淺談變壓器故障診斷方法研究現(xiàn)狀

黑帥 盧廣旗 宋曉龍

【摘 要】變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)乎電網(wǎng)的供電可靠性甚至電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)于變壓器故障診斷的研究已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，變壓器故障診斷方法有很多種，本文總結(jié)了目前關(guān)于變壓器故障診斷方法并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】變壓器；故障診斷；優(yōu)缺點(diǎn)

一、引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的元件，起著舉足輕重的作用，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注。變壓器在電力系統(tǒng)中起到變換電壓等級(jí)的作用，升壓變壓器可以將電能從發(fā)電廠出口電壓升高到輸電網(wǎng)的電壓等級(jí)，降壓變壓器可以將電能從高電壓等級(jí)降到低壓等級(jí)供負(fù)荷使用。變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行將直接影響電網(wǎng)的供電可靠性。

隨著智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)的提出，電網(wǎng)逐漸向更大、更堅(jiān)強(qiáng)的方向發(fā)展，電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的不確定因素和潛在風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加，電力行業(yè)的發(fā)展面臨的資源和壓力越來(lái)越大，為了滿足電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及電網(wǎng)質(zhì)量的要求，必須保證變壓器的安全可靠的運(yùn)行。目前關(guān)于變壓器故障診斷方法包括以下幾種：

二、繞組變形診斷法

（一）短路阻抗法

其方法是檢測(cè)繞組在工頻下的阻抗及其漏抗，用被檢測(cè)量值大小的變化進(jìn)而推斷繞組有沒(méi)有產(chǎn)生非常嚴(yán)重的變形，例如匝間的短路、開(kāi)路以及線圈偏移等，另外，變壓器的短路阻抗與繞組幾何尺寸大小及相對(duì)的位置有密切關(guān)聯(lián)，使用在線的測(cè)量裝置測(cè)量變壓器阻抗的變化便可處理分析繞組相關(guān)狀況。變壓器繞組的結(jié)構(gòu)影響這短路阻抗的值大小，繞組變形與否和變形程度皆可通過(guò)其值變化的大小來(lái)區(qū)別判定。而許多年的短路阻抗法現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)表明了該方法由于有外界條件限制，在現(xiàn)場(chǎng)是難以實(shí)現(xiàn)達(dá)到額定電流值，特別是對(duì)大中型變壓器而言，且該方法對(duì)相關(guān)量測(cè)試儀表的測(cè)量精度要求相當(dāng)高，實(shí)際中常常很難取得需要的檢測(cè)靈敏度，且有時(shí)該方法在繞組變形極其嚴(yán)重情況下，診斷有顯著效果。

（二）低壓脈沖法（Low Voltage Impulse）簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)VI法

其實(shí)在研究變壓器故障診斷時(shí)，可將其等效看成一個(gè)單輸入、單輸出的無(wú)源的電路。在其出現(xiàn)疊片間位置偏移等變形狀況時(shí)候，單位長(zhǎng)度下相關(guān)分布參量L，R，C會(huì)有一定程度的變化，則對(duì)應(yīng)的頻響特性也有相應(yīng)變化。由此能夠得出，繞組變形的這種故障類型是由比較其頻響特性的方式來(lái)進(jìn)行故障判別的。

（三）頻率響應(yīng)分析法（Frequency Response Analysis Method）簡(jiǎn)稱為FRA法

頻率響應(yīng)分析法可以理解為是通過(guò)將電壓信號(hào)注入到被測(cè)變壓器的一側(cè)，然后摘錄下該側(cè)和剩余側(cè)上的電壓大小及相角，從而得到一組被測(cè)試變壓器繞組的頻響特性，即H、L，而在變壓器繞組變形前后，此頻響特性的變化將反映出繞組變形的相關(guān)信息。

頻率響應(yīng)法應(yīng)于檢測(cè)變壓器繞組變形的想法，是被加拿大國(guó)家的E.P.Dick引出的，隨之也在世界范圍內(nèi)寬領(lǐng)域進(jìn)行了推廣和采用，且相關(guān)專家學(xué)者表示說(shuō)使用效果很好，且當(dāng)與LVI法相比時(shí)，因?yàn)镕RA法使用了更為前沿的掃頻式量測(cè)手段，量測(cè)得到的皆是幅值大小比較高、頻率提前可知道且小于1MHz的正弦波信號(hào)，這樣方便用數(shù)字分析手段來(lái)屏蔽擾動(dòng)的影響，存在于信號(hào)傳遞期間的折反射情況也可用簡(jiǎn)單的方法處理，因此其抗干擾能力很強(qiáng)，另外其正確的診斷復(fù)現(xiàn)性也比較容易確保。

三、常規(guī)實(shí)驗(yàn)法

（一）絕緣類實(shí)驗(yàn)

變壓器相關(guān)絕緣性實(shí)驗(yàn)類別包含著繞組、鐵芯、直流的泄露、絕緣套管介質(zhì)損耗、工作頻率耐電壓、局部放電實(shí)驗(yàn)。能有效地檢測(cè)出器件絕緣子破裂、絕緣受潮、變壓器油嚴(yán)重受潮等故障。

（二）變壓器特性實(shí)驗(yàn)

變壓器特性實(shí)驗(yàn)大多包含的是度量其相關(guān)電氣參量，例如直流電阻、一二次側(cè)匝數(shù)比、空載、負(fù)載運(yùn)行。測(cè)定直流電阻的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱嗽\斷變壓器的通路是否有故障，這個(gè)實(shí)驗(yàn)尤其是在診斷線圈接頭、開(kāi)關(guān)觸頭開(kāi)斷狀況等有很好的成效；量測(cè)一二次匝數(shù)比目的是的檢測(cè)大修、安裝變壓器運(yùn)行狀況；變壓器空載、負(fù)載實(shí)驗(yàn)則是在其出廠前通過(guò)量定變壓器的空載及負(fù)載參數(shù)判斷是否存在隱患。

四、振動(dòng)分析法

當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，其內(nèi)部會(huì)發(fā)出一些聲音和振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析就可以判斷變壓器是否發(fā)生故障?！罢駝?dòng)分析法”就是利用這個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障診斷的，其原理是在變壓器外殼處安裝振動(dòng)傳感器，通過(guò)振動(dòng)傳感器提取變壓器的振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)過(guò)一系列的算法識(shí)別出變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。從而盡早發(fā)現(xiàn)變壓器繞組變形、松動(dòng)等故障隱患，獲得隱患發(fā)展的變化趨勢(shì)和速度，為變壓器按需檢修提供定量分析數(shù)據(jù)。不耽誤變壓器的常態(tài)化運(yùn)行，是使用振動(dòng)分析法的顯著優(yōu)點(diǎn)，且可很大程度加長(zhǎng)變壓器的常態(tài)化運(yùn)行的時(shí)間，從而在較適當(dāng)時(shí)候進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

五、油色譜分析法

當(dāng)變壓器故障時(shí)，會(huì)伴隨著大量的可燃性氣體產(chǎn)生，這些氣體會(huì)溶解在變壓器油中，導(dǎo)致變壓器油色譜有明顯的改變，通過(guò)對(duì)變壓器油色譜的分析可以識(shí)別出變壓器發(fā)生了何種類型的故障。該種方法與其他方法相比不需要停云變壓器，可以實(shí)現(xiàn)變壓器的在線監(jiān)測(cè)。

由于變壓器油中蘊(yùn)含著大量的變壓器運(yùn)行的狀態(tài)信息，因此變壓器油色譜分析方法是判斷變壓器故障應(yīng)用最為廣泛的方法，無(wú)論是國(guó)家電網(wǎng)公司還是南方電網(wǎng)公司都使用了變壓器油色譜故障診斷系統(tǒng)。變壓器內(nèi)部發(fā)生故障往往是故障點(diǎn)生熱的同時(shí)還伴隨著局部放電，因此就會(huì)產(chǎn)生一定的故障氣體。通過(guò)產(chǎn)生出來(lái)的故障氣體之間的比值可以初步判斷變壓器的故障類型。一些研究表明，變壓器內(nèi)的材料老化時(shí)，二氧化碳與一氧化碳的比值大于7；當(dāng)絕緣被破壞時(shí)，二氧化碳與一氧化碳的比值小于3。但如果想進(jìn)一步了解變壓器的具體故障原因，則需要對(duì)產(chǎn)生的氣體進(jìn)行更深入的分析，目前應(yīng)用最廣泛的方法是三比值法，通過(guò)三組故障氣體比值進(jìn)而判斷具體故障原因。

六、結(jié)論

國(guó)內(nèi)外專家針對(duì)變壓器故障診斷問(wèn)題提出了許多種解決方法，但都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不同程度的缺點(diǎn)，因此，如何研究一種能夠準(zhǔn)確、不停電的變壓器故障診斷方法將是以后研究的重點(diǎn)。

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