電力變壓器高壓試驗(yàn)方法及故障解決措施分析

莫小紅

摘 要：電力變壓器作為變換交流電壓、電流而傳輸電力能源的一種電氣設(shè)備，在電力能源供給過程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。一旦電力變壓器出現(xiàn)運(yùn)行故障，將直接影響電壓轉(zhuǎn)換、分配與傳輸，進(jìn)而給人們的生產(chǎn)、生活造成諸多不利影響。因此，本文將圍繞電力變壓器高壓試驗(yàn)的方法與步驟，針對(duì)變壓器故障而采取的有效解決措施展開全面論述。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;高壓試驗(yàn);運(yùn)行故障;解決措施

中圖分類號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0161-02

1 電力變壓器高壓試驗(yàn)方法與步驟

1.1 測(cè)量絕緣電阻試驗(yàn)

測(cè)量絕緣電阻是簡(jiǎn)單易行的一種高壓試驗(yàn)方法，通過對(duì)絕緣電阻數(shù)值的測(cè)量，能夠確定絕緣整體是否受潮、是否老化，潔凈度是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。比如以測(cè)量110kV高壓變壓器的絕緣電阻為例，首先考慮影響絕緣吸收比的因素，分析判定外界溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果有哪些不良影響。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果外界溫度超過35℃，干燥絕緣吸收比到達(dá)峰值后將快速下降，而受潮絕緣吸收比就會(huì)呈現(xiàn)出不規(guī)律變化態(tài)勢(shì)。因此，為了提高測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)度，在測(cè)量試驗(yàn)開始前，事先采取升溫或者降溫措施，使試驗(yàn)溫度始終保持在35℃以下。

1.2 測(cè)量變壓比試驗(yàn)

在測(cè)量電力變壓器的變壓比試驗(yàn)中，較為常用的試驗(yàn)方法是電橋法，除此之外還有雙電壓表法，但是，與雙電壓表法相比，電橋法具有識(shí)別度高、誤差小、抗干擾能力強(qiáng)、試驗(yàn)過程安全穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。變壓比測(cè)量試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)在于接線組別，只有事先判定接線組別才能使高壓試驗(yàn)順利進(jìn)行，這就需要在測(cè)量變壓比時(shí)，應(yīng)當(dāng)同步進(jìn)行連寫組別的試驗(yàn)，主要試驗(yàn)方法包括交流電壓表法、相位法、電橋法、直流感應(yīng)法以及組別表法。由于組別表法所采用的專用儀表設(shè)施能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)量出變壓器的組別、相序以及極性等參數(shù)，因此，這種方法的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高。

1.3 測(cè)量泄露電流試驗(yàn)

泄露電流是電力變壓器一項(xiàng)重要的運(yùn)行參數(shù)，在測(cè)量試驗(yàn)中，常常借助于專用測(cè)試儀，測(cè)試電壓應(yīng)保證在2.5kV以下。而直流兆歐表與工作電壓不相匹配，因此，可以采取加直流高壓試驗(yàn)法，以提高測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度。如果實(shí)測(cè)結(jié)果超過低壓狀態(tài)下的電流數(shù)值，可以證實(shí)電力變壓器的高壓絕緣電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于低壓絕緣電阻，這時(shí)，變壓器本身將無(wú)法正常運(yùn)行，變壓器的防泄漏功能也將喪失，這就極易埋下重大的安全事故隱患[1]。

1.4 變壓器的局部放電試驗(yàn)

非破壞性試驗(yàn)是變壓器局部放電試驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目，該試驗(yàn)主要包括兩種方法：第一種方法是預(yù)激磁電壓以工頻電壓為主，當(dāng)電壓值降到放電試驗(yàn)的適用電壓區(qū)間內(nèi)，在保持15min左右的時(shí)間后，對(duì)局部放電多少進(jìn)行測(cè)量。第二種方法是預(yù)激磁電壓以過電壓為主，當(dāng)電壓值降到放電試驗(yàn)的適用電壓區(qū)間內(nèi)，在保持90min左右后，測(cè)量局部放電量。為了使測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)，在試驗(yàn)過程中，可以綜合考量絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接地電極表面場(chǎng)、絕緣介質(zhì)的場(chǎng)強(qiáng)承受能力等，并且可以忽略主絕緣與縱絕緣的放電現(xiàn)象。

1.5 測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)

作為絕緣預(yù)防性基礎(chǔ)測(cè)試項(xiàng)目之一，通過介質(zhì)損耗因數(shù)可以準(zhǔn)確判定出電力變壓器的絕緣性能。當(dāng)電力變壓器處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，變壓器絕緣損耗量與介質(zhì)損耗因數(shù)的大小息息相關(guān)。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)人員能夠及時(shí)掌握絕緣整體是否出現(xiàn)受潮或者老化現(xiàn)象。與泄漏電流的測(cè)量試驗(yàn)相比，測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)參考價(jià)值更高。這主要是由于高壓試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果與設(shè)備體積大小并沒有直接關(guān)聯(lián)，只要參照介質(zhì)損耗因數(shù)便可以清晰直觀地獲取電力變壓器的絕緣信息。

2 電力變壓器的故障類型

2.1 設(shè)備運(yùn)行噪聲

電力變壓器在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生噪聲的原因較多，歸結(jié)起來主要涵蓋以下六個(gè)方面。第一，當(dāng)變壓器外部一些大容量的動(dòng)力設(shè)備啟動(dòng)后，使變壓器整體負(fù)荷量增大，這時(shí)，變壓器的運(yùn)行聲音也就隨之增大，比如電弧爐或者可控硅整流器等設(shè)備，本身運(yùn)轉(zhuǎn)噪音較大，并且這種動(dòng)力性噪聲存在諧波分量，這一分量將過多的負(fù)荷傳導(dǎo)給變壓器，而出現(xiàn)噪聲。第二，隨著用電量的增加，變壓器本身承載的負(fù)荷量增加，這時(shí)，變壓器的運(yùn)行聲音將逐漸升高，而發(fā)出嗡嗡的噪聲。第三，由于變壓器始終處于持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果檢修頻率較低，內(nèi)部各個(gè)零部件在振動(dòng)效應(yīng)的影響下而產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象，這時(shí)，變壓器就會(huì)發(fā)出不均勻的噪聲，比如螺絲緊固不牢導(dǎo)致鐵芯松動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)高頻噪聲。第四，由于變壓器內(nèi)部線路接觸不良或者絕緣防護(hù)被擊穿，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部出現(xiàn)劈啪的噪聲。第五，當(dāng)變壓器系統(tǒng)有短路電流通過，機(jī)體也會(huì)發(fā)生較大的聲響。第六，當(dāng)產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象時(shí)，變壓內(nèi)部將伴有大小不等、粗細(xì)不均勻的聲響。電力變壓器噪聲輕則影響附近居民的正常休息，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)更大的故障而減緩變壓器的使用壽命。

2.2 系統(tǒng)油溫升高

如果變壓器系統(tǒng)油溫達(dá)到極限值后，極易給內(nèi)部運(yùn)行組件造成損壞。而導(dǎo)致油溫升高的原因主要是由于渦流或者用來緊固鐵芯的穿芯螺絲出現(xiàn)絕緣失效現(xiàn)象，當(dāng)內(nèi)部鐵芯長(zhǎng)時(shí)間處于高熱環(huán)境時(shí)，硅鋼片本身的絕緣防護(hù)功能就會(huì)喪失， 鐵損值加大，油溫就會(huì)迅速升高。另外，當(dāng)硅鋼片與穿芯螺絲出現(xiàn)短接情況時(shí)，螺絲體就會(huì)有強(qiáng)電流通過，使螺絲溫度不斷攀升，這時(shí)，即便電力變壓器在正常負(fù)載與冷卻方式下，油溫也會(huì)不斷升高[2]。

2.3 繼電保護(hù)功能喪失

繼電保護(hù)是確保電力變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置，當(dāng)繼電保護(hù)器出現(xiàn)運(yùn)行故障，變壓器就會(huì)中止運(yùn)行，進(jìn)而影響整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。比如變壓器的瓦斯保護(hù)裝置主要包括輕瓦斯與重瓦斯兩種動(dòng)作，當(dāng)輕瓦斯動(dòng)作發(fā)出預(yù)警信號(hào)后，重瓦斯就會(huì)完成跳閘動(dòng)作，使變壓器機(jī)體不會(huì)受到破壞。其中，產(chǎn)生輕瓦斯動(dòng)作的主要原因包括以四個(gè)方面。第一，由于變壓器內(nèi)部的濾油、加油以及冷卻裝置密封性差，以至于外界空氣進(jìn)入到變壓器當(dāng)中，導(dǎo)致輕瓦斯動(dòng)作發(fā)出預(yù)警信號(hào)。第二，當(dāng)變壓器出現(xiàn)漏油現(xiàn)象或者內(nèi)部溫度迅速下降，導(dǎo)致油位緩速下降，這時(shí)也會(huì)產(chǎn)生輕瓦斯動(dòng)作。第三，由于變壓器內(nèi)部積存少量氣體，引發(fā)運(yùn)行故障，而出現(xiàn)輕瓦斯動(dòng)作。第四，由于變壓器內(nèi)部線路出現(xiàn)短路現(xiàn)象，這時(shí)，瓦斯保護(hù)也會(huì)發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)。

2.4分接開關(guān)故障

電力變壓器在運(yùn)行過程中，油箱箱體有時(shí)發(fā)出吱吱的放電聲響，電流表在聲波的作用下，將出現(xiàn)指針偏移現(xiàn)象，這時(shí)，繼電保護(hù)器就會(huì)發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)，這是由于變壓器的分接開關(guān)出現(xiàn)故障，而究其原因主要包括以下四個(gè)方面。第一，分接開關(guān)的鍍銀層強(qiáng)度小，在內(nèi)部組件運(yùn)行時(shí)，極易產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，使鍍銀層的保護(hù)功能喪失，或者開關(guān)觸頭的連接彈簧壓力減小，使觸頭的接觸面積變小，這時(shí)，分接開關(guān)也會(huì)出現(xiàn)異常運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象。第二，由于短路電流的持續(xù)作用，導(dǎo)致分接開關(guān)接觸不良，而產(chǎn)生故障。第三，在切換分頭位置時(shí)出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，將燒損分接開關(guān)。第四，隨著變壓器內(nèi)部絕緣材料的性能逐步降低，絕緣效果不良，這時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生過電壓，進(jìn)而出現(xiàn)短路事故，使分接開關(guān)的正常功能喪失。

2.5 其它故障類型

除以上運(yùn)行故障外，電力變壓器在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，也極易出現(xiàn)以下故障：即油色變化明顯、油枕或者防爆管噴油、三相電壓不平衡以及絕緣套管閃絡(luò)和爆炸等。油色變化明顯時(shí)，絕緣性能下降，這時(shí)，變壓器外殼失去防護(hù)作用而極易被電流擊穿。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于油內(nèi)的碳粒含量或者水分含量升高，導(dǎo)致油品閃點(diǎn)下降。油枕或者防爆管噴油是由于二次系統(tǒng)發(fā)生短路現(xiàn)象，而使瓦斯保護(hù)拒動(dòng)，這時(shí)，變壓器內(nèi)部的防爆管極易堵塞，而在高溫高熱作用下，變壓器油將噴射而出，而影響變壓器的安全運(yùn)行。三相電壓不平衡故障的產(chǎn)生原因主要包括三個(gè)方面：第一，三相荷載不均，使得中性點(diǎn)發(fā)生偏移。第二，變壓器出現(xiàn)鐵磁諧振。第三，內(nèi)部繞組的局部區(qū)域發(fā)生層間短路現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致三相電壓不平衡。絕緣套管閃絡(luò)與爆炸主要是由于套管密封性不好，使變壓器內(nèi)部滲入過多水分，或者套管的電容芯子存在質(zhì)量缺陷，產(chǎn)生游離放電現(xiàn)象，也會(huì)引發(fā)爆炸等安全事故。

3 電力變壓器故障的有效解決措施

3.1鐵芯損壞的解決措施

造成鐵芯損壞的原因多數(shù)與穿心桿或者螺桿的絕緣防護(hù)有關(guān)，當(dāng)絕緣受損時(shí)，穿心螺桿與鐵芯疊片就會(huì)出現(xiàn)兩點(diǎn)連接的情況，這時(shí)，鐵芯就會(huì)產(chǎn)生環(huán)形電流，導(dǎo)致局部區(qū)域過熱，嚴(yán)重的還會(huì)燒毀鐵芯。當(dāng)出現(xiàn)這種故障時(shí)，檢修人員首先檢查鐵芯的外觀，或者利用直流電壓電流的方法來測(cè)量鐵芯疊片的絕緣電阻。如果鐵芯接地片出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象時(shí)，變壓器就會(huì)斷續(xù)放電，輕則產(chǎn)生不均勻噪聲，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致繼電器動(dòng)作。因此，當(dāng)接地片斷裂時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)予以更換，以避免變壓器出現(xiàn)運(yùn)行中斷的現(xiàn)象。

3.2 繞組相間短路的解決措施

出現(xiàn)這種故障時(shí)，短路電流瞬時(shí)增大，而極易引起油氣化膨脹或者爆炸現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)這種情況，繼續(xù)保護(hù)裝置會(huì)發(fā)生故障預(yù)警信號(hào)。為避免這種情況的出現(xiàn)，檢修人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢查繞組對(duì)油箱的絕緣電阻數(shù)值，同時(shí)，通過油簡(jiǎn)化試驗(yàn)的方法來檢測(cè)和判定繞組的損壞情況，以有效防止噴油現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 繞組對(duì)地部分短路故障的解決措施

導(dǎo)致繞組對(duì)地部分出現(xiàn)短路故障的主要原因是由于變壓器油水分含量升高，導(dǎo)致絕緣保護(hù)功能喪失，此外，絕緣老化或者線圈內(nèi)部出現(xiàn)異物都可能引發(fā)短路現(xiàn)象。當(dāng)繞組對(duì)地部分出現(xiàn)短路故障后，繼電器將發(fā)出預(yù)警信號(hào)，防爆管出現(xiàn)噴油現(xiàn)象，而差動(dòng)與過流保護(hù)都會(huì)動(dòng)作，這時(shí)可以測(cè)量繞組對(duì)油箱的絕緣電阻數(shù)值，也可以通過油簡(jiǎn)化試驗(yàn)的方法來檢測(cè)與判定短路部位。

3.4 繞組匝間短路故障的解決措施

變壓器在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，繞組匝間的絕緣保護(hù)功能將逐漸弱化，當(dāng)保護(hù)功能完全喪失時(shí)，就會(huì)損壞繞組而出現(xiàn)相間短路現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)短路現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)，不僅瓦斯保護(hù)會(huì)動(dòng)作，而且差動(dòng)保護(hù)也會(huì)動(dòng)作。這時(shí)，系統(tǒng)的空載損耗值就會(huì)明顯增大。出現(xiàn)這種故障時(shí)，檢修人員需要對(duì)吊芯以及油箱冷卻管進(jìn)行檢查，查看冷卻管是否存在堵塞現(xiàn)象，并利用測(cè)量?jī)x表對(duì)測(cè)量直流電阻，并保持10%～20%的額定電壓，做空載試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，如果損壞位置出現(xiàn)白色煙霧，則可以判定準(zhǔn)確的故障位置，另外也可以通過油簡(jiǎn)化試驗(yàn)的方法來排查短路故障。

3.5 斷線故障的解決措施

變壓器的連接線路的接頭如果在焊接過程中，出現(xiàn)焊接不牢的情況，則極易產(chǎn)生短路電流，一旦電流過大就有可能燒毀導(dǎo)線，而使變壓器的正常運(yùn)行受到影響。出現(xiàn)斷線故障常常伴隨電弧，導(dǎo)致相間短路。為了降低斷線故障率，檢修人員可以采取吊芯的方法，測(cè)量直流電流電阻值，或者對(duì)絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)繞組重新進(jìn)行繞線處理。

4結(jié)語(yǔ)

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，變壓器作為變換電壓的中樞設(shè)備，始終是供電系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。但是，由于變壓器始終處于持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，運(yùn)行故障難以避免，這就要求檢修人員應(yīng)當(dāng)制訂針對(duì)性的檢查計(jì)劃，并不斷提升專業(yè)技術(shù)水平，以便于及時(shí)確認(rèn)和判定故障位置與故障類型，采取“標(biāo)本兼治”的方法降低故障率，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭卓帆.電力變壓器高壓試驗(yàn)及故障處理[J].中小企業(yè)管理與科技，2020（3）：160-161.

[2] 張譯天.電力變壓器高壓試驗(yàn)技術(shù)及故障處理[J].科學(xué)與財(cái)富，2019（26）：115.