能造成環境適應性差。環境適應性差的判斷方法是根據變壓器的工作環境和試驗環境，選擇合適的試驗標準和試驗條件，并與實際的試驗結果進行比較。如果實際的試驗結果不符合試驗標準或試驗條件，則說明環境適應性差。

2.3.2 運輸受損

運輸受損指變壓器在運輸過程中由于外力或環境因素造成的機械或電氣損傷，如碰撞、振動、溫差以及濕氣等。運輸受損會導致變壓器的外殼、繞組、鐵芯、油箱等部件發生變形、斷裂、松動以及腐蝕等現象，影響了變壓器的機械強度和電氣性能，增加了高壓試驗中的故障風險。運輸受損是高壓試驗中較為常見的問題原因，需要在運輸前后進行嚴格的檢查和保護，以避免或減少損傷的發生。如果發現運輸受損，則需要根據損傷的程度和位置采取相應的處理措施，如調整、修復、更換等，以恢復變壓器的正常狀態。

3 高壓試驗中變壓器試驗故障處理

3.1 隔離切斷

隔離切斷是高壓試驗中變壓器試驗故障處理的第一步，是保證安全和有效的前提。隔離切斷要求：在發現故障時，立即停止試驗，切斷高壓電源，隔離變壓器和試驗線路，防止發生二次故障或事故；在切斷電源后，等待一定的時間，讓變壓器內部的電荷和電流消散，防止發生觸電或放電；隔離線路后，應設置明顯的警示標志，防止誤操作或誤入。

3.2 檢查診斷

檢查診斷是高壓試驗中變壓器試驗故障處理的第二步，是確定處理方案的依據。檢查診斷要求：在隔離切斷后，全面檢查變壓器的外部和內部，發現故障的部位和程度，如外殼、繞組、鐵芯、油箱等；在檢查后，精確測量變壓器的電氣參數和性能，確定故障的性質與原因，如絕緣擊穿、局部放電、油溫過高等；測量后，應科學分析和評價變壓器的絕緣狀況與運行狀態，判斷故障的影響和危害，如絕緣水平、效率損失、安全風險等。

3.3 修復更換

修復更換是高壓試驗中變壓器試驗故障處理的第三步，是恢復變壓器正常工作的手段。修復更換要求：在檢查診斷后，根據故障的部位、程度、性質以及原因，選擇合適的修復或更換方法，如調整、清洗、焊接以及更換等；在修復或更換后，再次檢查變壓器的外部和內部，確認故障已經消除或減輕，如外殼、繞組、鐵芯、油箱等；在檢查后，再次測量變壓器的電氣參數和性能，確認變壓器已經恢復正常或接近正常，如絕緣水平、效率損失、安全風險等。

3.4 調整參數

調整參數是高壓試驗中變壓器試驗故障處理的第四步，是繼續進行試驗的條件。調整參數要求：在修復更換后，根據變壓器的實際情況和試驗要求，選擇合適的試驗電壓、試驗時間、試驗方法等，如升壓、降壓、恒壓以及脈沖等；在調整后，實時監測和記錄變壓器的試驗過程與結果，發現并解決可能出現的問題，如電流波動、溫度升高、聲音異常等；在監測后，科學地分析和評價變壓器的試驗數據與性能，判斷變壓器是否符合設計要求和規范標準，如絕緣水平、效率損失、安全風險等。

4 結 論

高壓試驗中變壓器試驗故障的處理應遵循安全第一、及時處置、科學分析的原則，采用隔離切斷、檢查診斷、修復更換以及調整參數等方法，保證變壓器的正常工作和電力系統的穩定運行。