電力變壓器常見故障及在線檢測(cè)技術(shù)分析

張向東

（陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽城 048102）

近些年來，電力變壓器事故時(shí)常出現(xiàn)，這些事故會(huì)直接影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行是保證工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各種設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)條件。經(jīng)過對(duì)故障類型進(jìn)行深入地分析，適時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出故障因素并及時(shí)的采取有效措施，是保證電網(wǎng)和電力設(shè)施安全的一項(xiàng)十分重要的工作。

1 常見故障及原因

變壓器的常見故障主要存在短路故障、放電故障、絕緣故障、局部發(fā)熱故障、聲音異常故障等。以下對(duì)其中幾項(xiàng)進(jìn)行分析、探討：

1.1 短路故障

變壓器的短路故障一般是發(fā)生在變壓器的出口電路。若發(fā)生短路故障，變壓器繞組可能通過額定電流數(shù)十倍的短路電流Ist，短路電流會(huì)在繞組上產(chǎn)生大量的熱及電動(dòng)力，從而使繞組變形甚至絕緣損壞，還會(huì)使其內(nèi)部的壓緊裝置、引線、套管和油箱發(fā)生變形、位移等損傷，更甚者還會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)。

1.2 放電故障

變壓器的放電故障主要是分為局部放電以及火花放電和高能量放電三種類型。在變壓器正常工作過程中，絕緣層內(nèi)的氣隙、油膜發(fā)生放電的現(xiàn)象稱為局部放電。火花放電主要是油中摻入了雜質(zhì)。電弧放電是高能量放電，常出現(xiàn)在繞組匝間層絕緣擊穿后。

1.3 絕緣故障

變壓器絕緣是變壓器在正常工作、運(yùn)行的基本條件。電力變壓器絕緣有主絕緣和繞組縱絕緣，主絕緣一般是指輻向主絕緣（即繞組與鐵心間，高、低壓繞組間以及高壓繞組的相間）和繞組端部主絕緣（繞組端部至接地體間和兩繞組之間的端部）以及引線至接地體和其相對(duì)應(yīng)部分的絕緣等，繞組縱向絕緣是指滿足變壓器運(yùn)行中沿線段間及匝間電位梯度而采取的絕緣措施。電力變壓器通常采用礦物油作為絕緣和散熱的媒質(zhì)，采用絕緣紙及紙板來絕緣。在長時(shí)間運(yùn)行中，這些化合物由于受電場，水分、溫度、機(jī)械力的作用，會(huì)逐漸劣化，引起故障，并最終導(dǎo)致變壓器壽命的終結(jié)。

2 變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 油中溶解性氣體在線檢測(cè)技術(shù)

變壓器發(fā)生不同的故障生成不同的特征氣體。一般認(rèn)為，變壓器發(fā)生故障時(shí)，生成的特征氣體主要有H2(氫)、Co(一氧化碳)、C02(二氧化碳 )、CH4(甲烷 )、C2H6(丙烯 )、C2H4（乙烯）和C2H2（乙塊）。溶解氣體的檢測(cè)技術(shù)也正是針對(duì)這幾種氣體來展開的，所以要求檢測(cè)儀器不但能定性分析，還要可以定量測(cè)定。目前，油中的檢測(cè)技術(shù)有氣相色譜、紅外光譜、光聲光譜等。

2.1.1 氣相色譜儀具有便捷、高效、靈敏、可靠的特點(diǎn)，并且能夠提供油中溶解的各種氣體濃度，廣泛應(yīng)用在變壓器故障的檢測(cè)上。氣相色譜在線檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是油氣分離，是用高分子膜來分離油氣，因?yàn)楦叻肿幽た梢杂羞x擇的透過油中溶解的氣體，并且可以避免用真空抽樣法、鼓泡法、振動(dòng)脫氣、動(dòng)態(tài)頂空脫氣法抽氣時(shí)需要抽一部分油的繁瑣過程。氣相色譜在線檢測(cè)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是氣體檢測(cè)。檢測(cè)油中氣體分為單組分和多組分氣體的在線檢測(cè)，單組分氣體的檢測(cè)主要是指對(duì)氫氣的檢測(cè)，因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部大部分故障出現(xiàn)時(shí)都有氫氣的產(chǎn)生，所以很多時(shí)候檢測(cè)變壓器首先檢測(cè)的就是氫氣，對(duì)氫氣的檢測(cè)大部分用的都是鈀柵極場效應(yīng)管和催化燃燒型傳感器，另外還有電化學(xué)H2傳感器等。對(duì)于多組分氣體的檢測(cè)主要用的是熱導(dǎo)式傳感器、氫焰離子化傳感器、半導(dǎo)體傳導(dǎo)器等。

2.1.2 紅外光譜技術(shù)應(yīng)用光譜分析直接確定氣體的類型和含量，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確度高、非接觸性檢測(cè)及容易維護(hù)等特點(diǎn)。HW-500紅外氣體分析儀是利用雙關(guān)路薄膜電容檢測(cè)器，該檢測(cè)器對(duì)熱效應(yīng)極其敏感，可以通過被檢測(cè)氣體前后的能量變化即可對(duì)氣體做定量分析。

2.1.3 光聲光譜是基于光聲效應(yīng)的一種檢測(cè)技術(shù)，測(cè)量的是光聲室內(nèi)氣體吸收光能的能力。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)時(shí)需要確定每種氣體特定的分子吸收光譜特征和確定氣體吸收能量后退激產(chǎn)生的壓力波強(qiáng)度與氣體濃度間的比例關(guān)系。所以選取適當(dāng)?shù)牟ㄩL，既可以對(duì)氣體進(jìn)行定性分析也可以定量檢測(cè)。比氣相色譜精密度和穩(wěn)定性高，跟紅外檢測(cè)儀比起來可以檢測(cè)H2而且受反射、散射光的干擾也少。

2.2 局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

變壓器在內(nèi)部出現(xiàn)故障或運(yùn)行條件惡劣時(shí)，會(huì)由于局部場強(qiáng)過高而產(chǎn)生局部放電（PD）。PD水平及其增長速率的明顯變化，能夠指示變壓器內(nèi)部正在發(fā)生的變化或反映絕緣中由于某些缺陷狀態(tài)而產(chǎn)生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡等。

2.3 振動(dòng)分析法

振動(dòng)分析法就是一種廣泛用于監(jiān)測(cè)這種變壓器故障的有效方法。通過對(duì)變壓器振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)和分析，從而達(dá)到對(duì)變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。

2.4 紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外熱像技術(shù)是利用紅外探測(cè)器接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，然后通過電視屏或監(jiān)視器顯示紅外熱像圖。當(dāng)變壓器引線接觸不良、過負(fù)荷運(yùn)行等情況時(shí)都會(huì)引起導(dǎo)電回路局部過熱，鐵芯多點(diǎn)接地也會(huì)引起鐵芯過熱。

2.5 頻率響應(yīng)分析法

頻率響應(yīng)分析法是一種用于判斷變壓器繞組或引線結(jié)構(gòu)是否偏移的有效方法。繞組機(jī)械位移會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的電感或電容的改變，而頻率響應(yīng)法正是通過測(cè)量這種細(xì)微的改變來達(dá)到監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的目的。

2.6 繞組溫度指示

繞組溫度指示器就是用于監(jiān)測(cè)變壓器繞組的溫度，給出越限報(bào)警，并在需要時(shí)啟動(dòng)保護(hù)跳閘。目前已開發(fā)出一種用于大型變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)的新技術(shù)，即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測(cè)量繞組的實(shí)時(shí)溫度，從而改進(jìn)變壓器的預(yù)測(cè)建模技術(shù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組溫度狀態(tài)的目的。

3 變壓器在線監(jiān)測(cè)研究發(fā)展趨勢(shì)及研究方向

3.1 儀器上：發(fā)展了光學(xué)器件如分紅氣體分析器，紅外氣體分析器的特點(diǎn)是能測(cè)量多種氣體含量。測(cè)量范圍寬，靈敏度高精度高，響應(yīng)快，選擇性良好可靠性高，壽命長，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)分析和自動(dòng)控制。紅外氣體分析器的工作原理基于吸光度定律(I.am hert-Beer定律)，從物理特征上可以劃分為不分光型、分光型、傅立葉紅外(FTIR，F(xiàn)ourier Trans form In fraRed)型以及基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS Micro-Electro-Mechanical System)技術(shù)的微型紅外氣體分析器。分光型紅外氣體分析器是利用分光系統(tǒng)從光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜中分出單色光，使通過介質(zhì)層的紅外線波長與被測(cè)組分的特征吸收光譜相吻合而進(jìn)行測(cè)定的。不分光型紅外氣體分析器(NDIR)指光源發(fā)出的連續(xù)紅外譜全部通過固定厚度的含有被測(cè)混合氣體的氣體層。由于被測(cè)氣體的含量不同，吸收固定紅外線的能量就不同。

3.2 理論工具上：模糊理論，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)及灰色理論在DGA的分析中都有應(yīng)用。

結(jié)語

變壓器的正常運(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。但由于變壓器長期運(yùn)行，故障和事故總不可能完全避免，且引發(fā)故障和事故又出于眾多方面的原因。如外力的破壞和影響，不可抗拒的自然災(zāi)害，安裝、檢修、維護(hù)中存在的問題和制造過程中遺留的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運(yùn)行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化及預(yù)期壽命的影響，已成為發(fā)生故障的主要因素。同時(shí)，部分工作人員業(yè)務(wù)素質(zhì)不高、技術(shù)水平不夠或違章作業(yè)等，都會(huì)造成事故或?qū)е率鹿实臄U(kuò)大。

[1]中華人民共和國能源部.進(jìn)網(wǎng)作業(yè)電工培訓(xùn)教材.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[2]王曉鶯.變壓器故障與監(jiān)測(cè).2004.

[3]徐樹銓.電力變壓器運(yùn)行.1993.