電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析中的應(yīng)用

王世澤 甘浩成 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司

一、引言

對(duì)變壓器而言，其在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中起關(guān)鍵作用，同時(shí)，變壓器在電力系統(tǒng)中是最主要的輸變電設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，其主要安裝在電力系統(tǒng)的末端，數(shù)量較多且總?cè)萘枯^大。如果變壓器在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生故障，會(huì)給整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成不利影響，因此，要采取針對(duì)性的措施提高變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定防護(hù)力度。目前，在電力行業(yè)，絕大部分企業(yè)對(duì)變壓器進(jìn)行故障檢查和分析時(shí)，主要采用電氣試驗(yàn)方法，高效的利用電氣試驗(yàn)方法能夠?qū)ψ儔浩鬟\(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行綜合分析，并做出準(zhǔn)確判斷，從而就能采取措施及時(shí)解決故障，提高變壓器在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。

二、變壓器正常運(yùn)行的重要性意義

對(duì)于變壓器，其主要作用是對(duì)用電系統(tǒng)的電壓進(jìn)行控制，如果產(chǎn)生故障，會(huì)影響電力系統(tǒng)的正常供電，甚至還會(huì)產(chǎn)生漏電、起火、爆炸的現(xiàn)象，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成不利影響。因此，變壓器正常運(yùn)行在整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中占據(jù)重要地位[1]。

三、變壓器主要的故障及原因

（一）繞組形變故障

在變壓器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果產(chǎn)生短路電流，就會(huì)給變壓器內(nèi)部相關(guān)部件造成沖擊，從而產(chǎn)生繞組故障。在發(fā)生繞組故障時(shí)，其最嚴(yán)重的便是近期短路故障，一旦產(chǎn)生短路沖擊電流，就會(huì)使得變壓器繞組承受電動(dòng)力的值瞬間升高到數(shù)百倍，而繞組的溫度也會(huì)急劇升高，從而降低了線圈的機(jī)械能，并產(chǎn)生嚴(yán)重的繞組故障。此外，部分變壓器的繞組線圈在受到短路電流時(shí)還會(huì)產(chǎn)生變形，而傳統(tǒng)的頻率響應(yīng)法和短路電抗法均無(wú)法準(zhǔn)確的判斷繞組產(chǎn)生的故障。如果采用離線吊芯檢查法，不僅需要投入大量的人力、物力和財(cái)力資源，還會(huì)給變壓器自身的繞組造成損害。

（二）鐵芯故障

對(duì)變壓器的鐵心而言，其是由非鐵性鐵磁材料硅鋼片組成，然而，變壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，硅鋼片在交變磁場(chǎng)中，自身的長(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生變化，從而便會(huì)產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象，一定程度上會(huì)給芯片勵(lì)磁頻率造成不利影響。一般而言，變壓器鐵芯振動(dòng)頻率主要以100 赫茲為基礎(chǔ)，當(dāng)歸鋼片的磁致伸縮率過(guò)大時(shí)，鐵心的形變量便會(huì)逐漸增加，使得鐵芯會(huì)頻繁震動(dòng)，實(shí)際上，除了基頻振動(dòng)以外，鐵心振動(dòng)還包含基頻整數(shù)倍的高頻附加振動(dòng)信號(hào)。此外，如果變壓器鐵芯內(nèi)部的絕層破損或油箱的底部存在大量油漬，會(huì)降低變壓器內(nèi)部的絕緣性能，部分絕緣漆會(huì)脫落，使得鐵芯暴露在空氣中，從而引發(fā)變壓器運(yùn)行故障。

四、變壓器故障及其檢修方法

對(duì)于變壓器而言，其主要是由線圈和磁芯構(gòu)成，其自身運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性與材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外界環(huán)境干擾等存在直接聯(lián)系。如果變壓器在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生安全故障，會(huì)給整個(gè)電力系統(tǒng)造成不利影響，容易產(chǎn)生失穩(wěn)和癱瘓的現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使得部分電氣設(shè)備燒毀。因此，在對(duì)變壓器相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，主要采用電氣試驗(yàn)的方法對(duì)變壓器設(shè)備的油溫、油壓等進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)的結(jié)果與變壓器標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果該值與標(biāo)準(zhǔn)值存在差距，則說(shuō)明設(shè)備存在運(yùn)行故障，就需要采取有效措施對(duì)缺陷部位進(jìn)行檢修，從而就能為變壓器的正常運(yùn)行提供保障。因此，電氣試驗(yàn)是變壓器分析過(guò)程中重要的手段，主要對(duì)設(shè)備的電氣特性、絕緣特性等進(jìn)行狀態(tài)分析，并為檢修工作提供信息參考依據(jù)。

五、電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析中的應(yīng)用

（一）絕緣油試驗(yàn)的應(yīng)用

一般而言，變壓器在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)加入絕緣油，因此，需要開展絕緣油試驗(yàn)，確保使用的絕緣油能夠滿足變壓器的實(shí)際運(yùn)行要求。對(duì)于變壓器而言，其在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)油的絕緣性質(zhì)要求較高，而且，液態(tài)油液需要存在一定的流動(dòng)性，在變壓器內(nèi)部能夠進(jìn)行流動(dòng)，這才能將設(shè)備中的空氣全部排出。一般，高質(zhì)量的絕緣油其密度都會(huì)大于空氣的密度，這才能對(duì)空氣起一定的阻礙作用，確保變壓器內(nèi)部不會(huì)因空氣進(jìn)入而產(chǎn)生氧化反應(yīng)，為相關(guān)的設(shè)備零部件提供了良好的保護(hù)作用。在絕緣油試驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)油液擊穿電壓、含水量、酸值、界面張力、體積電阻率等指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，然后將所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上確定絕緣油的質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于空氣相比變壓器而言，其自身絕緣油液存在較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度，能夠提高變壓器內(nèi)部相關(guān)部件的絕緣性，確保繞組與鐵心部件之間產(chǎn)生良好的絕緣效果。在試驗(yàn)過(guò)程中，要對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)的分析，如果在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備油液不合格，要及時(shí)進(jìn)行更換，保證變壓器設(shè)備能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行[2]。

（二）直流電阻試驗(yàn)的應(yīng)用

在進(jìn)行直流電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要將直流電通在變壓器的上部件位置，然后就能將該部件視為直流電阻，這樣就能對(duì)變壓器內(nèi)部 電路的電阻值進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合測(cè)量到的電阻值，就能判斷設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)線是否存在問(wèn)題，從而保證導(dǎo)線接觸安全。如果變壓器內(nèi)部部件發(fā)生故障，則利用直流電阻試驗(yàn)的方式就能準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的位置，然后就能及時(shí)安排專業(yè)人員對(duì)故障排除。在實(shí)際試驗(yàn)操作過(guò)程中，需要按照嚴(yán)格的專業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，使用正確的測(cè)試儀器，將變壓器繞組的出線端和測(cè)試線進(jìn)行準(zhǔn)確連接，這才能得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而就能推斷變壓器設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生短路或斷路故障的位置。此外，在對(duì)變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的繞組進(jìn)行直流電阻測(cè)量操作時(shí)，要對(duì)分接位置進(jìn)行記錄，然后再讀取測(cè)量的數(shù)據(jù)。同時(shí)，測(cè)量過(guò)程中也要對(duì)環(huán)境溫度做好精準(zhǔn)的記錄，這才能提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。試驗(yàn)完成以后，對(duì)變壓器設(shè)備進(jìn)行放電處理，然后按照規(guī)定的流程將測(cè)量線全部拆除，并關(guān)閉儀器電源，最終對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就能判斷變壓器設(shè)備是否存在運(yùn)行問(wèn)題。

（三）絕緣電阻和泄漏電流試驗(yàn)

對(duì)直流電壓，當(dāng)其作用在介質(zhì)上時(shí)，其會(huì)在介質(zhì)表面產(chǎn)生傳導(dǎo)電流、吸收電流和幾何電流。對(duì)幾何電流，其是極短暫的充電電流，瞬間加壓值非常大，在極短時(shí)間內(nèi)會(huì)下降到零。對(duì)傳導(dǎo)電流，其是泄漏電流，也是電導(dǎo)電流，傳導(dǎo)電流的值處于恒定狀態(tài)，數(shù)值的變化與加壓時(shí)間不存在直接聯(lián)系。如果介質(zhì)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)受潮、表面臟污、局部缺陷等現(xiàn)象，其數(shù)值就會(huì)產(chǎn)生一定的變化規(guī)律，傳導(dǎo)電流主要能夠?qū)^緣電阻值進(jìn)行測(cè)量。此外，對(duì)于吸收電流而言，其大小與測(cè)量的絕緣電阻吸收比存在直接聯(lián)系。

（四）短路試驗(yàn)的應(yīng)用

在保證變壓器處于額定電流條件下，用短路試驗(yàn)方法能夠?qū)ψ儔浩鬟\(yùn)行過(guò)程中發(fā)生短路現(xiàn)象所造成的損耗以及阻抗電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。對(duì)變壓器除電壓一測(cè)的繞組，需要利用人為的方式讓繞組短路，然后才能開展短路試驗(yàn)，操作完成以后，就能檢測(cè)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。對(duì)變壓器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程而言，其會(huì)產(chǎn)生一定的短路故障，主要產(chǎn)生的原因是油箱設(shè)計(jì)不合理、電路熱量過(guò)高等方面，如果存在以上情況，就會(huì)產(chǎn)生變壓器短路現(xiàn)象，從而給設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。因此，利用短路試驗(yàn)?zāi)軌蚣皶r(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的油箱壁是否產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，或者變壓器局部變熱產(chǎn)生的原因，以此來(lái)檢驗(yàn)變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生短路現(xiàn)象的原因，從而就能為設(shè)備后期的檢修過(guò)程提供數(shù)據(jù)信息參考依據(jù)。在短路試驗(yàn)期間，要對(duì)阻抗電壓、短路損耗等進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中要保證測(cè)量線路、電源與空載試驗(yàn)條件相同，在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)果進(jìn)行偏差控制，如果測(cè)量結(jié)果大于二220kV，則要確保初值差小于3%，相位間偏差小于2%；如果測(cè)量值小于110kV，則相位間偏差要小于3%，初值差不得大于5%，這才能提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為設(shè)備后期合理的檢修提供便利[3]。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)變壓器故障而言，如果沒有及時(shí)處理，就會(huì)給相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行造成不利影響，同時(shí)，也會(huì)給后期工作人員順利開展設(shè)備檢修工作造成不便，提高了設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生安全事故的可能性。因此，工作人員在充分了解設(shè)備運(yùn)行故障現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，利用電氣實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)υO(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的故障問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，結(jié)合分析的結(jié)果制定科學(xué)合理的檢修辦法，在此過(guò)程中就能設(shè)定變壓器最穩(wěn)定的運(yùn)行數(shù)據(jù)，即使產(chǎn)生運(yùn)行故障，也能為后期設(shè)備的檢修工作提供便利和數(shù)據(jù)參考依據(jù)，從而保證變壓器的正常安全運(yùn)行。