電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析的應(yīng)用

范小輝

（國網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

根據(jù)高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)檢測對象來劃分，需要定期檢測的高壓電力系統(tǒng)檢測設(shè)備主要有三種:使用高壓電氣時(shí)應(yīng)該對電力系統(tǒng)中所有電力設(shè)備的產(chǎn)品型號和生產(chǎn)原料進(jìn)行檢測，看其質(zhì)量是否滿足國家相關(guān)工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);對定期檢修過的設(shè)備等進(jìn)行內(nèi)部絕緣體性能檢測，檢測其內(nèi)部絕緣體的性能，檢測其完好性;采用定期自動(dòng)循環(huán)檢測方法對長時(shí)段或處于高壓電氣工作運(yùn)行狀態(tài)下的電力設(shè)備進(jìn)行定期檢測，以便查看這些電力設(shè)備是否滿足長時(shí)段使用高壓電氣作業(yè)能力的需求。

一、變壓器簡介

要說什么裝置可以改變交流電壓，必須是變壓器。其主要功能是保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。一次線圈、二次線圈和鐵芯是變壓器的三個(gè)主要部件。中頻變壓器、高頻變壓器和電子變壓器是特殊的變壓器，與電力變壓器有著明顯的區(qū)別。它們是根據(jù)用途來區(qū)分的。目前市場上銷售的變壓器和電力系統(tǒng)建設(shè)中使用的變壓器可以實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和電流轉(zhuǎn)換。變壓器在開始時(shí)沒有此功能。法拉利，原型變壓器的開發(fā)者，演示了電磁感應(yīng)的原理，人們理解了磁場的出現(xiàn)。法拉第感應(yīng)線圈實(shí)際上是第一臺(tái)變壓器的原型，但當(dāng)時(shí)只是學(xué)術(shù)研究。你把這個(gè)理論應(yīng)用到實(shí)踐中了嗎。電磁感應(yīng)原理提出50 年后，出現(xiàn)了具有實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)的電力變壓器。這是一種叫二次發(fā)電機(jī)的裝置。變壓器體積非常小，其由簡單的鐵芯和線圈組成。每個(gè)變壓器中線圈上有兩個(gè)或以上的繞組，繞組的存在用于交換電流電壓。變壓器工作的過程中鐵芯發(fā)揮作用，而兩個(gè)線圈間的磁耦合加強(qiáng)。兩個(gè)線圈之間完全沒有電的聯(lián)系。這兩個(gè)線圈分別接連在不同的裝置上，其中一個(gè)線圈接用電器，稱之為副線圈、也就是次級線圈，而另一個(gè)線圈則接在交流電源上，為原線圈、即初級線圈。變壓器根據(jù)電磁感應(yīng)的原理能完成電壓和電流的轉(zhuǎn)換，在實(shí)際中完全可將某一等級的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一等級的電壓和電流，并能做到同頻率。

二、變壓器的類型

1.按相數(shù)分：單相變壓器：用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。2.按冷卻方式：油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。干式變壓器：依靠空氣對流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)冷卻。3.按照繞組形式。雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級。三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個(gè)電壓等級。耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)，也作為普通的升壓或降后變壓器用。

三、常見的電力變壓器故障

（一）電力變壓器過熱故障

過熱故障是電力變壓器另一種常見的故障，主要是指電力變壓器在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體在與電力變壓器內(nèi)部絕緣部件接觸的過程中會(huì)加速絕緣部件的老化，從而增加了電力變壓器故障發(fā)生的概率。

（二）變壓器內(nèi)部構(gòu)件問題

鐵芯一般為硅鋼片，其由軟磁材料組成，線圈套在鐵芯上。硅鋼片長度會(huì)受主磁場影響而變化，硅鋼片長度伸縮之后隨之將會(huì)產(chǎn)生周期振動(dòng)。伸縮率越大鐵芯的形變率越大、伸縮率越小鐵芯的形變率越小，伸縮率與形變率存在正比關(guān)系。而鐵芯的形變量又與振動(dòng)頻率有關(guān)，隨著鐵芯形變量的加大振動(dòng)頻率增加，這時(shí)所產(chǎn)生的電磁信號容易出現(xiàn)誤差。硅鋼片之間的電位均勻分布才能保證變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行，如硅鋼片間的電位不均勻分布則會(huì)出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。環(huán)流現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一般是因?yàn)殍F芯沒有實(shí)現(xiàn)可靠接地，也可能是因?yàn)榻拥攸c(diǎn)超出了兩點(diǎn)以上?？傊?，環(huán)流現(xiàn)象的出現(xiàn)極有可能造成碳化故障，故障發(fā)生后后果不堪設(shè)想，其處理也較為棘手。

（三）互感器、變壓器套管和繞組試驗(yàn)問題

在互感器和變壓器中有很對絕緣紙，這些絕緣紙一旦受潮，含水量超標(biāo)時(shí)，設(shè)備就會(huì)受影響。想要判斷設(shè)備是否因?yàn)槭艹爆F(xiàn)象而產(chǎn)生影響，就要進(jìn)行互感器試測。在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)過程中，規(guī)定不同設(shè)備的互感值不可相同，每次測試后的數(shù)據(jù)都要和歷年值和出廠值做比較，還規(guī)定變壓器繞組的增量要控制在百分之三十以下?；ジ兄等绻?yàn)樵O(shè)備溫度影響而數(shù)值不穩(wěn)定，如果增量幅度大于±0.3%時(shí)，一定要停止設(shè)備的運(yùn)行。

（四）試驗(yàn)操作程序不規(guī)范

很多電氣設(shè)備在進(jìn)行交接試驗(yàn)過程中，由于操作程序不規(guī)范，所引發(fā)的問題相對來講也比較多。本身高壓電氣設(shè)備交接試驗(yàn)綜合性就比較強(qiáng)，我們只有確保操作過程的規(guī)范性，才不會(huì)產(chǎn)生安全隱患問題，進(jìn)而保障操作人員生命安全的同時(shí)，也能夠提高電氣設(shè)備的運(yùn)行安全。但是實(shí)際上，由于試驗(yàn)操作程序不夠規(guī)范，導(dǎo)致整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果不夠精準(zhǔn)，這樣對后續(xù)電氣設(shè)備試驗(yàn)工作會(huì)造成一定的影響。尤其是在現(xiàn)如今市場競爭趨勢日漸加劇的時(shí)代背景下，對于企業(yè)發(fā)展非常不利。另外，由于高壓電氣設(shè)備交接試驗(yàn)操作程序不夠規(guī)范，也會(huì)致使變電站處于不正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這對各行各業(yè)用電會(huì)帶來很多不便。除此之外，由于試驗(yàn)操作程序不夠規(guī)范，也會(huì)致使交接試驗(yàn)喪失價(jià)值，而工作人員也難以通過試驗(yàn)去正確評估電氣設(shè)備運(yùn)行狀況，這就會(huì)為后期電氣設(shè)備運(yùn)行埋下安全隱患。

四、電氣試驗(yàn)在變壓器故障檢測中的運(yùn)用

（一）重瓦斯保護(hù)動(dòng)作的處理

重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，變壓器各側(cè)開關(guān)跳開，變壓器退出運(yùn)行。拉開變壓器一次、二次側(cè)隔離開關(guān)，收集瓦斯繼電器的氣體進(jìn)行鑒別并做出如下處理決定：若氣體是無色、無嗅和不可燃的，則將氣體排出后，重新將變壓器投入運(yùn)行。若氣體是白色、有強(qiáng)烈臭味，但不可燃的氣體，則說明絕緣材料損傷，將氣體排出后，可暫時(shí)投入運(yùn)行。若氣體是淡黃色、帶強(qiáng)烈氣味，說明了變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，則應(yīng)取油樣化驗(yàn)其閃點(diǎn)；若其閃點(diǎn)較前次低于5℃以上時(shí)，應(yīng)停運(yùn)變壓器，并聯(lián)系檢修人員。

（二）絕緣監(jiān)測及絕緣故障定位系統(tǒng)

絕緣監(jiān)測與故障定位系統(tǒng)是通過向電網(wǎng)系統(tǒng)與電力變壓器之間注入 50 Hz 的交流信號，監(jiān)測供電系統(tǒng)對電力變壓器的絕緣狀況。當(dāng)被監(jiān)測到的絕緣電阻阻值低于預(yù)先設(shè)定值（一般為 50 kΩ）時(shí)，監(jiān)測儀發(fā)出警報(bào)信號，通知有關(guān)人員及時(shí)排查。為確保系統(tǒng)運(yùn)行的可靠穩(wěn)定，絕緣監(jiān)測儀設(shè)有預(yù)警報(bào)與警報(bào)，預(yù)警報(bào)為警報(bào)閾值的2倍。所以，工作人員首先會(huì)接到預(yù)警報(bào)信號。如果故障未解除，當(dāng)絕緣電阻值低于警報(bào)響應(yīng)值時(shí)，聲光警報(bào)同時(shí)啟動(dòng)。通過絕緣故障定位儀，迅速判斷對應(yīng)故障回路，節(jié)省了搶修時(shí)間，提高了工作效率，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

（三）紅外檢測與診斷技術(shù)

紅外檢測與診斷技術(shù)是電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢測與故障診斷的重要技術(shù)。根據(jù)異常溫度檢測結(jié)果判斷電力變壓器故障，為相關(guān)人員處理故障提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。因此，我國各大電廠及相關(guān)部門可以根據(jù)紅外檢測診斷技術(shù)改進(jìn)電力變壓器故障診斷技術(shù)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，減少電力變壓器故障造成的損失。各大電廠及相關(guān)部門可以借助紅外測溫儀、紅外熱像儀和紅外熱電視，開展電力變壓器運(yùn)行與故障檢測工作。紅外測溫儀是利用光學(xué)原理檢測電力變壓器溫度的儀器，可以在 700 ℃范圍內(nèi)檢測電力變壓器的高、中、低 3 個(gè)溫度，并通過若干個(gè)瞄準(zhǔn)點(diǎn)的方式分析設(shè)備的表面溫度，幫助相關(guān)工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力變壓器中存在的故障問題，為相關(guān)工作人員解決電力變壓器故障問題提供了重要的參照數(shù)據(jù)。紅外熱像儀是一個(gè)通過紅外線傳感器接收、放大和處理電力變壓器紅外線信號，可把圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢妶D像的測量儀器。在檢測電力變壓器故障時(shí)，可以通過監(jiān)視器以不同的顏色表示電力變壓器的不同溫度，從而幫助相關(guān)工作人員了解電力變壓器內(nèi)部各組件的運(yùn)行情況，使相關(guān)工作人員正確掌握電力變壓器故障的成因，并根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)營需求及時(shí)解決故障，保證電力變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（四）油化檢測技術(shù)

正常情況下變壓器的油應(yīng)當(dāng)是無污染透明的，肉眼觀察發(fā)現(xiàn)不了任何的懸浮物或雜質(zhì)，而在正常情況下油的顏色會(huì)呈現(xiàn)為淡黃色?？赏ㄟ^變壓器油狀態(tài)和顏色來判斷變壓器是否存在問題，日常中較為常見的有兩種情況，一種是變壓器受潮而另一種是變壓器雜質(zhì)侵染。無哪個(gè)情況發(fā)生變壓器油的狀態(tài)都會(huì)改變，不再純凈透明，另外顏色也能從最初的淡黃變?yōu)辄S白色，這時(shí)不用借助工具就能明顯看出變壓器油中存在絮狀物。當(dāng)出現(xiàn)這一情況時(shí)問題是比較嚴(yán)重的，物質(zhì)的存在將會(huì)極大地縮減變壓器的壽命，變壓器出現(xiàn)故障無法進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)換，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的問題?？蓵r(shí)常進(jìn)行油擊穿試驗(yàn)，從中了解變壓器的具體情況。

（五）溶解氣體分析技術(shù)

運(yùn)行過程中，變壓器油中溶解的氣體釋放，當(dāng)釋放量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障。相關(guān)工作人員可以通過分析溶解氣體判斷電力變壓器出現(xiàn)的故障，從而制定科學(xué)的故障解決措施，提高變壓器故障的解決效率。首先，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)變壓器故障類型，詳細(xì)了解油中溶解氣體的標(biāo)準(zhǔn)及種類。在檢查電力變壓器故障時(shí)，可以快速判斷釋放的氣體，以便保證故障診斷的精確性。其次，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)油中溶解氣體分析要求，詳細(xì)了解不同氣體之間的關(guān)系，通過應(yīng)用三比值法，準(zhǔn)確判斷氣體故障，快速找到電力變壓器出現(xiàn)故障的原因，并制定科學(xué)的解決方案，保證電力變壓器穩(wěn)定運(yùn)行。最后，相關(guān)工作人員在判斷電力變壓器故障的過程中，應(yīng)當(dāng)做好油中溶解氣體分析的詳細(xì)記錄工作，記錄每次電力變壓器故障出現(xiàn)的現(xiàn)象、診斷方式與維修方式，為電力變壓器故障診斷提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

（六）電力變壓器的絕緣試驗(yàn)

電力變壓器的絕緣試驗(yàn)不能盲目進(jìn)行，在進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)前一定要先了解具體情況。電力變壓器的絕緣試驗(yàn)，一種根據(jù)試驗(yàn)性質(zhì)進(jìn)行分類而另一種是根據(jù)試驗(yàn)的范圍進(jìn)行分類。前者一定要注意要控制電壓、避免電壓過高。進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)不會(huì)對設(shè)備造成負(fù)面影響，還是比較提倡進(jìn)行的。工作人員進(jìn)行電力變壓器的絕緣試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行試驗(yàn)過程出現(xiàn)的物理現(xiàn)象記錄，之后借助專業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的判斷，判斷出設(shè)備的絕緣能力大小。電力變壓器潛在的缺陷與隱患可通過絕緣試驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)的過程中可以定時(shí)間，在試驗(yàn)結(jié)束后注意再次進(jìn)行鑒別試驗(yàn)，從而保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

五、結(jié)語

綜上，電力變壓器電氣高壓試驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的質(zhì)量問題，在高壓試驗(yàn)條件下檢驗(yàn)變壓器各項(xiàng)參數(shù)性能，從根本上提升了變壓器的性能測試效果。關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真學(xué)習(xí)先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)，在工作中多發(fā)現(xiàn)問題，多學(xué)習(xí)總結(jié)有用經(jīng)驗(yàn)，盡快適應(yīng)新形勢。尤其是在內(nèi)部絕緣問題測試時(shí)，利用升壓過程可持續(xù)加壓，觀察變壓器在實(shí)際超負(fù)荷運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的擊穿問題、接地問題等，降低了由變壓器自身缺陷引起的電力事故，為電力項(xiàng)目有效施工和安全運(yùn)營奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。