電力變壓器故障與故障診斷技術(shù)探討

【摘 要】電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要輸變電設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接關(guān)系到發(fā)、供電系統(tǒng)的安全性和供電可靠性，對(duì)電力變壓器進(jìn)行故障檢測(cè)和診斷是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全水平和供電可靠性的關(guān)鍵之一。本文簡(jiǎn)要介紹了變壓器的故障和故障的診斷技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】變壓器；故障；診斷

一、電力變壓器的構(gòu)成和分類

電力變壓器是用來(lái)改變電壓和電流、傳輸電能的一種靜止電器，是電力系統(tǒng)中輸變電、配電設(shè)備中最重要和最昂貴的設(shè)備之一，也是電力設(shè)備中容量較大、故障率較高的環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀態(tài)的安全與否直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，是電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。變壓器的結(jié)構(gòu)由變壓器本體和變壓器附件這兩大部分構(gòu)成。變壓器本體的主要部件包括以下幾個(gè)部分：線圈、鐵心及其夾緊裝置等構(gòu)成的變壓器器身；用于變壓器器身冷卻、絕緣和防腐作用的變壓器油；容納變壓器器身和變壓器油的油箱。變壓器附件是指：變壓器套管、變壓器油枕、有載分接開(kāi)關(guān)、變壓器冷卻系統(tǒng)、變壓器本體保護(hù)裝置及其測(cè)示儀表等。

按照電力變壓器冷卻和絕緣介質(zhì)的不同，可歸納為三大類：一是油浸式電力變壓器，采用礦物油作為冷卻和絕緣介質(zhì)；二是氣體絕緣電力變壓器，采用人工合成的氣體作為冷卻和絕緣介質(zhì)；三是干式電力變壓器，采用空氣作為冷卻和絕緣介質(zhì)。目前，絕大多數(shù)的電力變壓器仍是油浸式變壓器。油浸式變壓器主要由器身、油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置、出線裝置等構(gòu)成，由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個(gè)部分均有出現(xiàn)異?；蚬收系目赡苄裕@些異?；蚬收峡梢酝ㄟ^(guò)各種現(xiàn)象如聲音、振動(dòng)、氣味、顏色、溫度，或者通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出來(lái)。

二、電力變壓器的故障分類和規(guī)律

減少電力變壓器故障率，增加電氣設(shè)備的可靠性，一方面取決于設(shè)備的制造和安裝質(zhì)量，另一方面在于設(shè)備的檢修維護(hù)和必要的預(yù)防監(jiān)測(cè)。因此，隨時(shí)檢測(cè)變壓器狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)并排除變壓器可能潛在的故障，已成為保障供電可靠性的重要手段之一，是電力系統(tǒng)中一項(xiàng)具有重大理論和實(shí)用價(jià)值的課題。

大型油浸式電力變壓器的故障涉及面廣而且復(fù)雜多樣，特別是在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的故障，很難以某一判斷標(biāo)準(zhǔn)診斷出故障的類型及性質(zhì)。變壓器常見(jiàn)故障類型劃分方法有很多種，通常有：按變壓器主體結(jié)構(gòu)可分為繞組故障、鐵芯故障、油質(zhì)故障、附件故障；按回路可分為電路故障、磁路故障、油路故障；按一般常見(jiàn)故障易發(fā)區(qū)可分為鐵芯故障、分接開(kāi)關(guān)故障、繞組故障、絕緣故障等；按變壓器本體可分為內(nèi)部故障和外部故障。變壓器內(nèi)部故障，按形成的原因和發(fā)展的過(guò)程，可分為由電氣回路缺陷構(gòu)成的突發(fā)性故障和由鐵芯、開(kāi)關(guān)、并聯(lián)導(dǎo)線絕緣損傷等局部過(guò)熱構(gòu)成的緩慢發(fā)展的潛伏性故障兩大類。而對(duì)變壓器本身影響最嚴(yán)重、故障率最高的是變壓器出口短路故障，同時(shí)還存在變壓器油滲漏故障、油流帶電故障、保護(hù)誤動(dòng)故障等等。

長(zhǎng)期故障統(tǒng)計(jì)表明，變壓器的故障率隨時(shí)間的變化可以線性化為三個(gè)階段：早期故障期、偶然故障期和耗損故障期。早期故障期是指變壓器的早期故障起出現(xiàn)在設(shè)備使用的1～3年，其特點(diǎn)是故障率較高，且故障率隨著時(shí)間的增加而迅速下降。變壓器的早期故障通常是由于設(shè)計(jì)、制造上的缺陷等原因引起的，例如設(shè)計(jì)不合理，使用材料不合格，裝配不當(dāng)，焊接不良，質(zhì)量檢驗(yàn)不認(rèn)真等造成的。偶然故障期是在早期故障期之后是變壓器的有用壽命期，稱之為偶然故障期。其特點(diǎn)是故障率低且穩(wěn)定，故障的產(chǎn)生是隨機(jī)的。偶然故障是由偶然因素引起的，如技術(shù)參數(shù)突然超過(guò)極限值，工藝缺陷、材料弱點(diǎn)在偶然因素的激發(fā)下，維護(hù)不良、操作失誤，運(yùn)行環(huán)境的突變等因素造成的。耗損故障期出現(xiàn)在變壓器的有用壽命期的末期，其特點(diǎn)是故障率隨時(shí)間的增加而加大。損耗故障是由于變壓器內(nèi)部的物理變化、化學(xué)變化或生物變化所引起的磨損、疲勞、腐蝕、老化、極化、損耗、阻抗增大、振動(dòng)位移等原因所造成的。

三、變壓器的故障診斷技術(shù)

電力變壓器的故障診斷是指在設(shè)備吊罩、不解體的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，采用一定的技術(shù)手段對(duì)變壓器所處狀態(tài)進(jìn)行判斷、對(duì)變壓器已有的故障及其發(fā)展變化進(jìn)行跟蹤診斷和估計(jì)的技術(shù)。如果能夠準(zhǔn)確診斷和估計(jì)設(shè)備的故障及其發(fā)展變化，就可以制定最佳維修策略。

1．變壓器油中溶解氣體分析（DGA）研究。對(duì)油絕緣電力變壓器進(jìn)行早期故障診斷顯得尤為重要。油中溶解氣體分析（DGA）就是一種全世界公認(rèn)的而又被廣泛使用的對(duì)油絕緣電力變壓器進(jìn)行早期故障診斷的技術(shù)。DGA即通過(guò)對(duì)變壓器油中溶解氣體的分析來(lái)判斷變壓器存在的故障，國(guó)內(nèi)外電力研究者對(duì)變壓器油色譜絕緣故障診斷開(kāi)展了大量的研究工作。常用判斷方法有：特征氣體方法、比例法TCG方法、模糊診斷法。在DGA中，長(zhǎng)期以來(lái)采用特征氣體法和IEC三比值法。這些方法只是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，不能對(duì)所有故障提供完全客觀、準(zhǔn)確的診斷。其中IEC三比值法存在編碼不全問(wèn)題，當(dāng)發(fā)生多重故障，故障氣體比值編碼可能找不到相對(duì)應(yīng)的比值組合，則診斷不成功。

2．變壓器紅外診斷技術(shù)。紅外診斷技術(shù)是對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器進(jìn)行非接觸無(wú)損檢測(cè)和故障診斷技術(shù)，能進(jìn)行大面積溫度分布場(chǎng)的掃描和局部缺陷的定點(diǎn)測(cè)溫，能夠準(zhǔn)確的分辨出設(shè)備表面0.1～05℃的溫差變化，同時(shí)紅外儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，對(duì)設(shè)備的紅外熱像進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、顯示、存儲(chǔ)等技術(shù)功能。紅外測(cè)溫不受現(xiàn)場(chǎng)高壓強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，不影響電力變壓器的正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)帶電部位可保持足夠的安全距離，因此安全、經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高。常用診斷方法有：溫度判斷法、相對(duì)溫差法、同類比較法、歷史數(shù)據(jù)分析法。

3．變壓器繞組變形故障的測(cè)試與診斷。電力變壓器是電力網(wǎng)的核心設(shè)備之一，因此，其運(yùn)行可靠性將對(duì)電力系統(tǒng)的安全起到非常重要的作用。然而，由于設(shè)計(jì)制造技術(shù)、工藝以及運(yùn)行維護(hù)水平的限制，變壓器的故障還時(shí)有發(fā)生，尤其是近年來(lái)逐漸引起人們重視的變壓器近區(qū)（或出口）短路故障，這大大影響了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。變壓器繞組發(fā)生局部的機(jī)械變形后，其內(nèi)部的電感、電容等分布參數(shù)必然發(fā)生相應(yīng)變化。利用一定的測(cè)試技術(shù)，測(cè)量變壓器各個(gè)繞組的某些特定參數(shù)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行縱向或橫向（三相之間）比較，就有可能診斷出繞組的扭曲、傾斜、鼓包、移位等變形現(xiàn)象。根據(jù)測(cè)試手段的不同，常用的測(cè)試方法有阻抗法、低壓脈沖法和頻率響應(yīng)分析法。

故障診斷分為故障性質(zhì)診斷和故障部位診斷。其中故障性質(zhì)診斷的方法很多，并在實(shí)際應(yīng)用中獲得了驗(yàn)證和推廣，取得了可喜的成績(jī)。而故障部位診斷的研究和應(yīng)用仍處于探索階段。如果能在變壓器發(fā)生故障后，能夠準(zhǔn)確地分析出故障性質(zhì)，以及快速判斷出故障部位，就能及時(shí)排除變壓器的故障，提高供電可靠性，對(duì)實(shí)際工作具有較大的指導(dǎo)意義。鑒于電力變壓器在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，受到電磁振動(dòng)、機(jī)械磨損、化學(xué)作用、大氣腐蝕、電腐蝕等內(nèi)外影響，其健康狀態(tài)在逐漸變壞，有時(shí)間因素也有其他因素，在不同程度上影響了該設(shè)備的安全可靠性。電力變壓器在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間運(yùn)行以后，必須進(jìn)行檢修，修復(fù)缺陷，更換不合格部件，使其恢復(fù)到健康狀態(tài)。

參 考 文 獻(xiàn)

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