電力變壓器絕緣故障的分析與診斷

孫保磊 冶海平

摘 要：我國(guó)電力系統(tǒng)的規(guī)模是非常大的，在進(jìn)行電能供應(yīng)的時(shí)候要解決的問題也是非常多的，電力系統(tǒng)在發(fā)展過程中在不斷的解決各地電能需求的問題。在電力系統(tǒng)中，電力變壓器是非常重要的設(shè)備，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性也是有很大的影響的。電力變壓器在使用中是會(huì)出現(xiàn)絕緣故障，為了更好的保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)出現(xiàn)的問題要進(jìn)行及時(shí)的分析，這樣能夠避免出現(xiàn)更大的事故。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；絕緣故障；故障診斷

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中保證安全性和穩(wěn)定性是非常重要的，因此，對(duì)電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備狀態(tài)要進(jìn)行保證。電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行是有很大影響的，因此，對(duì)電力變壓器存在的絕緣故障要進(jìn)行更好的分析，這樣能夠更好的進(jìn)行故障的診斷。電力變壓器在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中是非常容易出現(xiàn)材料老化情況的，這樣就會(huì)導(dǎo)致故障的出現(xiàn)，對(duì)故障進(jìn)行診斷的時(shí)候要不斷提高水平，這樣能更好的保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

1 變壓器故障診斷概述

在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，電力系統(tǒng)承擔(dān)的電力輸送量也在不斷增多，這樣就使得電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，在輸電電壓等級(jí)方面也出現(xiàn)了不斷提高的情況，這樣就使得變壓器在使用過程中出現(xiàn)了容量和電壓等級(jí)要相應(yīng)升高的情況，這樣就使得變壓器的可靠性要不斷提高。為了更好的保證可靠性，對(duì)變壓器的故障診斷是非常重要的，變壓器出現(xiàn)故障的時(shí)候在很多的情況下都是絕緣故障，因此，通過變壓器的絕緣故障診斷要能夠?qū)ζ渲写嬖诘膯栴}及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這樣能夠避免出現(xiàn)安全事故，同時(shí)也是對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全進(jìn)行保證。

2 電力變壓器故障診斷的意義

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中電壓等級(jí)在不斷升高，這樣是為了更好的實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行和大電網(wǎng)的建設(shè)。為了更好的保證經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的正常運(yùn)行，電力系統(tǒng)在不斷進(jìn)行改造和升級(jí)，電力企業(yè)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的電氣設(shè)備也是非常多的。為了對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行保證，一定要對(duì)電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候?qū)﹄姎庠O(shè)備進(jìn)行絕緣診斷也是非常重要的。在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也出現(xiàn)了不斷增大的情況，同時(shí)，變壓器的電壓等級(jí)也在不斷提高，這樣對(duì)可靠性也提出了更高的要求。電力設(shè)備中，變壓器是非常重要的組成部分，同時(shí)也是對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行影響非常大的設(shè)備，在使用過程中也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)事故，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有很大的影響。電力變壓器在使用過程中，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)停電的情況，在這種情況下進(jìn)行恢復(fù)供電要經(jīng)過漫長(zhǎng)的時(shí)間?，F(xiàn)在，我國(guó)的很多變電站在運(yùn)行年限方面都是非常長(zhǎng)的，這樣就使得很多的變電站已經(jīng)達(dá)到了使用年限，出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，這些變電站還在使用中，這樣就導(dǎo)致這些變電站在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題，在運(yùn)行過程中很多電氣設(shè)備的性能出現(xiàn)了非常差的情況，同時(shí)在承受故障方面能力也在逐漸下降，這樣就使得對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷成為了非常重要的事情。

3 電力變壓器絕緣故障產(chǎn)生的原因

對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，能夠更好的對(duì)電力變壓器出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行分析，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。在進(jìn)行電力變壓器設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常使用的是薄絕緣，在油道方面也是非常小的，這樣就使得變壓器在使用的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)使用時(shí)間過短的情況，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中很快就出現(xiàn)故障。電力變壓器在使用的時(shí)候?qū)?nèi)部的清潔程度要求是非常高的，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，變壓器的內(nèi)部經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些很少量的金屬物質(zhì)，對(duì)變壓器的爬電距離是會(huì)產(chǎn)生一定的影響的，在運(yùn)行過程中非常容易出現(xiàn)局部放電的情況，這樣對(duì)變壓器的使用會(huì)產(chǎn)生很大的影響。電力變壓器在使用的時(shí)候都在各相之間要保證足夠的絕緣裕度，不然非常容易出現(xiàn)相間短路的情況。因此，在變電器中可以加入絕緣板，這樣能夠更好的保證使用過程中不出現(xiàn)內(nèi)部短路的情況。在進(jìn)行變壓器絕緣成型件制造的時(shí)候要對(duì)表面和內(nèi)部的導(dǎo)電質(zhì)進(jìn)行很好的設(shè)計(jì)，這樣在使用過程中才能避免出現(xiàn)局部放電的情況，同時(shí)也能保證絕緣作用不失去效果。在設(shè)計(jì)變壓器的時(shí)候，對(duì)油道設(shè)計(jì)要非常重視，一旦出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的情況，是會(huì)導(dǎo)致絕緣油流速過快的，這樣非常容易出現(xiàn)流油帶電的問題。變電器在使用過程中要避免出現(xiàn)絕緣油污染的情況，這樣不但會(huì)對(duì)變壓器的絕緣性能產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

4 電力變壓器絕緣故障診斷技術(shù)

4.1 絕緣油硫腐蝕的故障診斷

近年來，有很多記載案件表明，變壓器的故障是由于油硫腐蝕引起的，在長(zhǎng)時(shí)間投入運(yùn)行后，變壓器的線圈材料會(huì)受到硫腐蝕的作用，這一問題也逐漸引起了相關(guān)研究人員的注意，該故障表現(xiàn)出的特征有：在高壓、大容量的變壓器上出現(xiàn)的較為頻繁，同時(shí)，它常出現(xiàn)在高壓繞組上，在裸銅線與絕緣紙接觸的部位表現(xiàn)得最為明顯，據(jù)此，可以分析得到，這一腐蝕現(xiàn)象與變壓器運(yùn)行時(shí)溫度的分布有密切關(guān)系；受到腐蝕的高壓繞組上會(huì)出現(xiàn)淺灰色或藍(lán)紫色的物質(zhì)，經(jīng)過化學(xué)驗(yàn)證，該物質(zhì)為硫化亞銅，導(dǎo)電，大大降低了絕緣強(qiáng)度。

4.2 絕緣油中溶解氣體診斷

電力變壓器在運(yùn)行過程中，會(huì)受到空氣中氧氣和水分滲入的影響，這些因素會(huì)引起絕緣材料的性能下降。在老化作用下，變壓器中的絕緣油和絕緣紙?jiān)谖锢砗突瘜W(xué)性能上都會(huì)發(fā)生很大變化，故障時(shí)，變壓器內(nèi)部的烴類物質(zhì)通過鍵斷裂的形式產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳等物質(zhì)，隨著故障的持續(xù)，這些氣體會(huì)形成大量氣泡，不斷溶解于油中，因此，對(duì)油質(zhì)進(jìn)行分析，能夠判斷出變壓器絕緣老化以及故障的程度。相關(guān)研究表明，通過對(duì)變壓器中絕緣油溶解氣體的氣相色譜分析，可以分析出變壓器存在的潛在故障。

4.3 人工智能在線變壓器故障診斷

通過對(duì)電力變壓器油中溶解氣體的分析，可以判斷出故障類型，從而準(zhǔn)確診斷出變壓器的故障是目前行之有效的方法，但這些溶解氣體的形成過程復(fù)雜，加上產(chǎn)生故障的因素往往不是單一的，而是多種因素相互耦合而存在，這就需要工作人員具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，為了解決這一瓶頸，國(guó)內(nèi)外開始研發(fā)各種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由此出現(xiàn)了各種人工智能診斷技術(shù)。人工智能技術(shù)，顧名思義，它能夠模仿人類的思維方式，能夠從電力變壓器絕緣油中溶解的氣體數(shù)據(jù)分析規(guī)律，找出故障，并解決各種故障之間的復(fù)雜關(guān)系，同時(shí)，它能夠隨著環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)整判斷依據(jù)，大大減少了工作人員的工作量。人工智能診斷技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，就得到了人們的廣泛關(guān)注，目前形成的方法主要有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、專家診斷等，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在電力變壓器絕緣故障診斷中的應(yīng)用被認(rèn)為是最有前景的一種方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中使用的電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)是為了更好保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也是為了更好的保證其運(yùn)行安全性。對(duì)電力變壓器故障進(jìn)行診斷是非常重要的，對(duì)出現(xiàn)的絕緣老化情況要進(jìn)行及時(shí)的處理，同時(shí)在診斷技術(shù)方面也要進(jìn)行提高，這樣能夠更好的保證電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。在實(shí)際運(yùn)行中，電力變壓器的內(nèi)部故障往往不是由某單一因素引起的，而是一個(gè)復(fù)雜的過程，因此，試圖用單一的數(shù)學(xué)模型來對(duì)電力變壓器的老化過程進(jìn)行描述是不合理的，有必要進(jìn)行多特征參數(shù)的分析，在橫向和縱向上開展研究。

參考文獻(xiàn)

[1]馮運(yùn).電力變壓器油紙絕緣老化特性及機(jī)理研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2007.

[2]賈輝，李大偉，楊明洙.油浸電力變壓器受潮故障分析與處理[J].中國(guó)電力.

[3]楊啟明.電力變壓器的狀態(tài)維修與在線監(jiān)測(cè)[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2008.