變壓器故障檢測與診斷技術研究現(xiàn)狀

林景垞

(廣東電網(wǎng)有限責任公司佛山供電局變電管理二所，廣東 佛山 528300)

1 引言

安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地開展電能運輸，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行的基本要求。變壓器作為電力系統(tǒng)、國家電網(wǎng)體系中最為關鍵的核心設備之一，具有種類多樣、型號多變、布設廣泛等特征，是電力系統(tǒng)實現(xiàn)電壓變化、電能分配等作業(yè)的基本設備。由于電力系統(tǒng)變壓器需要長期帶負荷運轉(zhuǎn)，通常出現(xiàn)故障的幾率比一般其他電力設備更高。同時，由于我國當前電網(wǎng)系統(tǒng)升級，各種跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、調(diào)度等越來越多，變壓器的故障若不能及時診斷并修復，一旦發(fā)生故障往往容易引起某一電網(wǎng)局部出現(xiàn)鏈式反應。因此，針對變壓器開展日常故障檢測與診斷，是在變壓器發(fā)生故障之前就能夠及時幫助電網(wǎng)工作人員開展修復的必要手段，對電力系統(tǒng)而言具有重要的指導意義。

2 典型電力變壓器結構

圖1所示為電力系統(tǒng)最為常見的油浸式變壓器結構圖。該型號電力變壓器是一種靜止的電氣設備，不具有小車功能，能夠滿足不同電壓等級復合，是一種最常見的電力系統(tǒng)電能輸送、電壓變化裝置。該型號電力變壓器最常見的故障多集中在繞組、端子排、套管、鐵心等位置[1]。

圖1 某型號油浸式電力變壓器結構示意圖

3 常見故障位及原因分析

3.1 常見故障位

表1所示為典型電力變壓器常見故障類型匯總。電力系統(tǒng)常用變壓器多屬于直接暴露與自然環(huán)境下帶負荷長期作業(yè)。因此，無法避免由于零部件老化而帶來部分故障，如端子排因雨雪天氣而受潮、套管老化或出現(xiàn)裂紋、分接開關出現(xiàn)油泄漏等。加入不及時發(fā)現(xiàn)并排出這些故障，在長期的帶風險作業(yè)過程中極易引發(fā)電力系統(tǒng)故障，嚴重的甚至有可能造成電網(wǎng)系統(tǒng)大面積停電等。

表1 電力變壓器常見故障位

3.2 變壓器故障原因分析

由表1種進行的電力變壓器常見故障類型分析可知，電力變壓器最常見的故障多是因為長期暴露與惡劣環(huán)境下造成的絕緣材料損壞、老化等。除自然環(huán)境外，熱烈化、沖擊、外部短路等也是造成電力變壓器故障的主要原因。本文將通過磁路、繞組、絕緣、結構的順序?qū)ψ儔浩鞴收显蜻M行詳細分解。

3.2.1 磁路

造成電力變壓器磁路故障的原因主要集中在:①穿心螺桿等用于加緊電力變壓器內(nèi)部鐵心等部件的絕緣材料被通過變壓器的電流擊穿，引起鐵心與鐵疊片中的部分零部件產(chǎn)生短路和局部渦流；②內(nèi)部連接鐵心及其周邊結構件的緊固螺栓因電磁作用而產(chǎn)生振動，使鐵心及其周邊部件的絕緣性能受到影響；③鐵心及其周邊零部件因加工問題或環(huán)境問題出現(xiàn)毛刺、雜物或彎折，引發(fā)鐵心及鐵疊片形成局部短路；④鐵心疊片因長期工作或安裝問題形成變質(zhì)，最終增加鐵心疊片的鐵損使變壓器內(nèi)部溫度升高超過設計范圍而使內(nèi)部零部件損壞[2]。

3.2.2 繞組

繞組多發(fā)生在變壓器內(nèi)部，其主要原因有以下幾種:

(1)由于進入變壓器的空氣中帶有水分而產(chǎn)生受潮。

(2)繞組的紙包扁鋁線的棱曲率半徑較小。

(3)由于繞組的質(zhì)量問題而導致其與電阻的接觸面增大，進而產(chǎn)生熱量，當熱量達到一定溫度時，會導致絕緣油的局部炭化。

(4)繞組匝間短路及繞組對地短路的原因有三方面:

3.3 結構件中發(fā)生的故障原因

(1)當氣體繼電器沒有定時查漏補缺或不按照規(guī)定補充油時，可能會導致繼電器出現(xiàn)故障。

(2)變壓器的絕緣收縮會影響變壓器繞組，需要采取相應的措施來阻止繞組引起的短路。

(3)變壓器不滿足并列運行條件要求。

(4)變壓器會在生產(chǎn)和運輸過程中造成一定程度上的損壞，如焊接質(zhì)量不佳，運輸造成的變壓器漏油等問題。

(5)冷卻油及冷卻介質(zhì)故障原因。油浸式變壓器的絕緣性能不單是受有一種原因造成，它會受多方面影響，如氧化、受潮等。而變壓器絕緣性能變化會造成閃絡放電等。對于特種冷卻介質(zhì)的變壓器，會因密封是否牢固而產(chǎn)生影響，使氣壓下降，冷卻效果差，絕緣性能下降也導致故障發(fā)生。

(6)運行操作不當、維護不周引起故障。

4 變壓器故障檢測與診斷方法

4.1 油浸變壓器的外觀檢查

(1)漏油。當看到變壓器表面出現(xiàn)黑色液體或發(fā)光的時候，應該考慮變壓器是否出現(xiàn)漏油情況，通常情況下變壓器都裝有油位計，可以從油位計的數(shù)值上判斷是否出現(xiàn)漏油。

(2)通過人體感官去查看變壓器的溫度。

(3)呼吸器的吸濕劑嚴重變色。變壓器吸濕劑嚴重變色多數(shù)是因為受潮、墊圈損壞、呼吸器破損、倒油太多等。變壓器中送用的吸濕劑多為活性氧化鋁(Al2O2)類物質(zhì)，當吸收一定量的濕氣(23%左右)之后會從原本的藍色變?yōu)榉凵?，當出現(xiàn)此類情況時需要進行再生處理。

4.2 機械類檢測裝置

4.2.1 瓦斯氣體繼電器

瓦斯氣體繼電器多適用于帶油枕的變壓器，主要是因為以下兩點:該材料屬于中絕緣材料、觸點供輕，較適用于報警使用，當變壓器內(nèi)的材料發(fā)生故障而產(chǎn)生熱分解時，產(chǎn)生的氣體會進入繼電器的氣室，當氣體積攢到一定數(shù)量時會觸動瓦斯點而產(chǎn)生動作；對觸點用于重故障，該情況多因變壓器內(nèi)部的絕緣擊穿、斷線等原因引起的，致使變壓器內(nèi)壓力增大，油急速流向油枕時繼電器重瓦斯觸點動作[3]。

4.2.2 防爆裝置

變壓器內(nèi)部防爆裝置多用于氣壓升高時，當變壓器內(nèi)部郵箱向外釋放壓力時用于保護郵箱和散熱器的裝置。

4.3 電氣類檢測裝置

(1)差動繼電器。該繼電器是通過在變壓器的一次側和二次側安裝了電流互感器，在電流互感器的基礎上通過變壓器匝數(shù)和短路事故所出現(xiàn)的電流差值進行工作，因此，差動繼電器開始工作時，一般是變壓器匝間短路出現(xiàn)了故障。

(2)過電流繼電器。該設備屬于繼電器保護設備，一般在出現(xiàn)短路或超負荷的情況下進行工作。當過流繼電器開始工作時，如果不是變壓器外部出現(xiàn)短路或負荷，就要查看是否是變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路問題。

4.4 利用儀器儀表檢測

當變壓器發(fā)生故障時，首先檢測變壓器內(nèi)部的噴油程度與位置，然后結合變壓器的負電情況和電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀等采取措施保護繼電器動作狀態(tài)。變壓器內(nèi)油中的含氣情況、絕緣情況、絕緣油情況等的分析都需要使用專業(yè)的儀器儀表進行檢查診斷，再根據(jù)檢測信息作出故障判斷。

5 結語

現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行最基本的要求便是安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的開展電能運輸，同時變壓器也是電力系統(tǒng)最核心的設備之一。傳統(tǒng)的變壓器故障檢測與診斷技術方法單一、工程實用性不強、故障識別率低等，無法滿足我國當前電網(wǎng)系統(tǒng)升級。針對變壓器開展日常故障檢測與診斷，是在變壓器發(fā)生故障之前就能夠及時幫助電網(wǎng)工作人員開展修復的必要手段，對電力系統(tǒng)而言具有重要的指導意義[4]，因此，在變壓器故障智能診斷方面還需進一步的研究和完善。