電力變壓器常見(jiàn)故障分析及處理

劉海江

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

變壓器在各種電氣系統(tǒng)中起著不可替代的作用，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工廠的能源輸送、轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)過(guò)程。得益于中國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的持續(xù)快速發(fā)展，能源供應(yīng)商的生產(chǎn)技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和演進(jìn)。越來(lái)越多的新變壓器被發(fā)明和安裝，以實(shí)現(xiàn)更多的功能和應(yīng)用，同時(shí)越來(lái)越多的不同型號(hào)、不同功能、容量變壓器被引進(jìn)，使得變壓器在實(shí)際運(yùn)行中很難配置安裝。變壓器故障影響電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行，給電力生產(chǎn)帶來(lái)不便。在日常生活和商業(yè)活動(dòng)中，間接影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，必須對(duì)電源變壓器的主要設(shè)備及時(shí)進(jìn)行故障診斷，解決運(yùn)行問(wèn)題。油浸變壓器是變壓器的一種，油中溶解氣體分析稱為DGA 技術(shù)，是一種廣泛用于故障診斷的滲透式油變分析檢測(cè)方法。隨著城市環(huán)境建設(shè)的逐漸發(fā)展，生活各領(lǐng)域?qū)δ茉吹男枨笕找嬖黾樱儔浩魇悄茉聪到y(tǒng)的重要組成部分，直接影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。長(zhǎng)期使用過(guò)程中，供電企業(yè)變壓器不可避免地會(huì)出現(xiàn)漏油等問(wèn)題。近年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能故障診斷技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。故障診斷準(zhǔn)確率高、速度快、可靠性好，極大地拓展了變壓器故障診斷的發(fā)展方向。本文在總結(jié)電力變壓器故障診斷方法的基礎(chǔ)上，提出了基于檢修變壓器的故障診斷方法，對(duì)如何提高變壓器的檢修能力提出一些看法。

1 故障分析與診斷中的問(wèn)題

1.1 電氣系統(tǒng)布線不規(guī)則

在實(shí)際工作環(huán)境中，電力變壓器往往線路復(fù)雜，不同的接頭和接線方式，使得線路布置不規(guī)則。另外，布線布局不規(guī)則容易混淆布線與工作人員的工作，造成設(shè)備損壞或安全事故。在將二次接線連接到復(fù)雜電路時(shí)容易出錯(cuò)。如果接錯(cuò)電線和接頭，電氣設(shè)備不能正常工作，影響電氣設(shè)備使用壽命，可能發(fā)生重大安全事故。正常情況下，技術(shù)人員必須對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的超溫問(wèn)題進(jìn)行診斷，技術(shù)人員可以在電線的另一端使用鋁材料，將連接部分改造成一個(gè)平面，用一層普通的原材料導(dǎo)線膏覆蓋，保證導(dǎo)線接口清潔、干燥。避免在高溫下產(chǎn)生誤差，有效確保變壓器安全，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

1.2 變壓器檢修人員能力不足

自動(dòng)控制專家阿洛夫·扎德教授提出一種模糊集合論，引起相關(guān)行業(yè)科學(xué)家的極大關(guān)注。模糊邏輯是一種學(xué)習(xí)語(yǔ)言、思維形式和模糊規(guī)律的方法，用來(lái)描述和定義與某類事物之間的不確定關(guān)系。作為一種有效的變壓器故障診斷方法，實(shí)際誤差與故障原因之間存在著許多模糊關(guān)系和不確定性。此時(shí)，模糊邏輯可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。人工網(wǎng)絡(luò)檢查是一門相對(duì)較新的科學(xué)領(lǐng)域，是一種數(shù)學(xué)模型。它采用的數(shù)據(jù)處理模型類似于人腦神經(jīng)的一個(gè)突出連接點(diǎn)，但應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究轉(zhuǎn)化診斷方面還存在一定局限性。因此，其他智能方法一般需要與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相配合，綜合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)相互補(bǔ)充，才能有效提高診斷的準(zhǔn)確性。但在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中仍存在一些不足，如誤差反向出現(xiàn)精度差等。該領(lǐng)域的研究人員不斷改進(jìn)該方法，如改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法參數(shù)可以顯著提高診斷的正確率。專家診斷雖然是人工智能的重要組成部分，但它是一種有著特殊經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的診斷系統(tǒng)，因此單獨(dú)討論。顧名思義，專家系統(tǒng)就是模仿具有特殊經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)的人類專家，解決一些復(fù)雜問(wèn)題的能力，不斷提高知識(shí)庫(kù)的內(nèi)部解決問(wèn)題能力，保證知識(shí)的新穎性和完整性。氣相色譜法就是專家系統(tǒng)綜合不同的故障檢測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確評(píng)估故障性質(zhì)，并使其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)變壓器的差異，以便創(chuàng)建個(gè)人診斷系統(tǒng)，可顯著提高診斷的準(zhǔn)確性。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)科技起步較晚，基礎(chǔ)薄弱。特別是能源變壓器技術(shù)，早期的電力變壓器維修技術(shù)相對(duì)落后，電力變壓器維修人員的知識(shí)水平不足。雖然改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)科技進(jìn)步很快，但我國(guó)高校教材中關(guān)于電力變壓器的相關(guān)知識(shí)和理論都是由老一輩專家起草的，與現(xiàn)代電力系統(tǒng)中電力變壓器的知識(shí)與理論之間存在差距。無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)中變壓器缺陷的診斷和維修，導(dǎo)致我國(guó)電力變壓器維修人員的水平和能力不足。

1.3 變壓器質(zhì)量不合格

我國(guó)能源供應(yīng)商生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展中，電力實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些非標(biāo)產(chǎn)品。一些生產(chǎn)企業(yè)或違法者從專門渠道低價(jià)購(gòu)買這些不合格產(chǎn)品，在市場(chǎng)上銷售，用于電力系統(tǒng)。這些產(chǎn)品的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，在實(shí)際工作中很容易出現(xiàn)差錯(cuò)。優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量是電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要前提。如果這些劣質(zhì)的電力變壓器混入電力系統(tǒng)運(yùn)行，不僅會(huì)造成電力變換器頻繁故障，還會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成不可彌補(bǔ)的損害。

2 變頻器故障類型及主要解決方法

2.1 電氣傳感器故障原因及分析

根據(jù)變壓器故障的不同，變壓器故障主要分為電路故障、磁路故障和機(jī)械故障。然而，在實(shí)際誤差分析過(guò)程中，人們往往根據(jù)出錯(cuò)的部位對(duì)變壓器的故障類型進(jìn)行分類，如隔離缺陷、分接開(kāi)關(guān)故障等。此外，在實(shí)際操作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)漏電和保護(hù)系統(tǒng)不正確的情況。同時(shí)，電力變壓器通常處于過(guò)載狀態(tài)，嚴(yán)重影響電力變換器的功能和壽命，使得變壓器在以后的運(yùn)行中的穩(wěn)定性得不到保證。

2.2 針對(duì)不同問(wèn)題制定不同的解決方案

鐵心對(duì)沖誤差直接影響電力變壓器正常運(yùn)行，大大降低了變壓器效率。技術(shù)人員必須注意鐵心表面缺陷，采取科學(xué)合理的方法進(jìn)行診斷和維護(hù)，用直流沖擊代替固定線，使基板在發(fā)生碰撞時(shí)可以重復(fù)使用，而不會(huì)損壞變壓器的地線安全穩(wěn)定，有效解決常見(jiàn)的核心控制錯(cuò)誤，保證變壓器正常使用。一種簡(jiǎn)單的閾值比較法是電力系統(tǒng)工作人員在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常使用的維護(hù)故障的方法。它記錄了穩(wěn)定運(yùn)行前變壓器的具體運(yùn)行參數(shù)，然后將故障變壓器的一些參數(shù)進(jìn)行比較。閾值比較法操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，對(duì)操作者的專業(yè)知識(shí)要求不高。但是，這種方法的缺點(diǎn)是分析精度差，因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中變壓器的容量，不可能達(dá)到每臺(tái)變壓器相同的參數(shù)，這樣操作人員很容易做出錯(cuò)誤決策。因此，一種簡(jiǎn)單的閾值比較法無(wú)法被廣泛應(yīng)用于變壓器內(nèi)部電路和電路故障的診斷。由于變壓器長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，不可避免地會(huì)漏油，嚴(yán)重增加電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，極易引發(fā)電力安全事故。在處理變壓器電阻管漏氣、漏油問(wèn)題時(shí)，必須先對(duì)變壓器內(nèi)的壓力閥進(jìn)行改造，降低功率轉(zhuǎn)換器漏油的可能性，提高變壓器的安全性和穩(wěn)定性，確保電力系統(tǒng)有效運(yùn)行。

缺陷綜合診斷法是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬系統(tǒng)檢測(cè)變壓器故障的方法。綜合診斷法要求技術(shù)人員首先在計(jì)算機(jī)上建立模型，然后在計(jì)算機(jī)模型中設(shè)置電力變壓器的相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)建立的模型對(duì)故障變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)變換器進(jìn)行修正。綜合誤差診斷方法耗時(shí)較長(zhǎng)，程序復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中所占比例不高。這一過(guò)程需要技術(shù)人員花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行技術(shù)建模，而且準(zhǔn)備周期太長(zhǎng)，因此這種方法不能在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)變壓器，電力變壓器不能在短時(shí)間內(nèi)重新啟動(dòng)。如果采用通用的故障診斷方法，一般采用備用功率傳感器代替，以保證變壓器系統(tǒng)的正常運(yùn)行，然后對(duì)故障電力變壓器進(jìn)行診斷和維修。

2.3 提高員工的綜合素質(zhì)

提高員工的綜合素質(zhì)，加強(qiáng)員工管理，提高員工的業(yè)務(wù)素質(zhì)和責(zé)任心。為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，必須對(duì)電源變壓器的主要設(shè)備及時(shí)進(jìn)行故障診斷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能故障診斷技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，除了成分含量外，用于診斷變壓器故障的溶解氣體也可用于診斷故障。人工智能診斷技術(shù)故障診斷準(zhǔn)確率高、速度快、可靠性好，極大地拓展了變壓器故障診斷的發(fā)展方向。一些變壓器技術(shù)人員不了解預(yù)防性試驗(yàn)的積極意義，片面認(rèn)為交流應(yīng)力試驗(yàn)不利于變壓器的絕緣，不利于傳感器的穩(wěn)定運(yùn)行。分析變壓器油的色譜和微量水，測(cè)量直流電流電阻等，以便及時(shí)識(shí)別變壓器的潛在問(wèn)題。這種預(yù)防性試驗(yàn)在許多實(shí)際操作中都有應(yīng)用，證明了其有效性，如通過(guò)分析變壓器油的色譜圖，即變壓器油的氣體成分，技術(shù)人員可以很好分析故障。電力企業(yè)必須按季度進(jìn)行定期預(yù)防性試驗(yàn)，為變壓器安全運(yùn)行創(chuàng)造良好條件，技術(shù)人員應(yīng)每季度進(jìn)行一次預(yù)防性試驗(yàn)。

2.4 建立每個(gè)傳感器的故障和維護(hù)文件

通過(guò)對(duì)電力變壓器故障的分析和維護(hù)檔案的建立，可以幫助員工了解變壓器運(yùn)行狀態(tài)，從而顯著提高電力變壓器維護(hù)和故障診斷水平。隨著人們生活質(zhì)量和能源需求的不斷提高，能源系統(tǒng)往往處于高負(fù)荷狀態(tài)。技術(shù)人員要根據(jù)電廠的工作實(shí)際和供電企業(yè)的工作條件，充分考慮電力變壓器工作條件，制定科學(xué)合理的檢修計(jì)劃，盡可能提高變壓器工作效率?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)、智能技術(shù)和數(shù)字技術(shù)被能源供應(yīng)商廣泛應(yīng)用。電力企業(yè)可以選擇安裝智能監(jiān)控系統(tǒng)，提高變壓器故障診斷和有條件檢修的效率，降低發(fā)生短路和隔離問(wèn)題的可能性。技術(shù)人員很難實(shí)現(xiàn)全面、高質(zhì)量的護(hù)理。利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)功能大大提高了故障診斷的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，提高了設(shè)備維護(hù)性，同時(shí)還必須與廠家加強(qiáng)技術(shù)點(diǎn)的溝通，及時(shí)將與用電相關(guān)的異常問(wèn)題反饋給廠家，找到科學(xué)合理的維修方案，保證變壓器良好運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

變壓器在電力系統(tǒng)中起著重要作用。加強(qiáng)對(duì)變壓器的診斷和管理，可以保證電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。變壓器作為電力系統(tǒng)的主要部件，一旦發(fā)生故障，直接影響人們生產(chǎn)和生活。企業(yè)必須做好變壓器故障診斷和狀態(tài)修復(fù)工作，確保供電企業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足人們對(duì)工業(yè)用電和日常用電的需求，促進(jìn)中國(guó)能源行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。