電力變壓器主要故障的診斷與分析

邵學(xué)用

摘 要：電力變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞將直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的正常工作。文章對(duì)電力變壓器可能出現(xiàn)的主要故障做了分析，別且介紹了相關(guān)的故障診斷方法，為電力變壓器運(yùn)行期間的維護(hù)和檢修提供一些參考。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；故障；診斷；方法

1.引言

電力變壓器是各種電力設(shè)備中的核心部件，它主要負(fù)責(zé)提供改變電壓、分配和輸送電能等服務(wù)。所以，首先必須保證電力變壓器的正常運(yùn)行，才能進(jìn)一步保證整個(gè)電力系統(tǒng)良好可靠的實(shí)現(xiàn)其各種功能，這就要求盡可能的避免電力變壓器各種故障的發(fā)生。然而實(shí)際運(yùn)行中，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，電力變壓器由于各方面的原因所致，不可能絕對(duì)杜絕故障的發(fā)生。因此，當(dāng)故障發(fā)生之后，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)故障進(jìn)行分析、診斷和定位就顯得尤其重要。在大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)的指導(dǎo)下，電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷的技術(shù)才能進(jìn)一步提高和優(yōu)化。

2.電力變壓器主要故障分析

電力變壓器的故障從大的方面來分主要有內(nèi)部故障和外部故障兩種。其中內(nèi)部故障主要包括：各相繞組間出現(xiàn)的相間短路故障、繞組的線匝間出現(xiàn)的匝間短路故障、繞組經(jīng)變壓器外殼出現(xiàn)的接地故障等。外部故障主要指變壓器的油箱外面的絕緣套管和從套管引出的線上出現(xiàn)的一些故障。

電力變壓器的內(nèi)部故障又可以分為熱故障和電故障。由于變壓器內(nèi)部局部過熱導(dǎo)致的故障為熱故障；高電場(chǎng)作用下導(dǎo)致電力變壓器內(nèi)部的絕緣性能下降或者退化的故障為電故障。

2.1短路故障分析

電力變壓器的短路故障主要是指變壓器的出口短路，出口短路會(huì)使變壓器出現(xiàn)的故障包括短路電流引起的絕緣過熱故障和短路電動(dòng)力引起的繞組變形故障。

2.1.1短路電流引起的絕緣過熱故障

當(dāng)變壓器突然發(fā)生短路故障時(shí)，其高壓和低壓繞組就有機(jī)會(huì)同時(shí)流過是額定值幾時(shí)倍的短路電流，這將會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)致變壓器自身積聚大量熱，無法及時(shí)散失。在變壓器無法承受短路電流產(chǎn)生的大量熱時(shí)，其熱穩(wěn)定性就會(huì)發(fā)生變化，造成變壓器絕緣層的破壞，從而最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生擊穿或者損毀的故障。

2.1.2短路電動(dòng)力引起的繞組變形故障

在變壓器受到短路沖擊力的情況下，假如短路電流不是很大，那么繼電保護(hù)作用能夠正常啟動(dòng)，將不會(huì)造成繞組的很大變形；但是，在短路電流很大的情況下，繼電保護(hù)作用將會(huì)失效，就可能導(dǎo)致繞組很大的變形，直至繞組損壞。針對(duì)微小的變形，要能夠做到及時(shí)檢修，復(fù)原墊塊本來的位置。因此要定期對(duì)變壓器進(jìn)行檢修，正確判斷繞組的變形大小，以提高變壓器的抗短路能力。

2.2放電故障分析

電力變壓器放電時(shí)的能量密度是不同，根據(jù)其大小的不同，放電故障主要可分為三種：局部放電、火花放電、高能量放電。

2.2.1變壓器局部放電故障

局部放電是指在電壓的作用下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣隙、油膜或者導(dǎo)體的邊界處會(huì)出現(xiàn)非貫通的放電現(xiàn)象。

引起局部放電的原因主要包括：當(dāng)油里面有氣泡或者固體的絕緣材料中有空穴和空腔時(shí)，由于氣體的介電常數(shù)小，卻要承受得場(chǎng)強(qiáng)很高，其耐壓強(qiáng)度也低于油和絕緣材料，所以在氣隙中就會(huì)最先出現(xiàn)放電現(xiàn)象；外界環(huán)境條件的影響，如油處理不完全，當(dāng)氣溫下降時(shí)就會(huì)在油中釋放出氣泡，這也會(huì)引起放電；由于制造不良，在一些部位存在尖角，夾著氣泡等雜質(zhì)，它們所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較高從而發(fā)生放電現(xiàn)象；在金屬部件和導(dǎo)體之間如果絕緣不好而引起的放電。

2.2.2變壓器火花放電故障

當(dāng)放電能量密度大于10-6C時(shí)就會(huì)發(fā)生火花放電。

（1）懸浮電位引起火花放電。具有懸浮電位的物體附近的場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)集中，通常會(huì)慢慢燒壞四周的固體介質(zhì)，也能導(dǎo)致絕緣油在懸浮電位的作用下釋放出大量的特征氣體，最終使得絕緣油的色譜分析結(jié)果不合格。

（2）油中雜質(zhì)引起火花放電。電力變壓器出現(xiàn)火花放電故障主要是由于油中含有雜質(zhì)（主要是水和纖維）造成的。由于纖維的介電常數(shù)較大，所以纖維端部油中的電場(chǎng)被加強(qiáng)，導(dǎo)致放電就從這部分油中開始出現(xiàn)和擴(kuò)散，油在高場(chǎng)強(qiáng)下釋放出氣體，將氣泡加大，進(jìn)一步增強(qiáng)游離程度，慢慢擴(kuò)散，就會(huì)使所有油間隙在氣體通道中出現(xiàn)火花放電現(xiàn)象。

2.2.3變壓器高能量放電故障

高能量放電常見的形式是繞組匝層間的絕緣被擊穿或者是引線斷裂等故障。高能量放電故障由于放電的能量密度相當(dāng)大，一般以電子崩的形式?jīng)_擊電介質(zhì)，致使絕緣紙被擊穿或炭化，金屬材料變形或熔化，甚至造成設(shè)備損壞乃至爆炸，這種事故通常無法預(yù)測(cè)，會(huì)在毫無征兆的情況下突然發(fā)生。

2.3絕緣故障分析

2.3.1固體紙絕緣故障分析

固體絕緣的老化是不可逆轉(zhuǎn)的，而變壓器的壽命又主要由固體絕緣材料的壽命決定，所以電力變壓器的固體絕緣材料應(yīng)該具備很好的電絕緣性能和機(jī)械性能。

絕緣紙纖維電力變壓器中最主要的固體絕緣材料，紙纖維材料的老化主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）纖維脆裂。在過度受熱后纖維中的水分會(huì)大量流失，加速纖維材料脆化。纖維脆化破裂之后，在一些機(jī)械振動(dòng)或者操作波的沖擊下就會(huì)發(fā)生絕緣故障而導(dǎo)致電氣事故。

（2）纖維材料機(jī)械強(qiáng)度下降。纖維材料的機(jī)械強(qiáng)度在受熱過程中會(huì)逐漸下降，下降到一定程度后將不能抵抗短路電流或沖擊負(fù)荷等機(jī)械力的影響，從而造成事故的發(fā)生。

（3）纖維材料本身的收縮。纖維材料在脆化后本身會(huì)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，造成收縮松動(dòng)，使變壓器繞組在電磁振動(dòng)或沖擊電壓下發(fā)生松動(dòng)摩擦，造成絕緣材料的破損。

3.電力變壓器故障常用的診斷方法

3.1觀察法

當(dāng)正常運(yùn)行中的電力變壓器突然發(fā)生故障時(shí)，其振動(dòng)、運(yùn)行聲響、發(fā)出的味道、散發(fā)出得氣體色澤以及油的溫度均會(huì)出現(xiàn)些許異常。所以，首先可以通過觀察法來對(duì)變壓器的故障進(jìn)行初步的分析和診斷。

3.2變壓器絕緣試驗(yàn)

經(jīng)過上述初步的觀察診斷，如果不能對(duì)故障做出正確的定位和判斷，那么就要進(jìn)行進(jìn)一步的診斷。變壓器的絕緣試驗(yàn)主要包括變壓器的泄漏電流、吸收比、介質(zhì)損失、絕緣電阻、交流耐壓、感應(yīng)耐壓等。其中，泄漏電流試驗(yàn)?zāi)軌蛴脕碓\斷變壓器的引線套管故障和絕緣部分的通透性故障，通過將泄漏電流的測(cè)量結(jié)果與歷年試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，或者對(duì)同類型變壓器的各線圈相互比較，比較結(jié)果中，各個(gè)參數(shù)值不能有明顯的變化。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要用兆歐表進(jìn)行泄漏電流的測(cè)量，順次測(cè)量各個(gè)線圈對(duì)地及線圈之間的絕緣電阻，測(cè)量所得到的絕緣電阻值正確與否，主要通過各線圈歷次測(cè)量的結(jié)果相互比較來判斷。

3.3變壓器油化驗(yàn)

變壓器油化驗(yàn)是一種常見且有效的故障診斷方法。由于充油電氣設(shè)備的潛伏性故障所產(chǎn)生的可燃性氣體大部分會(huì)溶解于油，因此可應(yīng)用監(jiān)測(cè)儀測(cè)定變壓器油中8種故障氣體，連續(xù)測(cè)定因故障釋放而溶解于油中氣體的含量，分析氣體類別及含量來確定變壓器故障的類型。

結(jié)語

在人們的日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中，電能發(fā)揮的作用越來越大，人們對(duì)電能的依賴程度也日益增強(qiáng)。因此電力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，不但給人民生活帶來極大不便，而且會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，這叫要求相關(guān)技術(shù)人員能夠做到時(shí)刻預(yù)防電力變壓器中還沒發(fā)生的故障，及時(shí)排除已經(jīng)發(fā)生的故障，保證電力系統(tǒng)良好的運(yùn)行。相信隨著時(shí)代的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，電力變壓器的故障診斷技術(shù)也會(huì)有長(zhǎng)足的發(fā)展，更好的保障電力系統(tǒng)的可靠性。

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