試論變壓器故障在線檢測(cè)技術(shù)的研究與進(jìn)展

郭 虹

（呼和浩特職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖技術(shù)、信息處理技術(shù)等問(wèn)各領(lǐng)域的滲透，電力變壓器在線監(jiān)測(cè)測(cè)技術(shù)得到了迅速發(fā)展,各種不同的在線監(jiān)測(cè)方法孕育而生，使電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)走向?qū)嵱没A段，從而更好確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 變壓器常見(jiàn)故障

變壓器基本上包括鐵芯，一、二次繞組，分接變換裝置以及冷卻和絕緣系統(tǒng)等。按變壓器結(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；按變壓器本體可分為外部故障和內(nèi)部故障，從故障發(fā)生的部位可分為絕緣故障、分接開(kāi)關(guān)故障、鐵芯故障、套管故障等。但在實(shí)踐中對(duì)于最常見(jiàn)故障仍可概括為熱和電兩大類(lèi)，熱故障按發(fā)生部位可分為內(nèi)部過(guò)熱故障和外部過(guò)熱故障，外部過(guò)熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制裝置以及其他外部組件；內(nèi)部過(guò)熱故障包括繞組、鐵心，油箱、夾件、拉板、無(wú)載分接開(kāi)關(guān)、連接螺栓及引線等部件。電故障主要有局部放電和電弧故障。

1.1 變壓器過(guò)熱故障

變壓器任何一個(gè)部位，如果發(fā)熱和散熱不能達(dá)到在規(guī)定的限值內(nèi)平衡，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱故障，變壓器過(guò)熱故障是常見(jiàn)的多發(fā)性故障，嚴(yán)重威脅變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命。

1．1．1 散熱或冷卻效果差引起的過(guò)熱

（1）繞組油道堵塞。繞組作為變壓器的重要組成部分，對(duì)變壓器的安全可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。通常在繞組設(shè)汁制造中采用換位導(dǎo)線，而就繞組繞制本身來(lái)講，導(dǎo)線的換位處理是繞組繞制過(guò)程中必須謹(jǐn)慎操作的環(huán)節(jié)，當(dāng)扁線絞編和匝絕緣包扎不緊實(shí)或因振動(dòng)引發(fā)繞組導(dǎo)體松動(dòng)時(shí)，會(huì)使油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴(yán)重老化，以至在長(zhǎng)期電磁振動(dòng)下，絕緣脫落，導(dǎo)致變壓器燒損事故。

（2）冷卻裝置風(fēng)道堵塞。首先變壓器冷卻裝置長(zhǎng)期缺少維護(hù)和清理，使風(fēng)冷卻器散熱管的翅片間或散熱器風(fēng)道縫隙積滿灰塵，堵塞風(fēng)道，散熱效率降低。由于通水銅管的材質(zhì)不良而導(dǎo)致銅管破裂后，冷卻水流進(jìn)變壓器中，使器身受潮而引發(fā)故障。導(dǎo)致冷卻裝置無(wú)法使用，變壓器過(guò)熱。其次由于凈油器過(guò)濾網(wǎng)不嚴(yán)密，使硅膠大量進(jìn)入油箱，使油循環(huán)不良，引起變壓器高溫過(guò)熱。

1．1．2 接觸不良引起的過(guò)熱

（1）在銅鋁連接接頭間加過(guò)渡接頭或過(guò)渡板，變壓器的引出端頭都是銅制的，當(dāng)銅與鋁的接觸面產(chǎn)生電解反應(yīng)，鋁被強(qiáng)烈電腐蝕，引起過(guò)渡元件本身以及被連接的接觸面燒損，以致發(fā)熱甚至可能造成重大事故。

（2）低壓繞組引出線和高壓繞組引出線與大電流接頭，由于接觸電阻大，接觸不良會(huì)引起變壓器的過(guò)熱。

（3）分接引線與繞組的引線接頭焊接質(zhì)量不良，引起分接引線在焊接處燒斷。一是鐵心過(guò)熱故障。變壓器鐵心局部過(guò)熱是一種常見(jiàn)故障，通常是由于鐵心多點(diǎn)接地或短路而產(chǎn)生。變壓器鐵心有且只能有一點(diǎn)接地，經(jīng)常出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上的接地，當(dāng)兩點(diǎn)之間的懸浮電位達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時(shí)，便產(chǎn)生火花放電。長(zhǎng)此下去，會(huì)逐漸損壞變壓器固體絕緣，導(dǎo)致事故發(fā)生。二是其他故障的影響。變壓器發(fā)生故障時(shí)，因?yàn)樵诤艽蟪潭壬舷嗷ビ绊懞捅舜岁P(guān)聯(lián)，所以很難準(zhǔn)確地確定故障屬于哪一類(lèi)，由各種原因產(chǎn)生的高溫過(guò)熱可引起絕緣油和絕緣紙的老化，加速油泥和水分等的形成，引起絕緣放電或擊穿故障；同樣，由各種原因產(chǎn)生的絕緣系統(tǒng)放電或短路故障也可引起或誘發(fā)變壓器過(guò)熱故障。

1．2 變壓器電故障

電故障主要有局部放電和電弧故障。局部放電故障包括機(jī)械裝置使油和纖維素退化，局部放電產(chǎn)生電離的氣泡和低強(qiáng)度的放電產(chǎn)生帶少量碳?xì)浠衔锖蜌錃?；電弧故障包括大電流和高溫，短路前瞬間會(huì)產(chǎn)生電??；溫度超過(guò)1000℃時(shí)將產(chǎn)生大量的乙炔（C2H2）和氫氣（H2），溫度較低時(shí)電弧周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生少量的碳?xì)浠衔?，如果含有纖維素，一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）將產(chǎn)生。

2 變壓器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

采用變壓器在線監(jiān)測(cè)就是通過(guò)對(duì)變壓器特征信號(hào)的采集和分析，檢測(cè)出變壓器的初期故障和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)故障實(shí)施早期檢測(cè)，不但能延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，而且還能幫助制定更可靠的維修計(jì)劃。目前電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)的方法主要有以下幾種：

1）油中溶氣在線監(jiān)測(cè)。變壓器內(nèi)部不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和 C2H2，常被用作分析的特征氣體，發(fā)熱和放電的嚴(yán)重程度不同，氣體在油中溶解的濃度、比例關(guān)系也不相同。因此通過(guò)分析油中特征氣體法或比值法等方法，便可發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的發(fā)熱和放電性故障。

2）變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)。油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集控制、測(cè)量分析技術(shù)于一體的精密設(shè)備，具有高精度、穩(wěn)定可靠的溫度控制系統(tǒng),在線及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)出絕緣油中溶解的氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等故障特征氣體濃度及變化趨勢(shì)，載氣氣路采用先穩(wěn)壓后穩(wěn)流的雙重穩(wěn)定的氣路系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)閥采用數(shù)字式旋鈕調(diào)節(jié)，直觀、可靠性好?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制器、遙控器、油樣引入裝置、脫氣裝置、色譜儀、繪圖儀協(xié)作完成整個(gè)監(jiān)測(cè)程序，人性化的設(shè)計(jì)，中文菜單式操作，通俗易學(xué)，更加適合中國(guó)國(guó)情。

3）變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，在變壓器故障中絕緣問(wèn)題占很大比重，變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是對(duì)變壓器絕緣診斷的一種有效手段，對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器進(jìn)行局部放電監(jiān)測(cè)，確保運(yùn)行中變壓器的安全。根據(jù)變壓器局放過(guò)程中產(chǎn)生的電脈沖、電磁輻射、超聲波、光等現(xiàn)象,在線監(jiān)測(cè)主要方法有電脈沖檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、UHF超高頻檢測(cè)法和光測(cè)法及射頻檢測(cè)法。 電脈沖檢測(cè)法是通過(guò)檢測(cè)阻抗、變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線及繞組中由于局放利用電流傳感器在這些點(diǎn)測(cè)量局部放電脈沖電流信號(hào)并進(jìn)行分析；超聲波檢測(cè)局放產(chǎn)生的聲發(fā)射，不影響電氣主設(shè)備的安全運(yùn)行，受電磁干擾影響較小，但聲波阻抗復(fù)雜，超聲波信號(hào)傳播途徑復(fù)雜、衰減嚴(yán)重，檢測(cè)靈敏度較低；光測(cè)法是利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測(cè)，由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜、昂貴、靈敏度低,在實(shí)際中并未直接使用；UHF超高頻檢測(cè)法靈敏度高、抗電暈干擾、非接觸式檢測(cè)，更安全，適合在線，理論上可定位，但發(fā)展不完善，技術(shù)待于進(jìn)一步發(fā)展；射頻檢測(cè)法受外界電磁干擾影響相對(duì)較小，準(zhǔn)確度較高，隨著數(shù)字濾波技術(shù)的發(fā)展,射頻檢測(cè)法在局放在線監(jiān)測(cè)中有較廣泛的應(yīng)用。

3 結(jié)論

隨著科技技術(shù)的不斷更新和發(fā)展,電力變壓器的故障診斷與狀態(tài)檢修作為我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)體制轉(zhuǎn)變、提高電力設(shè)備的科學(xué)管理水平的有力措施，將極大地促進(jìn)我國(guó)電力網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是今后在電力生產(chǎn)中努力和發(fā)展的方向。

［1］丁家峰.基于SOFC的變壓器油中溶解氣體檢測(cè)機(jī)理與技術(shù)研究[D].中南大學(xué),2012.

［2］王繼偉.大型變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用分析[D].山東大學(xué),2013.

［3］陳國(guó)平.電力變壓器智能化配置和故障預(yù)測(cè)研究[D].蘭州理工大學(xué),2012.

［4］李琦.電力變壓器常見(jiàn)故障及安裝技術(shù)[J].中國(guó)科技博覽,2011.