試析電力變壓器的常見故障診斷技術(shù)

劉朝華

摘 要：變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等。本文以電力變壓器的故障診斷為研究對(duì)象，主要探討了電力變壓器的故障及處理方法，并介紹了電力變壓器故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)，然后基于模糊理論對(duì)電力變壓器的故障診斷方法進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電力；變壓器；故障；診斷

前言：變電器故障的處理人員可以隨時(shí)通過對(duì)聲音、振動(dòng)、氣味、變色、溫度及其它現(xiàn)象的變化來判斷變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，分析事故發(fā)生的原因、部位及程度。從而根據(jù)所掌握的情況進(jìn)行綜合分析，結(jié)合各種檢測(cè)結(jié)果對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)做出最后判斷。

1 電力變壓器的常見故障及處理

1.1變壓器油質(zhì)變壞

變壓器中的油，由于長(zhǎng)時(shí)間使用而沒有更換，其中漏進(jìn)了雨水和浸入了一些潮氣，再加上其中的油溫經(jīng)常過熱，這就容易造成油質(zhì)的變壞。而油質(zhì)變壞則導(dǎo)致變壓器的絕緣性能受到了很大的影響，這種情況就非常容易引起變壓器的故障產(chǎn)生。如果是新近投運(yùn)的變壓器，它的油色會(huì)呈淺黃色，在使用一段時(shí)間以后，油色將會(huì)變成淺紅色。而如果發(fā)現(xiàn)油色開始變黑，這種情況下為了防止外殼與繞組之間或線圈繞組間發(fā)生電流擊穿，就要立刻進(jìn)行取樣化驗(yàn)。經(jīng)化驗(yàn)后，若油質(zhì)合格則繼續(xù)使用，若不合格就對(duì)絕緣油進(jìn)行過濾和再生處理，讓油質(zhì)達(dá)到合格要求和再進(jìn)行使用[1]。

1.2內(nèi)部聲音異常

變壓器如果運(yùn)行正常，其中產(chǎn)生的電磁交流聲的頻率會(huì)相當(dāng)穩(wěn)定，而如果變壓器的運(yùn)行出現(xiàn)問題，在變壓器中就會(huì)偶爾產(chǎn)生不規(guī)律的聲音，表現(xiàn)出異常現(xiàn)象。這種情況產(chǎn)生的幾種主要原因是：變壓器進(jìn)行過載運(yùn)行，這種情況變壓器內(nèi)部就會(huì)有沉重的聲音產(chǎn)生；變壓器中的零件產(chǎn)生松動(dòng)時(shí)，在變壓器運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而不均勻的噪聲；變壓器的鐵芯最外層硅鋼片未夾緊，在變壓器運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，同樣會(huì)產(chǎn)生噪音；變壓器頂蓋的螺絲產(chǎn)生松動(dòng)，變壓器在運(yùn)行時(shí)也發(fā)出異響；變壓器的內(nèi)部電壓如果太高時(shí)，鐵芯接地線會(huì)出現(xiàn)斷路或外殼閃絡(luò)，外殼和鐵芯感應(yīng)出高電壓，變壓器內(nèi)部同樣會(huì)發(fā)出噪音；變壓器內(nèi)部產(chǎn)生接觸不良和擊穿，會(huì)因?yàn)榉烹姸l(fā)出異響；變壓器中出現(xiàn)短路和接地時(shí)，繞組中出現(xiàn)較大的短路電流，會(huì)發(fā)出異常的聲音；變壓器產(chǎn)生諧波和連接了大容量的用電設(shè)備時(shí)，由于產(chǎn)生的啟動(dòng)電流較大，以后造成異響[2]。

1.3瓦斯保護(hù)故障

瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，輕瓦斯作用于信號(hào)，重瓦斯作用于跳閘。下面分析瓦斯保護(hù)動(dòng)作的原因及處理方法：瓦斯保護(hù)動(dòng)作的原因可能是因?yàn)V油、加油和冷卻系統(tǒng)不嚴(yán)密，致使空氣進(jìn)入變壓器；因溫度下降和漏油致使油位緩慢降低；或是因變壓器故障而產(chǎn)生少量氣體；由于由于內(nèi)部絕緣損壞造成短路故障而引起；由于保護(hù)裝置的二次回路故障所引起。輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作后發(fā)出信號(hào)。其原因是：變壓器內(nèi)部有輕微故障；變壓器內(nèi)部存在空氣；二次回路故障等。運(yùn)行人員應(yīng)立即檢查，如未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行氣體取樣分析[3]。瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)，可能變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，引起油分解出大量氣體，也可能二次回路故障等。出現(xiàn)瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘，應(yīng)先投入備用變壓器，然后進(jìn)行外部檢查。檢查油枕防爆門，各焊接縫是否裂開，變壓器外殼是否變形；最后檢查氣體的可燃性。

1.4變壓器自動(dòng)跳閘的處理

當(dāng)運(yùn)行中的變壓器自動(dòng)跳閘時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)迅速作出如下處理：當(dāng)變壓器各側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘后，將跳閘斷路器的控制開關(guān)操作至跳閘后的位置，并迅速投入備用變壓器，調(diào)整運(yùn)行方式和負(fù)荷分配，維持運(yùn)行系統(tǒng)及其設(shè)備處于正常狀態(tài)；檢查掉牌屬何種保護(hù)動(dòng)作及動(dòng)作是否正確；了解系統(tǒng)有無故障及故障性質(zhì)；若屬以下情況并經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)同意，可不經(jīng)檢查試送電：人為誤碰保護(hù)使斷路器跳閘；保護(hù)明顯誤動(dòng)作跳閘；變壓器僅低壓過流或限時(shí)過流保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)跳閘變壓器下一級(jí)設(shè)備故障而其保護(hù)卻未動(dòng)作，且故障已切除，但試送電只允許一次；如屬差動(dòng)、重瓦斯或電流速斷等主保護(hù)動(dòng)作，故障時(shí)有沖擊現(xiàn)象，則需對(duì)變壓器及其系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查，停電并測(cè)量絕緣。在未查清原因之前，禁止將變壓器投入運(yùn)行。必須指出，不管系統(tǒng)有無備用電源，也絕對(duì)不準(zhǔn)強(qiáng)送電。

2 變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

變壓器在線監(jiān)測(cè)的目的是通過對(duì)變壓器特征信號(hào)的采集和分析，判別出變壓器的狀態(tài)，以期檢測(cè)出變壓器的初期故障，并監(jiān)測(cè)故障狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)是國(guó)際上研究最多的對(duì)象之一，提出了很多不同的方法。

2.1油中溶解性氣體分析技術(shù)

由于變壓器內(nèi)部不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，因此通過分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對(duì)百分比，就可達(dá)到對(duì)變壓器絕緣診斷的目的。幾種典型的油中溶解氣體，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析的特征氣體。在檢測(cè)出各氣體成分及含量后，用特征氣體法或比值法等方法判斷變壓器的內(nèi)部故障[4]。

2.2繞組溫度指示

繞組溫度指示器就是用于監(jiān)測(cè)變壓器繞組的溫度，給出越限報(bào)警，并在需要時(shí)啟動(dòng)保護(hù)跳閘。目前已開發(fā)出一種用于大型變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)的新技術(shù)，即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測(cè)量繞組的實(shí)時(shí)溫度，從而改進(jìn)變壓器的預(yù)測(cè)建模技術(shù)，并達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組溫度狀態(tài)的目的。

2.3局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

變壓器在內(nèi)部出現(xiàn)故障或運(yùn)行條件惡劣時(shí)，會(huì)由于局部場(chǎng)強(qiáng)過高而產(chǎn)生局部放電（PD）。PD水平及其增長(zhǎng)速率的明顯變化，能夠指示變壓器內(nèi)部正在發(fā)生的變化或反映絕緣中由于某些缺陷狀態(tài)而產(chǎn)生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡等。

2.4頻率響應(yīng)分析法

頻率響應(yīng)分析法是一種用于判斷變壓器繞組或引線結(jié)構(gòu)是否偏移的有效方法。繞組機(jī)械位移會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的電感或電容的改變，而頻率響應(yīng)法正是通過測(cè)量這種細(xì)微的改變來達(dá)到監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的目的[5]。

2.5紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外熱像技術(shù)是利用紅外探測(cè)器接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射信號(hào)，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，然后通過電視屏或監(jiān)視器顯示紅外熱像圖。當(dāng)變壓器引線接觸不良、過負(fù)荷運(yùn)行等情況時(shí)都會(huì)引起導(dǎo)電回路局部過熱，鐵芯多點(diǎn)接地也會(huì)引起鐵芯過熱。

2.6振動(dòng)分析法

振動(dòng)分析法就是一種廣泛用于監(jiān)測(cè)這種變壓器故障的有效方法。通過對(duì)變壓器振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)和分析，從而達(dá)到對(duì)變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。其他狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。低壓脈沖響應(yīng)測(cè)試也是一種有效的變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)方法，并且已經(jīng)是一種用于確定變壓器是否能通過短路試驗(yàn)的公認(rèn)方法。此外，油的相對(duì)濕度測(cè)試、繞組間的漏感測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試等也是變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的常用方法。

結(jié)語：綜上所述，變壓器發(fā)生故障時(shí)，只要根據(jù)故障顯現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)細(xì)致地分析，就能準(zhǔn)確地判斷出故障產(chǎn)生的原因，為故障的處理提供準(zhǔn)確的依據(jù)，保證在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。同時(shí)，在日常運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)變壓器狀態(tài)的檢查，也能預(yù)防故障的發(fā)生，提高供電的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋文英.電力變壓器故障分析與技術(shù)改進(jìn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（22）：238.

[2]苗青. 電力變壓器鐵心線圈組松動(dòng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[3]賈邊成.電力變壓器常見故障診斷及分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2014，21（11）：100+102.

[4]馬崔. 電力變壓器的故障組合診斷技術(shù)[D].華北電力大學(xué)，2014.

[5]伍席文. 基于粗糙集理論的變壓器故障診斷與檢修決策方法[D].石河子大學(xué)，2013.