電力變壓器的故障診斷與分析

摘要：電力變壓器的缺陷和故障給變壓器的運(yùn)行造成了很大的破壞，文章對常見的電力變壓器的故障進(jìn)行了闡述，對幾類變壓器運(yùn)行中的狀態(tài)判斷方法進(jìn)行了分析，并探討了電力變壓器故障的綜合診斷與分析，供同行參考。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；故障；狀態(tài)評(píng)估；綜合診斷

中圖分類號(hào)：TM412文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）18-0103-02

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)之下，我國電力系統(tǒng)仍然處在快速發(fā)展之中，規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。作為電力系統(tǒng)的重要部位，電力變壓器的穩(wěn)定可靠的運(yùn)行對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作有著不可替代的作用。因此對于電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)檢測和故障的診斷工作就變得無比重要，關(guān)系著社會(huì)生產(chǎn)和生活的用電安全。

1電力變壓器的常見故障及危害

電力變壓器在運(yùn)行的時(shí)候，受到高電壓、高電流以及其他環(huán)境中的不可抗力的影響，在變壓器內(nèi)部線路和結(jié)構(gòu)上很容易發(fā)生故障。了解變壓器常見的一些故障的成因和特點(diǎn)，對故障診斷有著重要作用。

1.1電力變壓器的常見故障分類

電力變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，使得發(fā)生相同的原因?qū)е碌墓收峡赡馨l(fā)生在不同部位，而同一部位也可能發(fā)生不同的故障，根據(jù)不同的角度，可以將常見變壓器的故障劃分如下。

①按故障性質(zhì)分。主要分成熱故障和電故障兩類。熱故障的一個(gè)主要表現(xiàn)就是電力變壓器的內(nèi)部溫度升高，使得變壓器過熱而運(yùn)行受阻，從而發(fā)生熱故障。電故障則一般為變壓器內(nèi)部線路的絕緣性能在外力作用或者高電壓下遭到破壞，從而出現(xiàn)放電現(xiàn)象，進(jìn)而破壞電力變壓器的故障。

②按發(fā)展過程分。根據(jù)故障發(fā)展和特征出現(xiàn)的時(shí)間性，可以分成突發(fā)性和潛伏性兩類故障。突發(fā)性故障主要由環(huán)境中的不可控因素或者操作上的失誤造成，偶然性比較高，難以控制，只可采用避雷器等手段進(jìn)行一定程度的保護(hù)；潛伏性故障在平時(shí)難以發(fā)現(xiàn)，一旦受到特定因素誘導(dǎo)則會(huì)發(fā)生故障，比如變壓器內(nèi)部絕緣故障，平時(shí)不注意會(huì)很難發(fā)現(xiàn)，但是一旦受到較高電壓沖擊，則易導(dǎo)致內(nèi)部放電，給變壓器造成損害。

1.2故障對電力變壓器的危害

電力變壓器出現(xiàn)故障不光對變壓器本身造成損害，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失，最重要的是會(huì)影響電網(wǎng)運(yùn)作，破壞正常的供電秩序，甚至給周圍居民群眾的人身安全造成威脅。電力變壓器較常見的故障有油箱漏油、短路等。對于油浸式變壓器來說，如果出現(xiàn)漏油情況，那么油量變少直接導(dǎo)致變壓器的絕緣和冷卻性能下降，這樣受到外界因素影響比如雷擊等就很容易發(fā)生次生事故，給變壓器造成致命的破壞，漏油也會(huì)給周圍環(huán)境帶來一些污染；出口短路也是危害很大的一個(gè)故障，出口短路對變壓器的破壞表現(xiàn)為繞組變形、內(nèi)部絕緣被擊穿等很多嚴(yán)重問題，而且還會(huì)產(chǎn)生過熱，破壞變壓器正常運(yùn)行甚至燒毀變壓器；電力變壓器危害性最大的故障就是套管炸裂了，這不僅會(huì)徹底損壞變壓器，還有可能導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。因此，及時(shí)分析診斷出電力變壓器的故障，是保護(hù)變壓器、保障用電安全、減少經(jīng)濟(jì)損失的有效手段。

2電力變壓器故障診斷和分析方法

對電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估是故障診斷的一項(xiàng)重要工作，變壓器的狀態(tài)判斷有很多方法，傳統(tǒng)的主要有油中溶解氣體分析、紅外診斷等方法，如今也出現(xiàn)了很多智能診斷方法比如基于遺傳小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障診斷方法。下面主要對三種常見的故障診斷分析方法進(jìn)行闡述。

2.1變壓器油中溶解氣體分析

根據(jù)《規(guī)程》的指導(dǎo)，變壓器油中溶解氣體的主要特征氣體的注意值及正常值分別見表1、2。通過油中特定溶解氣體測定值和表中數(shù)據(jù)的對比，可以初步判斷電力變壓器的內(nèi)部是否發(fā)生了故障，此外還可以根據(jù)總烴產(chǎn)氣速率來進(jìn)行判斷，這里不進(jìn)行細(xì)述。

了解變壓器是否發(fā)生故障后，就需要對故障類型進(jìn)行定型，主要采用DGA來進(jìn)行初步的判斷，根據(jù)油中溶解氣體的特征，可以大致推斷變壓器故障部位周圍發(fā)生的變化，故障部位產(chǎn)生的烴類氣體和故障源頭能量密度的高低有著很大的聯(lián)系，變壓器故障的一般定性分析見表3。

在對故障的性質(zhì)和類型有了大致的了解后，還要進(jìn)一步分析故障的內(nèi)在性質(zhì)，對故障發(fā)生部位的溫度進(jìn)行預(yù)測，測出故障處產(chǎn)生氣體成分之間的相對比值，并找到各種因素之間的關(guān)系，這里主要采用《導(dǎo)則》提出的特征氣體三比值法，根據(jù)表4中五種主要?dú)怏w之間的比值范圍，能夠?qū)收系男再|(zhì)做出較為可靠的判定，對故障狀態(tài)的分析和處理有很大幫助。

2.2變壓器故障紅外診斷方法

在光電技術(shù)高速發(fā)展推動(dòng)下，紅外診斷技術(shù)在電力變壓器的故障診斷中得到了越來越多的運(yùn)用，紅外診斷技術(shù)依據(jù)紅外線這一電磁波的原理，利用專業(yè)儀器對變壓器內(nèi)部進(jìn)行紅外探測，然后根據(jù)探測結(jié)果作相應(yīng)的分析，對變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行科學(xué)判斷。通過測得的紅外波長可以對變壓器內(nèi)部部位的溫度進(jìn)行判斷，紅外線波長和物體溫度有著表5所示的關(guān)系。

紅外診斷的分析方法主要有溫差判斷法、相對溫差法以及圖像特征判斷法等眾多方法，紅外診斷主要應(yīng)用在變壓器的熱故障診斷上，主要分成外部和內(nèi)部兩種部位的熱故障。

①外部熱故障。外部的熱故障暴露在設(shè)備外面，能夠直接觀察到，包括由于外部接頭由于接觸不良導(dǎo)致的故障、絕緣層被污穢或者破壞性能下降導(dǎo)致的故障，以及漏磁導(dǎo)致的渦流或者冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的過熱故障。這些故障都可以從紅外線熱成像來判斷并找出故障發(fā)生的部位。

②內(nèi)部熱故障。這類熱故障發(fā)生在變壓器的內(nèi)部，紅外檢測技術(shù)雖然能夠進(jìn)行熱成像并作出大致的判斷，但想要明確地找到故障發(fā)生的部位還是很難的。變壓器內(nèi)部的熱故障一般在內(nèi)部線圈、開關(guān)以及其他電路元件上發(fā)生，在發(fā)生過熱后也很容易擴(kuò)散到其他部位，對設(shè)備其他部分造成影響，由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，利用紅外技術(shù)得到熱成像后，還要和其他很多檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析，才能對故障類型和性質(zhì)進(jìn)一步判斷。

2.3變壓器繞組變形故障的診斷及分析

電力變壓器發(fā)生的眾多類型的故障中，短路故障占了很大一部分，也是人們最想避開的故障，短路故障對變壓器的損害非常大，有的情況下甚至直接就能燒毀一臺(tái)變壓器，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。繞組變形故障是造成短路的重要原因之一，主要指繞組在受力之后，其軸向和輻向在結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，而且這種變化不可逆轉(zhuǎn)，比如位移、扭曲和線匝短路等，繞組變形改變了變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響了絕緣性能，是潛伏性故障的一種，給變壓器的運(yùn)行帶來了很大的安全隱患。通過對繞組變形故障進(jìn)行測試能夠了解變壓器內(nèi)部繞組變形的情況，主要采用的方法有短路阻抗法、低壓脈沖法等。

①短路阻抗法。在較低的電流之下對變壓器的單相工頻短路阻抗進(jìn)行測量，把變壓器不同時(shí)期、不同相的短路阻抗放在一起進(jìn)行比較，根據(jù)其變化情況和規(guī)律來對繞組是否變形進(jìn)行判斷。

②低壓脈沖法。通過在變壓器繞組一端施加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓信號(hào)，記下這個(gè)端子以及其他端子的電壓信號(hào)，然后把時(shí)域中的激勵(lì)和響應(yīng)進(jìn)行比較和分析，可以判斷出繞組的變形狀態(tài)。

3結(jié)語

在我國的電力建設(shè)中，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行對于人民的生活生產(chǎn)有著重要的意義。當(dāng)前需要大力加強(qiáng)變壓器故障診斷人力隊(duì)伍的建設(shè)，多開展培訓(xùn)提高相關(guān)人員的專業(yè)能力，提高電力變壓器故障診斷的效率和可靠性。建立電力變壓器運(yùn)作狀態(tài)監(jiān)測機(jī)制，做到變壓器故障在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并得到處理，排查隱蔽性故障，保障變壓器和電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

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