變壓器故障檢測中電氣試驗的應用分析

摘要： 變壓器是電力系統中非常重要的一種設備，其實際工作狀況與供電質量有很大的關系。為明確認識到電氣試驗對判斷變壓器故障的應用價值，首先對電氣試驗進行介紹，闡述了電氣試驗的用途和分類；其次，分析了電氣試驗在變壓器故障檢測中的應用，提出鐵芯、局部高熱、油位反常、繞組線圈4個常見故障的解決方法。通過電氣試驗檢測變壓器的故障隱患，確保變壓器運行的安全性和穩定性，希望能為今后檢測變壓器故障提供借鑒。

關鍵詞：變壓器 故障檢測 繞組 鐵芯 電氣試驗

Analysis of the Application of Electrical Test in the Fault Detection of Transformers

HAN Jiaying

State Grid Corporation of China， Heilongjiang Electric Power Co.， Ltd.， Harbin Ppower Ssupply Ccompany， Harbin， Heilongjiang Province， 150001 China

Abstract： Transformers are very important equipment in power systems， and their actual working conditions are closely related to the quality of power supply. To clearly recognize the application value of electrical testing in diagnosing transformer faults， this article first introduces electrical testing， elaborates on its purpose and classification of electrical test; Secondly， it analyzes the application of electrical testing in transformer fault detection， and proposes solutions to four common faults： iron core， local high heat， abnormal oil level， and winding coils.，

By conducting electrical tests to detect potential faults in transformers， we it aims to ensure the safety and stability of transformer operation， and provide reference for future transformer fault detection.

Key Wwords： Transformer; Fault detection; Winding; Iron core; Electrical test

變壓器運行中難免發生故障，常見故障有鐵芯故障、局部高熱、油位反常、繞組線圈等，分析故障的發生原因，發現往往是多種因素共同影響，其中，設備老化、材料缺陷等都是常見的故障原因。為了及時、準確地診斷和解決變壓器故障，電氣試驗成為診斷、解決故障的重要方法。電氣試驗屬于非破壞性試驗方法，通過一系列測試和分析，全面評估變壓器的絕緣狀態、繞組情況與整體運行性能。為此，本文圍繞變壓器故障檢測中電氣試驗的應用展開分析，為后續的維護和修復工作提供有力的支持。

1 電氣試驗概述

1.1 電氣試驗的基本用途

電氣試驗是對電氣試驗設備質量做出判定的一種方法，一般是在電氣系統和電氣設備準備運行時，用于檢查系統內部電氣設備的單體絕緣性能、機械性能等，保證系統與設備的正常使用。電氣試驗的用途分為以下幾個方面：（1）判斷電氣系統與設備是否存在質量隱患，以及是否可以投入使用；（2）根據現行規范、標準判斷系統內部設備的性能；（3）通過組織驗證的方式，排除設備安裝、制造等環節的缺陷、故障。

1.2 電氣試驗的分類

1.2.1 色譜分析技術

色譜分析是一種基于物理化學的色譜方法，其利用固相和液相的分配系數的差別來進行分離和分析。在實際生產過程中，會生成大量的烴類氣體，其生成速率和形式與周圍環境溫度有很大關系。通過測定這些氣體在絕緣油中的溶解速率，可以得到比較直觀的顏色差異，從而判定絕緣油的溫度。表1中給出了不同故障下變壓器的特征氣體組成。利用氣相色譜法對油中溶出物進行分析，能夠有效地診斷出變壓器內部的早期故障^[1]。油中溶解氣體的組成和含量與事故類型和嚴重程度有密切關系。采用油相色譜法，通過對變壓器內部的各種隱患進行分析，可以對其發展狀況有一個初步的認識和分析。

1.2. 高精度電參量監控裝置[wl3]

高精度電參量監控裝置在電力系統監控與分析中應用以威脅分析和故障定位為原理，該裝置有數位示波器、故障記錄儀與其他先進的儀器。通過對電網運行狀態的實時監控與分析，能夠有效地發現電網中存在的隱患，并能準確地定位出故障點。利用數字式示波器、故障錄波器等設備，對電力信號進行波形和參數的分析。通過對電網中電壓、電流、頻率、相位等參數的實時監測，可以發現電網中出現的電壓波形畸變、電流諧波、相位偏差等不正常現象。使用這種設備所能提供的高精確度的資料，具有較強的信號處理能力，能夠對電網中的各種故障進行精確地辨識。

1.2.3 絕緣電阻試驗

絕緣電阻試驗是一種評估變壓器絕緣性能關鍵電氣試驗，用于測量變壓器繞組與繞組之間，以及繞組與地之間絕緣電阻。此試驗可以確定變壓器絕緣材料狀況、預防絕緣故障與延長設備使用壽命。絕緣電阻高低反映著絕緣材料抵抗電流泄露能力，是評估變壓器絕緣健康狀況直接指標。進行絕緣電阻試驗時，應確保變壓器處于斷開狀態，隔離所有外部電源，并斷開所有低壓、高壓側的負載。試驗使用專門絕緣電阻測試儀，該儀器能夠施加一個穩定直流電壓（通常為500 V、1 000 V或更高，依據變壓器額定電壓、測試標準而定）于變壓器繞組和地之間。測試儀器通過測量施加電壓下漏電流來計算絕緣電阻值。測量過程中，記錄絕緣電阻值，通常需要在特定時間間隔（如1 min、10 min）后進行，以便計算絕緣材料吸收比、極化指數，這兩個參數可以更深入地反映絕緣材料老化程度、含水量。絕緣電阻試驗結果需要與變壓器制造商提供標準或以往測試結果進行比較，以判斷絕緣性能是否滿足要求。如果測得的絕緣電阻值低于規定的最小值，則表明變壓器絕緣可能已經受損，需要進一步檢查。為確保測試結果準確性，測量前，應充分考慮溫度對絕緣電阻的影響，并進行相應溫度校正^[2]。1.2.4紅外熱成像技術

紅外熱成像技術的應用原理是檢測生物體表面自然釋放出的熱紅外輻射，從而自動生成溫度場圖像，屬于一種被動監測技術。紅外熱成像技術是在斯特藩-玻爾茲曼定律的基礎上得到應用，物體大于絕對零度的情況下，必然能持續發射出關于溫度的紅外敷輻射。經過該技術的應用經驗，紅外熱成像技術具有無創性，可以規避X線后者電磁的干擾。技術具有高敏感度，支持檢測溫差達到0.025 ℃，而且對不同環境的適應性也非常高，可以補償環境溫度的干擾。

1.2.5繞組升溫測試

繞組溫升測試是一種檢查繞組電阻變化，繼而對變壓器運行狀態做出判斷的方法，可以作為匝間短路或散熱故障的輔助檢測方法。該方法在檢測變壓器故障時，需要用繞組溫升測試儀向變壓器施加電流測量電壓、電流，按照歐姆定律進行計算，即可獲得具體的電阻值。如果溫度升高，則繞組電阻也會隨之改變，檢測人員對比不同溫度情況下形成的電阻值，即可在計算后得到溫升。通常用于匝間短路、散熱性差、繞組變形等故障的檢測^[3]。

2變壓器故障檢測中電氣試驗的應用

2.1電氣試驗處理鐵芯故障

變壓器的正常穩定運行離不開鐵芯裝置的支持，一旦鐵芯發生異常情況，將會對整個變壓器的正常運行造成直接影響，甚至會導致其出現停機的情況。通常來講，鐵輪夾緊螺桿損壞是最常見的鐵芯故障，這會隔斷鐵芯疊片與穿心螺桿的連接，從而出現短路情況。

解決此類故障時，需要通過科學性和可行性更高的方法來分析故障原因，根據具體的故障，采取針對性的解決方案。對此，可行的解決方案是對鐵芯進行科學的檢查，采用高精度電參量監控裝置，明確故障類型。如果確定是因鐵芯故障而導致的配電器運行故障，則需要對出現故障的部位進行明確，并通過涂漆的方式來進行處理^[4]。

2.2電氣試驗處理局部高熱故障

（1）色譜分析技術主要通過觀察油中溶解氣體成分，判斷是否存在故障。首先，需要采集油樣，樣本密封保存。注意，在取樣前，應查看變壓器設備的狀態，記錄性能參數，如油溫、負載率等。實驗室分析階段，檢查總烴含量與氣體增長率，如果總烴＞150μL/L或產氣速率＞0.5mL/h，則要調整乙炔、乙烯比例。若二者比例大于1：3，則可能存在導磁體溫度過高的問題；若二者比例為1：1或3：1，則可能面臨繞組過熱問題。采用色譜分析技術分析油樣，能夠準確判斷造成局部過熱的原因，從而做出針對性的調整與處理。

（2）紅外熱成像技術是一種非接觸式溫度測量方法，通過檢測變壓器的油溫來檢測變壓器故障。如果發現油溫異常，則證明散熱系統面臨失效、內部過載等情況。檢測人員使用紅外熱像儀，可以快速捕捉到油槽表面的溫度分布情況，并對局部過熱區域進行精準識別。如果溫差已經超出基準值5 ℃，則要開啟油循環系統繼續檢查，進一步排除是否是油泵故障或管路堵塞。

（3）繞組溫升測試通過模擬變壓器正常運行條件下負載，測量繞組在長時間負載后的溫升情況。檢測變壓器故障的過程中，檢測人員觀察繞組溫度，此環節重點在于3個方面：①對比接線端子的溫差；②梯度分析軸向溫度；③驗證負載電流的關聯性。如果檢測人員發現接線端子溫差已經大于15%，或者軸向梯度存在異常情況，則需要進一步排除接觸電阻、絕緣層老化等故障。這種測試不僅可以幫助及時發現變壓器內部局部高熱現象，還可以評估變壓器繞組的熱穩定性和冷卻系統有效性，對確保變壓器安全穩定運行具有重要意義^[5][wl5]"。

2.3電氣試驗處理油位反常故障

變壓器油位反常現象指變壓器油箱內油位異常升高或降低，這種現象是由多種因素引起的，包括內部絕緣材料熱膨脹、油箱密封不良、油溫變化大、內部出現泄漏等。油位的異常變化不僅會影響變壓器冷卻效果，還會導致絕緣性能下降，增加故障風險。因此，及時準確地診斷油位反常現象對保障變壓器正常運行非常重要。

通常，主要采用高精度電參量監控裝置，即應用油位指示器與在線監測系統來監測變壓器油位反常現象。其中：油位指示器可以提供即時油位讀數，幫助操作人員迅速發現油位異常變化；在線監測系統能夠實時跟蹤油位動態變化，通過設置預警閾值，能夠在油位異常時自動報警，提醒維護人員進行檢查。除直接監測油位外，操作人員才還需要定期進行變壓器油質量分析，通過檢測油中水分含量、酸值、溶解氣體等指標，可以間接判斷變壓器內部是否存在泄漏或其他可能導致油位反常問題。

2.4電氣試驗處理繞組線圈故障

為準確地檢測繞組線圈故障，技術人員會采用電氣測試、物理檢查相結合的方法。電氣測試中，建議應用繞絕緣電阻試驗。絕緣電阻試驗需要檢查接線的規范性。非被測繞組短路接地處理，被測繞組短路后與絕緣電阻表對接，保證測量回路和電力系統隔離。隨后控制油溫，如果頂層油溫＜50 ℃，則需要記錄此時溫濕度數值，以免溫度對測試結果造成影響。最后對比歷史數據，如果電阻值驟降幅度＞30%，則必須深入檢查設備狀態[wl6]"^[6]。

3 結語

綜上所述，針對變壓器常見故障的診斷與解決，采用電氣試驗方法具有實際應用價值。在檢測故障中應用電氣試驗，可以確保變壓器的安全性與穩定性，避免因突發故障而造成的高額修復費用和生產損失。本文建議今后全方位觀察變壓器的運行過程，將電氣試驗和其他檢測方法相結合，進一步提高變壓器故障檢測的效率和精準性，為電力系統與設備的高質量運行提供保障。

參考文獻：

[1]江長明，郝震，唐云鵬，等.變壓器絕緣故障發展規律及主動防御技術[J].高電壓技術，2024，50（10）：4338-4348.

[2]邢燕德.無損檢測技術在電力設備故障診斷與檢修維護中的應用研究[J].科學與信息化，2024（22）：127-129.

[3]梁鵬飛，牛亮，杜新泱.變壓器故障檢測中電氣試驗的關鍵應用[J].電工技術，2024（z1）：284-286.

[4]張軒瑞，王昊天，胡一丹，等. 電力變壓器振蕩型雷電沖擊耐壓試驗及局部放電檢測技術[J]. 高電壓技術，2023，49（12）：5032-5041.

[5]楊玥，郭紅兵，陳波，等. 基于頻率響應分析的變壓器分接開關故障診斷方法[J]. 濟南大學學報（自然科學版），2024，38（6）：763-768，777.

[6]門金昭，王昕.基于混合超聲激勵的變壓器繞組檢測技術研究[J].電氣自動化，2023，45（6）：89-91.