電力變壓器故障分析與檢修策略研究

武 艷，門三義

（洛陽師范學(xué)院，河南洛陽 471023）

0 引言

電力設(shè)備維修具有兩個(gè)主要的作用，一是維持設(shè)備可靠安全運(yùn)行；二是若電力設(shè)備發(fā)生故障和異常，以盡可能快的速度和最小經(jīng)濟(jì)成本恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。

1 電力設(shè)備檢修方式發(fā)展

電力設(shè)備維修是伴隨著工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過程復(fù)雜程度的發(fā)展而不斷發(fā)展。起初由于電網(wǎng)設(shè)備功能和結(jié)構(gòu)簡單，單獨(dú)的一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障對(duì)電網(wǎng)的影響有限，在設(shè)備發(fā)生故障后由電力工人查找故障進(jìn)行維修[1]。

到20 世紀(jì)80 年代初，電網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大，電力設(shè)備的數(shù)量和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度提高，單一的設(shè)備發(fā)生故障對(duì)電網(wǎng)有一定的影響，電力行業(yè)成立專門的維修部門按照規(guī)定的檢修標(biāo)準(zhǔn)和周期進(jìn)行定時(shí)維護(hù)和檢修。隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，規(guī)模更大的電網(wǎng)互聯(lián)，設(shè)備的集成化程度提高，單一設(shè)備故障會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。對(duì)電力設(shè)備的檢修方式和檢修可靠程度和效果有了更高的要求。

計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的發(fā)展使得在線監(jiān)測和診斷成為可能，利用監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)形成以電網(wǎng)高可靠性的維修方式進(jìn)一步發(fā)展。即電力設(shè)備正在由設(shè)備故障停運(yùn)檢修向根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)合理提出檢修策略，由被動(dòng)檢修向主動(dòng)檢修的方向發(fā)展[2]。

2 配電網(wǎng)變壓器配置情況

降低損耗是配電變壓器發(fā)展的主要趨勢。三相變壓器按冷卻和絕緣類型可分為油浸式變壓器和干式變壓器；從鐵芯結(jié)構(gòu)上又可分為疊片式和卷鐵芯，后者能有效降低鐵芯損耗[3]。

針對(duì)某城市配電網(wǎng)的電壓器類型和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中S9型油浸變壓器464 臺(tái)，S7 型油浸變壓器486 臺(tái)，S9 型干式變壓器10 臺(tái)，S10 型干式變壓器3 臺(tái)，配電變壓器型號(hào)分類統(tǒng)計(jì)見表1，某配電營業(yè)部管轄的變壓器中以S7 及以上型號(hào)的油浸式變壓器為主，干式變數(shù)量極少。經(jīng)過配網(wǎng)改造，配電變壓器中已經(jīng)沒有S7 以下型號(hào)的高損變型號(hào)。

表1 某城市配電變壓器型號(hào)分類統(tǒng)計(jì)

3 變壓器故障時(shí)間分布、原因分析與危害

2018 年至2021 年，該部門管轄和維護(hù)的配電變壓器共發(fā)生故障117 次。變壓器故障發(fā)生重點(diǎn)部位如圖1 所示。其中變壓器本體是發(fā)生故障較為頻繁的部位。

圖1 變壓器故障發(fā)生重點(diǎn)部位

針對(duì)變壓器這些部位的故障類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，變壓器故障一般表現(xiàn)為電氣故障和非電氣故障兩大類。

3.1 短路故障分析與危害

變壓器短路故障的主要形式有相間短路故障、匝間短路故障以及單相接地短路故障。產(chǎn)生變壓器短路故障的原因有很多，但最為主要的原因是由于變壓器繞組絕緣老化而引起的絕緣破壞[4]。如變壓器長期過負(fù)荷運(yùn)行而發(fā)熱，發(fā)熱引起絕緣老化；變壓器受潮或是內(nèi)部油溫過高引起的絕緣性能下降；雷電引起的過電壓導(dǎo)致絕緣擊穿等都有可能引起變壓器短路故障[5]。

變壓器發(fā)生短路故障最大的危害為短路故障會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流。由于變壓器繞組間的應(yīng)力與電流平方成正比，導(dǎo)致變壓器繞組間應(yīng)力突然增大，使得變壓器發(fā)生振動(dòng)、內(nèi)部零件具有破壞的可能。另外，短路電流會(huì)產(chǎn)生大量的熱，加劇變壓器老化速度，其絕緣擊穿，從而增加變壓器短路的概率，形成惡性循環(huán)；甚至?xí)龤ё儔浩?，使得變壓器發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故。

3.2 斷路故障分析與危害

變壓器發(fā)生斷路故障的原因有很多。如變壓器由于過負(fù)荷運(yùn)行使得繞組溫度長時(shí)間過高或流過短路電流產(chǎn)生大量熱量燒壞變壓器繞組，使得繞組發(fā)生斷路故障；變壓器流過大的短路電流產(chǎn)生的應(yīng)力使得變壓器接頭產(chǎn)生松動(dòng)；變壓器引下線出現(xiàn)斷股故障、變壓器開關(guān)接頭接觸不良等。

電力系統(tǒng)斷路故障大多是單相斷路故障，其對(duì)電網(wǎng)的影響雖然沒有短路故障嚴(yán)重，但是也會(huì)產(chǎn)生一定的危害。其會(huì)引起電網(wǎng)的電氣量不對(duì)稱情況，特別是電網(wǎng)中的負(fù)序分量會(huì)增大，使得異步電機(jī)無法正常工作，繼電保護(hù)動(dòng)作甩掉大量負(fù)荷。

3.3 鐵芯故障分析與危害

變壓器鐵芯故障發(fā)生的概率不大，但隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的增長，鐵芯故障也有可能發(fā)生。鐵芯疊片絕緣損壞引發(fā)的鐵芯短路故障、鐵芯接地碰殼故障是變壓器鐵芯故障的主要原因。發(fā)生鐵芯故障的直接危害是增大鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，使得鐵芯溫度過高，進(jìn)而引起纏繞在它上面的繞組溫度過高，加速變壓器繞組絕緣老化。

3.4 變壓器機(jī)械故障分析與危害

變壓器機(jī)械故障屬于非電氣故障類型，如變壓器外殼由于外力產(chǎn)生的變形與破裂；散熱器及冷卻器的堵塞或裂紋、變壓器套管炸裂；有載調(diào)壓變壓器發(fā)生有載分接開關(guān)觸頭接觸不良、折斷、錯(cuò)位或變形等故障。

引起變壓器機(jī)械故障的主要原因?yàn)椋和饬Φ纫蛩刈饔靡鹱儔浩魍鈿ぷ冃位蛱坠芷屏眩话l(fā)生短路故障產(chǎn)生的應(yīng)力使得套管破裂，使用期過長、操作頻繁引起的有載調(diào)壓變壓器開關(guān)接觸不良等。其需要變壓器退出運(yùn)行進(jìn)行更換從而影響供電的可靠性。

除此之外，變壓器冷卻絕緣油系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生一系列故障，如漏油故障、絕緣油老化等。其產(chǎn)生的危害有時(shí)嚴(yán)重，如發(fā)生油箱爆炸等。

4 電力變壓器檢修策略

目前的變壓器檢修過程中定期檢修為主要檢修方式，有時(shí)在變壓器運(yùn)行狀態(tài)正常的情況下也需要其退出運(yùn)行進(jìn)行檢修。是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的供電可靠性依賴于電力設(shè)備的完好率，特別是變壓器這種大型、重要的電力設(shè)備，其故障可能導(dǎo)致大片區(qū)域停電，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行形成的影響較大。所以電力企業(yè)十分重視電力變壓器的檢修，甚至可能產(chǎn)生過剩檢修，以確保其在正常情況下萬無一失。

但從長期運(yùn)行檢驗(yàn)來看，過剩檢修也會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成一些不利的影響。

（1）當(dāng)設(shè)備不需要維修而維修造成人力物力的不必要消耗，增加經(jīng)濟(jì)成本負(fù)擔(dān)。

（2）過剩檢修造成的不必要的停電情況大大降低電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

（3）在檢修過程可能出現(xiàn)對(duì)設(shè)備完好部分損害的情況，從而增加設(shè)備在維修后運(yùn)行中的故障率。

所以電力設(shè)備的維修工作需要合理的檢修模式和科學(xué)的管理方式才能實(shí)現(xiàn)維修綜合效益最大化。由變壓器類型與故障類型的統(tǒng)計(jì)得知，油浸式變壓器仍為變壓器重點(diǎn)檢修對(duì)象。結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本和電網(wǎng)可靠性要求，變壓器檢修采用的方法為日常巡視和狀態(tài)檢修。

日常巡檢主要通過噪聲判斷與狀態(tài)觀察。在變壓器由于過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生諧振；機(jī)械部件松動(dòng)會(huì)增大設(shè)備振動(dòng)幅度等都會(huì)產(chǎn)生較大、不同于變壓器正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的噪聲，檢修人員可通過不同噪聲初步判斷變壓器的故障類型和位置。

狀態(tài)觀察主要通過檢修人員日常維護(hù)觀察設(shè)備的優(yōu)劣狀態(tài)，如引線接線是否良好、是否發(fā)生漏油故障，變壓器外殼是否發(fā)生形變、變壓器套管是否發(fā)生裂痕等。另外，可借助儀器觀察變壓器狀態(tài)，如利用吸濕計(jì)觀察變壓器受潮狀態(tài)，利用溫度計(jì)觀察變壓器油溫度是否正常等。

變壓器狀態(tài)檢修通常包括離線診斷和在線診斷兩種。

（1）離線診斷中預(yù)防性試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)變壓器多種異?；蚬收?。油色譜分析的異常檢測技術(shù)、電氣試驗(yàn)、絕緣性能試驗(yàn)、變壓器出口斷路故障檢測等是變壓器離線診斷的主要內(nèi)容，以發(fā)現(xiàn)變壓器在絕緣性能、變壓器油等存在的隱患，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制訂合理的檢修計(jì)劃。

（2）在線診斷中利用電檢測法、聲波檢測法、紅外成像檢測法、脈沖帶電流檢驗(yàn)法、超高頻檢測法等先進(jìn)的檢測技術(shù)和手段可以實(shí)時(shí)檢測變壓器內(nèi)部發(fā)生的缺陷和異常，提高變壓器狀態(tài)檢修的有效性[6]。

另外，以可靠性為中心的檢修正逐步發(fā)展，通過變壓器故障、缺陷、老化程度的及時(shí)診斷，由診斷結(jié)果結(jié)合檢修理論提出合理的大修或部件更換計(jì)劃，避免變壓器過度檢修造成的停運(yùn)現(xiàn)象，提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，是更為先進(jìn)的方法和理念。

5 結(jié)束語

對(duì)某配電營業(yè)部管轄的變壓器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與故障分析，根據(jù)故障的特點(diǎn)和危害，為變壓器提出切實(shí)可行的檢修策略。