配電變壓器聲音波形在故障分析中的應用

張營緘

（國網山東省電力公司濟南市長清區(qū)供電公司，山東濟南，250300）

0 引言

配電變壓器是整個供電系統(tǒng)的重要組成部分，其運行狀態(tài)對送電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有決定影響，對居民的日常生活用電質量具有直接影響，所以供電企業(yè)應當加強對配電電壓器故障的日常維護和管理工作的重視。利用聲音波形分析故障，有利于實時監(jiān)控配電變壓器的工作量，保證電壓器能夠正常輸送電能。

1 配電變壓器聲音與運行狀態(tài)的對應關系

供電企業(yè)的工作人員在對配電變壓器長期運行實踐進行觀察研究后發(fā)現(xiàn)，配電變壓器的聲波頻率在不同運行狀態(tài)下，存在明顯不同的對應關系。當配電變壓器處于正常運行狀態(tài)，由于交流電在通過變壓器繞組時，會在鐵芯中間產生周期性交變磁通，從而引起鐵芯振動，進而發(fā)出“嗡嗡”的聲音。當配電變壓器處于過負荷狀態(tài)，由于交流電通過變壓器繞組的電流過大，使得鐵芯中間交變磁通密度增加，導致鐵芯硅鋼片振動強度增大，從而發(fā)出比正常運行時略響的“嗡嗡”聲[1]。當大容量設備啟動時，因為電流負荷變化發(fā)生巨大變化且受到高次諧波作用，所以配電變壓器會瞬間發(fā)出較響的“哇哇”聲。除上述幾種情況外，當配電變壓器內部接觸不良或出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時，會發(fā)出類似于“吱吱”、“噼啪”的聲音；當供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，由于會有大量非周期電流通過配電變壓器，使得磁通密度大幅度增加，導致鐵芯嚴重飽和，致使配電變壓器發(fā)出大且刺耳的噪音。

2 聲音波形在配電變壓器故障分析中的應用

2.1 利用聲音波形判斷配電變壓器故障

2.1.1 聲音表現(xiàn)為大且嘈雜

利用聲音波形對配電變壓器故障進行分析，能夠取得良好的檢測分析效果。當配電變壓器的聲音表現(xiàn)為音大且嘈雜時，說明是配電變壓器的鐵芯出現(xiàn)了問題，例如夾緊鐵芯的螺釘出現(xiàn)松動現(xiàn)象。當處于儀表指示正常、絕緣油顏色無變化、溫度要素無變化等情況下，若配電變壓器在運行時出現(xiàn)嘈雜聲音，那么工作人員應當立即改變該變壓器的運行狀態(tài)，并對停止后的變壓器進行故障檢查。

2.1.2 聲音表現(xiàn)為似水沸騰

如果配電變壓器在運行過程中，出現(xiàn)如同水沸騰一般的“咕嚕咕嚕”的氣泡聲，那么可能是變壓器的繞組出現(xiàn)故障問題。當配電變壓器繞組周邊零件形成一定溫度，就會出現(xiàn)發(fā)熱油化的現(xiàn)象，如果持續(xù)運行變壓器就會出現(xiàn)像水沸騰一樣的聲音，此時若不停止變壓器運行，就會導致配電變壓器短路，影響整個供電系統(tǒng)的電力輸送效率和質量。出現(xiàn)上述故障的原因主要是配電變壓器的分接開關接觸不良，導致變壓器內部繞組局部點嚴重過熱。

2.1.3 出現(xiàn)類似爆炸和放電的聲音

如果配電變壓器出現(xiàn)類似于“嘶嘶”的爆炸聲，這就說明配電變壓器的器身絕緣體出現(xiàn)擊穿故障，絕緣體的絕緣效果沒有真正發(fā)揮出來，不僅會出現(xiàn)漏電風險，還會影響整個配電變壓器的正常運行。另外，如果變壓器出現(xiàn)“吱吱”的放電聲，則說明配電變壓器的管套出現(xiàn)故障問題，只有當變壓器的輸電管道表面發(fā)生局部放電現(xiàn)象，才會出現(xiàn)這種聲音。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因大致是因為配電變壓器長期處于外界環(huán)境中，當受到惡劣氣候條件的影響時，變壓器管道會出現(xiàn)電暈輝光、紫色小火花，如圖1所示。此時，工作人員應當及時去除管道周邊污漬并涂上一層硅油用作防護，檢測鐵芯與地面各項帶電部分的距離是否發(fā)生偏離[2]。

圖1 配電變壓器管道出現(xiàn)小火花

2.1.4 聲音波形呈現(xiàn)連續(xù)、規(guī)律性撞擊或摩擦

當配電變壓器在運行過程中，出現(xiàn)具有連續(xù)性、規(guī)律性的撞擊聲或摩擦聲，說明配電變壓器內部受到靜電影響。由于零部件在配電變壓器運行時會發(fā)生或大或小的振動頻率，有時會與內部機械設備或零件發(fā)生接觸、碰撞，從而導致靜電放電現(xiàn)象，進而形成上述不同聲音表現(xiàn)。此時，工作人員可以先對配電變壓器進行溫度測量，如沒有發(fā)生異常問題，便可以通過適當降低運行強度的方法來減少靜電因素的影響，促使配電變壓器和供電系統(tǒng)皆能安全穩(wěn)定運行。

2.2 聲音數(shù)據(jù)對比法

由于配電變壓器處于不同工作狀態(tài)會發(fā)出不同聲音，所以工作人員可以通過利用聲音波形對聲音數(shù)據(jù)進行對比，來反應配電變壓器的運行狀態(tài)。對此，工作人員首先應當將配電變壓器處于正常運行狀態(tài)下的聲音波形和各種不同運行狀態(tài)下的聲音波形全部記錄下來，利用計算機將其制成聲音波形數(shù)據(jù)模型庫。其次，要在配電變壓器上安裝一個專門的聲音采集裝置對聲音進行采集，將采集到的聲音信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至主站調度端。然后，由負責監(jiān)控的工作人員利用計算機等高新設備對變壓器進行實時監(jiān)控，對其運行產生的聲音進行分析，并將其分析結果與聲音波形數(shù)據(jù)模型庫進行對比。最后，結合配電變壓器實際運行情況進行具體分析，從而得出變壓器是否出現(xiàn)故障問題。

工作人員在建立聲音波形數(shù)據(jù)模型庫時，可以借鑒以下幾點建議，以此保證數(shù)據(jù)的精準性和科學性：第一，全面掌握配電變壓器的負荷情況，配電變壓器的負荷情況主要包括峰值達到負荷頂峰、平均負荷、谷值產生一定負荷以及空載情況下產生的聲波。第二，根據(jù)供電系統(tǒng)產生的電壓進行分析，供電系統(tǒng)會在正常條件、超越極限、產生諧振等情況下產生電壓，工作人員要對不同情況產生的電壓進行系統(tǒng)分析。第三，厘清聲音波形產生原因，由于配電變壓器受到溫度影響也會產生聲音波形，所以工作人員在記錄聲音波形時，應當分清聲音波形的具體產生原因，當變壓器處于零攝氏度以下、零攝氏度到六十攝氏度之間、超過六十攝氏度這幾個溫度階段時，會產生聲音波形。第四，配電變壓器發(fā)生故障問題時產生的聲音類型主要有：當電磁出現(xiàn)共振現(xiàn)象時，配電變壓器的聲音會隨之發(fā)生變化，此時的聲音波形會與正常運行狀態(tài)下的波形不同；當配電變壓器處于超負荷運行時，會發(fā)出“咯咯”的聲音波形；當配電變壓器內部零件出現(xiàn)脫落現(xiàn)象時，聲音波形會變得十分紊亂；當配電變壓器的接頭被燒斷時，會呈現(xiàn)出“吱吱”的聲音波形；當配電變壓器表面出現(xiàn)裂紋時，則會有“嘶嘶”的聲音波形；當配電變壓器出現(xiàn)短路現(xiàn)象時，聲音波形相較于上述五種情況會有明顯改變[3]。

2.3 通過溫度產生的聲音波形判斷故障

通過上述分析可知，配電變壓器的溫度發(fā)生變化時，也會產生聲音波形，如果變壓器的溫度不斷上升，其內部零部件就會因為高溫而出現(xiàn)油化現(xiàn)象，從而發(fā)出“滋滋”或“咕嚕咕?！钡穆曇舨ㄐ?。通常情況下，會引起配電變壓器發(fā)生高溫的原因大致有以下幾種：1.變壓器內部層間出現(xiàn)短路現(xiàn)象；2.鐵芯發(fā)生短路故障；3.出現(xiàn)磁漏現(xiàn)象；4.長時間處于超負荷狀態(tài)；5.沒有安裝散熱裝置或長時間沒有對其進行維護。當配電變壓器出現(xiàn)高溫時，工作人員一定要盡快查明原因，及時采取針對性解決措施，如果是變壓器內部出現(xiàn)問題，應立即停止使用，以此保證配電變壓器能夠穩(wěn)定安全運行，從而保證供電系統(tǒng)輸送電能的高效性。