電氣試驗在變壓器故障分析中的應用

孫 騰

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇蘇州 215004）

1 變壓器故障影響

變壓器是電力系統(tǒng)的關鍵設備，其主要任務是升降電壓以實現(xiàn)電能的高效傳輸和分配。因此，變壓器的正常運行對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性至關重要。變壓器故障可能導致以下情況：①電力系統(tǒng)的不可用性和不穩(wěn)定性，對工業(yè)、商業(yè)和家庭用戶造成不便和經(jīng)濟損失。②引發(fā)火災、爆炸或電弧閃爍，對人員和設備構成嚴重的安全風險。而修復或替換受損的變壓器需要高昂的成本，包括人工、材料及停機時間，這對電力系統(tǒng)的運營商和維護人員來說是極大的財務負擔。③絕緣油泄漏或污染，對環(huán)境造成不利影響。油污染需要復雜的清理和恢復工作。④電能質量下降，如電壓波動和諧波擴散。這可能對連接到電力系統(tǒng)的設備和機器產(chǎn)生不利影響。⑤與變壓器相關的電力設備和生產(chǎn)設備停工，導致生產(chǎn)中斷和損失。

2 電氣試驗在變壓器故障分析中的作用

電氣試驗作為一種無損檢測手段，在變壓器故障分析中起著重要作用。其能夠通過對變壓器的電氣性能和絕緣狀態(tài)進行評估，幫助及早發(fā)現(xiàn)潛在問題，為預防維護和故障診斷提供有力支持。傳統(tǒng)的故障檢測方法可能需要對變壓器進行拆解或干預，而電氣試驗可在不破壞設備的情況下進行，避免了額外的損害和停機時間。電氣試驗可對變壓器的多個方面進行評估，包括絕緣狀況、繞組連接、局部放電情況等。這有助于全面了解變壓器的健康狀態(tài)。通過定期進行電氣試驗，可以在故障發(fā)展到嚴重階段之前發(fā)現(xiàn)問題。這有助于及時采取預防措施，避免故障擴大和進一步損壞。

電氣試驗提供的數(shù)據(jù)可以用于故障診斷和分析。通過分析試驗結果，可以確定故障類型、故障原因及故障位置。電氣試驗的結果可以為維護計劃的制訂提供依據(jù)。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，可以判斷何時需要進行維修、更換部件或其他維護操作。電氣試驗可以評估變壓器的安全性能，判斷其是否滿足電力系統(tǒng)的要求。這有助于確保變壓器的正常運行，避免安全事故的發(fā)生。通過使用合適的電氣試驗方法和技術，可以全面評估變壓器的電氣性能和健康狀況，幫助及早發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取預防措施。這有助于提高變壓器運行的可靠性和安全性，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

3 典型電氣試驗在變壓器故障分析中的應用

3.1 絕緣電阻測量

絕緣電阻測量是一種常用的電氣試驗方法，用于評估變壓器絕緣系統(tǒng)的狀態(tài)。這個試驗通過測量不同絕緣材料間的電阻來判斷絕緣是否完好，從而預測潛在的故障風險。絕緣電阻測量可以幫助評估絕緣材料是否老化或受潮，可以判斷絕緣系統(tǒng)是否完好。高絕緣電阻值表明絕緣狀態(tài)良好，而低電阻值可能意味著絕緣材料存在問題。絕緣電阻測量可以幫助預測潛在的故障風險。異常的絕緣電阻值預示著未來可能發(fā)生的故障，從而及早采取維護和修復措施。對于新制造的變壓器，絕緣電阻測量可以評估絕緣材料的質量。低電阻值表明制造過程中可能存在問題或絕緣材料的質量不良。在維修后，絕緣電阻測量可以用于評估維修效果。如果絕緣電阻值有所提高，表明維修成功地改善了絕緣狀態(tài)。

3.2 繞組電阻測量

繞組電阻測量用于檢測變壓器繞組內(nèi)部的連接情況和電阻值。繞組電阻是判斷繞組是否正常連接及是否存在接觸不良等問題的重要參數(shù)。繞組電阻測量可以驗證繞組內(nèi)部的連接是否正常。異常的電阻值表明繞組之間可能存在連接松動、斷開或錯誤情況。繞組電阻測量可以幫助檢測繞組之間的接觸是否良好。接觸不良可能導致電阻值偏高，從而影響變壓器的性能。通過測量繞組電阻，可以評估繞組的狀態(tài)是否正常。電阻值的變化可能表明繞組存在問題，如導體老化或損壞。異常的繞組電阻值表明內(nèi)部可能存在故障，如繞組間短路、開路等。通過繞組電阻測量，可以初步判斷故障類型。繞組電阻測量的結果可以用于制訂維護計劃。異常的電阻值可能需要采取維修、更換或其他維護措施。繞組電阻測量是綜合考慮變壓器內(nèi)部連接和狀態(tài)的重要手段，通過測量結果可以判斷繞組是否正常工作，并為維護提供重要信息。

3.3 套管電阻測量

套管是變壓器外部的絕緣保護層，其絕緣狀態(tài)的良好程度對變壓器的安全性能至關重要。套管電阻測量可評估變壓器外殼的絕緣狀態(tài)，高電阻值表示套管絕緣良好，而低電阻值可能意味著絕緣材料受損。隨著時間的推移，套管絕緣材料可能會受老化或環(huán)境影響。套管電阻測量可以幫助判斷絕緣材料的老化程度。套管可能會因為外部環(huán)境的影響而受到腐蝕或損傷。異常的電阻值表明套管可能存在腐蝕或物理損傷。

3.4 絕緣油分析

絕緣油分析是一種重要的電氣試驗方法，用于評估變壓器的絕緣材料狀態(tài)和變壓器內(nèi)部的健康狀況。絕緣油在變壓器中不僅是電氣絕緣介質，還可以通過分析絕緣油中的物理、化學及電氣參數(shù)來判斷絕緣系統(tǒng)的狀態(tài)，如是否老化、受潮或污染。通過分析油中的電阻率、介質損耗因數(shù)等參數(shù)，可判斷絕緣材料的質量。異常的絕緣油分析結果表明內(nèi)部可能存在故障，如局部放電、繞組短路等。氣體分析和溶解氣體分析可檢測絕緣油中是否存在異常氣體，從而判斷是否存在故障。局部放電可能會導致絕緣油中產(chǎn)生氣體，通過氣體分析可初步判斷變壓器內(nèi)部是否存在局部放電現(xiàn)象。絕緣油分析結果可為維護決策提供依據(jù)。根據(jù)分析結果，可以判斷是否需要更換絕緣油、維修設備或采取其他維護措施。對于新制造的變壓器，絕緣油分析可以評估絕緣材料的質量，判斷是否符合要求。

3.5 局部放電測量

局部放電是變壓器內(nèi)部可能存在的一種隱蔽故障現(xiàn)象，其可能導致絕緣老化和繼續(xù)惡化，最終引發(fā)變壓器故障。局部放電測量是一種用于檢測和評估變壓器內(nèi)部局部放電現(xiàn)象的電氣試驗方法。局部放電測量可以及早發(fā)現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，從而預警潛在的故障。這有助于及時采取預防措施，避免局部放電發(fā)展成更嚴重的故障。局部放電測量可以評估絕緣系統(tǒng)的狀態(tài)。異常的局部放電活動表明絕緣材料可能存在問題，如絕緣老化、缺陷或損傷。局部放電測量可以幫助診斷變壓器內(nèi)部故障類型和位置。通過分析局部放電的特征，可以初步判斷是否存在局部放電引發(fā)的故障。局部放電測量結果可以為維護決策提供依據(jù)。如果局部放電活動明顯，可能需要采取維修、更換或其他維護措施。在新制造的變壓器中進行局部放電測量，可以評估絕緣質量，確保設備符合要求。局部放電測量應在變壓器正常運行狀態(tài)下進行，以獲取真實的數(shù)據(jù)。應使用適當?shù)膫鞲衅骱蜏y量設備進行測量，以獲取準確的局部放電信號。

3.6 介質損耗因數(shù)測量

介質損耗因數(shù)測量用于評估絕緣材料的損耗特性和質量。在變壓器故障分析中，介質損耗因數(shù)測量通常用于判斷絕緣材料的狀態(tài)和性能。介質損耗因數(shù)是一個表示絕緣材料損耗能力的參數(shù)，期與絕緣材料內(nèi)部的摩擦、電導及電極附近的電場分布有關。介質損耗因數(shù)測量可以評估絕緣材料的狀態(tài)。異常的損耗因數(shù)值表明絕緣材料可能存在問題，如老化、受潮或污染。介質損耗因數(shù)測量可以評價絕緣材料的質量。高質量的絕緣材料通常具有較低的損耗因數(shù)值。異常的損耗因數(shù)測量結果表明內(nèi)部可能存在故障，如局部放電、繞組短路等。損耗因數(shù)的變化可能與故障有關。測量應在變壓器正常運行狀態(tài)下進行，以獲取真實的數(shù)據(jù)。應使用適當?shù)臏y量設備和方法，以確保獲得準確的損耗因數(shù)值。損耗因數(shù)值可能會受到溫度和頻率等因素的影響，需要進行相應的校正。應與標準值或歷史數(shù)據(jù)進行對比，以判斷損耗因數(shù)是否異常。

4 電氣試驗的數(shù)據(jù)分析和故障診斷

電氣試驗的數(shù)據(jù)分析是指對電氣設備在試驗過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理、分析及解釋，從中獲取有用的信息和結論。電氣試驗涉及各種不同類型的設備，如變壓器、發(fā)電機、電纜等，試驗數(shù)據(jù)包括電流、電壓、功率、溫度等參數(shù)的測量結果。收集試驗過程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，包括電氣參數(shù)的測量值、試驗設備的運行狀態(tài)等，可確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。在數(shù)據(jù)分析和建模過程中，數(shù)據(jù)清洗、去噪及校準等操作至關重要，有助于確保數(shù)據(jù)的質量和準確性，從而使分析和建模的結果更可靠。根據(jù)試驗的目標和設備特性，從原始數(shù)據(jù)中提取有用的特征。這些特征可能是某個時間段內(nèi)的平均值、最大值、最小值，頻域分析結果等。根據(jù)試驗的目標，選擇適合的數(shù)據(jù)分析方法。常用的方法包括統(tǒng)計分析、時間序列分析、頻譜分析、回歸分析等。運用統(tǒng)計學方法對數(shù)據(jù)進行分析，計算平均值、方差、相關性等統(tǒng)計指標，以了解數(shù)據(jù)的基本分布和趨勢。如果試驗數(shù)據(jù)具有時間維度，可以應用時間序列分析方法來尋找數(shù)據(jù)中的周期性、趨勢及季節(jié)性變化。對試驗數(shù)據(jù)進行頻譜分析可以揭示隱含在信號中的頻率成分，從而識別可能的故障或異常。如果試驗數(shù)據(jù)間存在因果關系，可以使用回歸分析來建立模型并預測未來的趨勢或結果。通過分析數(shù)據(jù)的趨勢和異常，可以嘗試識別設備的故障原因。比如，溫度升高可能暗示設備過載或散熱問題。將分析結果解釋為易于理解的形式，生成報告或圖表，以便向相關人員傳達分析結論和建議。電氣試驗數(shù)據(jù)分析有助于深入了解電氣設備的運行狀態(tài)、性能特點及可能存在的問題，從而指導維護、優(yōu)化及決策。

電氣設備在運行過程中可能會出現(xiàn)各種故障，故障診斷是指通過分析試驗數(shù)據(jù)和設備表現(xiàn)，找出故障的根本原因。具體操作如下：①收集試驗期間記錄的所有相關數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、溫度、振動等各種參數(shù)的測量結果。②在數(shù)據(jù)中尋找趨勢和異常，比如電流或溫度是否超過了正常范圍，是否出現(xiàn)了不尋常的震動等。如果有可用的正常工作條件下的參考數(shù)據(jù)，可以將試驗數(shù)據(jù)與這些數(shù)據(jù)進行比較，以便發(fā)現(xiàn)任何不尋常的差異。③使用頻譜分析方法，將試驗數(shù)據(jù)轉換到頻域，檢測是否有特定頻率的異常振動或電信號，這表明可能存在某種機械或電氣故障。④根據(jù)設備的特性和試驗數(shù)據(jù)，嘗試識別已知的故障模式。例如，變壓器中的繞組短路，可能導致電流異常增加。⑤如果試驗數(shù)據(jù)是按時間記錄的，可以使用時間序列分析來尋找周期性、趨勢及季節(jié)性變化，這可能與某些故障有關。具備相關電氣設備領域知識的專業(yè)人員能夠更好地理解試驗數(shù)據(jù)中的異常，并將其聯(lián)系到可能的故障原因。

5 結束語

在變壓器故障分析中，電氣試驗是一種重要的手段，用于檢測和診斷變壓器可能存在的問題和故障。電氣試驗在變壓器故障分析中的應用，能夠及早檢測并診斷潛在的問題，從而幫助維護人員采取適當?shù)拇胧Ｕ显O備的安全和可靠運行。