電氣試驗在變壓器故障分析中的應(yīng)用

魏 巍

（內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)寶康路國網(wǎng)蒙東電力檢修公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

0 引 言

變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一，承擔(dān)著電能傳輸和轉(zhuǎn)換的重要任務(wù)。然而，變壓器在運行過程中可能會出現(xiàn)各種故障，如繞組短路、接地故障、絕緣老化等，這些故障可能會導(dǎo)致變壓器輸出電壓不穩(wěn)定，甚至引起火災(zāi)等嚴(yán)重后果，給社會生產(chǎn)帶來極大的損失。因此，對變壓器進行故障分析和診斷具有重要的意義。電氣試驗作為變壓器故障分析中不可或缺的一部分，可以通過檢測變壓器內(nèi)部的電學(xué)參數(shù)，判斷變壓器的狀態(tài)。電氣試驗包括直流電阻試驗、絕緣電阻試驗、交流耐壓試驗以及局部放電試驗等，這些試驗可以有效地發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的問題，為變壓器的維護和管理提供重要的技術(shù)支持。

1 變壓器概況

1.1 變壓器的組成和類型

變壓器是電力系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備之一，主要由鐵芯、高壓繞組以及低壓繞組構(gòu)成。高壓繞組和低壓繞組也可以稱為初級線圈和次級線圈，初級線圈接入高電壓，次級線圈接入低電壓，變壓器通過鐵芯的磁耦合作用實現(xiàn)了電壓的變換。鐵芯是變壓器的主要結(jié)構(gòu)部件，由高導(dǎo)磁率的硅鋼片疊成，其作用是導(dǎo)磁、傳遞磁場，同時減小鐵損和渦流損耗。變壓器的輸入電壓經(jīng)過高壓繞組降壓后，再經(jīng)過鐵芯的磁耦合作用輸出到低壓繞組。外殼用來保護鐵芯和繞組，并起到隔離電氣和機械的作用[1]。

根據(jù)電力系統(tǒng)的需要，變壓器可以分為多種類型，如油浸式變壓器、干式變壓器、自耦變壓器等。油浸式變壓器如圖1 所示，通常用于電力系統(tǒng)的輸電和變電環(huán)節(jié)，能夠承受高電壓和大電流的沖擊，且具有良好的冷卻效果。干式變壓器適用于場所較小，對安全性和環(huán)保要求較高的場所。自耦變壓器則可以實現(xiàn)較大范圍的電壓調(diào)節(jié)，通常用于電力系統(tǒng)中的電氣負(fù)荷調(diào)節(jié)等應(yīng)用場景。

圖1 油浸式變壓器

1.2 變壓器缺陷和常見故障

變壓器在長期運行過程中可能會出現(xiàn)各種缺陷和故障，影響變壓器的性能和使用壽命，甚至導(dǎo)致變壓器故障[2]。常見的變壓器缺陷和故障主要包括如下幾種。

（1）繞組短路和接地故障。這是最常見的變壓器故障之一，通常由繞組內(nèi)部絕緣失效導(dǎo)致。

（2）繞組接頭不良。由于接頭設(shè)計不合理或接頭松動等問題導(dǎo)致接觸不良，從而引發(fā)局部過熱和故障。

（3）鐵芯飽和。當(dāng)變壓器工作在飽和磁通密度下時，輸出電壓會變得不穩(wěn)定，甚至可能引起過熱和損壞。

（4）油漏和油位異常。變壓器內(nèi)部的油是冷卻和絕緣的重要介質(zhì)，當(dāng)油位異常或發(fā)生漏油時，會影響變壓器的性能和壽命。

（5）局部放電和電暈。這些問題通常由于絕緣老化、油污染或接觸不良等引起，可能導(dǎo)致變壓器損壞。

1.3 壓器故障的影響和防范

變壓器故障的影響通常較為嚴(yán)重，可能會導(dǎo)致停電、生產(chǎn)停滯、設(shè)備損壞甚至火災(zāi)等后果。為了防范變壓器故障，可采取以下措施進行預(yù)防，具體如表1 所示。

表1 預(yù)防措施

2 電氣試驗概況

2.1 電氣試驗概念

電氣試驗指通過施加電壓、電流等物理量，對電力設(shè)備和電力系統(tǒng)進行測試與檢驗的一種方法。通過電氣試驗，可以檢測設(shè)備的絕緣強度、接觸電阻、漏電流等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部可能存在的缺陷和故障。通常采用專用的試驗設(shè)備和工具，如高壓發(fā)生器、接地電阻測試儀等，在電力設(shè)備的制造、調(diào)試以及維護過程中發(fā)揮著重要的作用，可以有效提高設(shè)備的質(zhì)量和安全性。同時，電氣試驗是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，可以保障電力系統(tǒng)的安全運行。常見的電氣試驗包括直流電阻試驗、絕緣電阻試驗、交流耐壓試驗以及局部放電檢測等[3]。

2.2 電氣試驗常見分類

電氣試驗按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為多種類型，下面是幾種常見的分類方式：（1）按照試驗對象分類，包括發(fā)電機、變壓器、開關(guān)設(shè)備、電纜等試驗；（2）按照試驗?zāi)康姆诸?，包括設(shè)備出廠試驗、設(shè)備安裝調(diào)試試驗、設(shè)備運行監(jiān)測試驗等；（3）按照試驗電壓分類，包括低壓試驗、高壓試驗和超高壓試驗；（4）按照試驗波形分類，包括直流電阻試驗、交流耐壓試驗、沖擊電壓試驗等；（5）按照試驗方法分類，包括基本電氣量測量法、電流電壓互感器比值法、短路阻抗測量法等。

不同的試驗分類方式適用于不同的試驗需求，選擇合適的試驗方式可以提高試驗的準(zhǔn)確性和效率，同時保證電力設(shè)備的安全性和可靠性。

2.3 電氣試驗主要應(yīng)用領(lǐng)域

電氣試驗在多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，具體如表2所示。

表2 電氣試驗的應(yīng)用領(lǐng)域

3 電氣試驗判斷變壓器故障

3.1 直流電阻試驗

直流電阻試驗主要用于測量電氣設(shè)備內(nèi)部的電阻值。在變壓器故障分析中，直流電阻試驗可以幫助判斷變壓器內(nèi)部的故障情況，如繞組接頭松動、銅導(dǎo)體氧化等。

3.1.1 試驗原理

直流電阻試驗原理是根據(jù)歐姆定律，通過在試驗對象上施加一定電壓，測量電流值并計算得到電阻值。在變壓器的直流電阻試驗中，通常采用四線法測量變壓器的繞組電阻值。四線法可以有效消除測試線路電阻對測量結(jié)果的影響，提高測量精度。

3.1.2 試驗步驟

（1）連接測試線路，將測試儀器的電極依次連接變壓器繞組兩端，使用四線法連接，以消除測試線路電阻對測量結(jié)果的影響；（2）施加電壓，在變壓器繞組上施加直流電壓，使電流通過繞組，記錄電流值和施加的電壓值；（3）計算電阻值，根據(jù)歐姆定律計算得到變壓器繞組的電阻值，一般以mΩ 為單位。

3.1.3 結(jié)果判斷

通過測量得到變壓器繞組的電阻值，可以判斷變壓器內(nèi)部是否存在故障。一般來說，變壓器繞組的電阻值應(yīng)該是一個穩(wěn)定的數(shù)值，如果測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相差過大，則可能存在以下故障。

（1）繞組接頭松動或損壞。繞組接頭是變壓器內(nèi)部電流流經(jīng)的關(guān)鍵部位，如果接頭松動或接觸不良，則會導(dǎo)致繞組電阻值的變化。

（2）繞組銅導(dǎo)體氧化，長期運行后，變壓器內(nèi)部繞組可能會因氧化而導(dǎo)致繞組電阻值的變化。

（3）繞組短路，繞組短路會導(dǎo)致電流異常，使得繞組電阻值變化較大。

3.1.4 注意事項

直流電阻試驗應(yīng)該在變壓器停運狀態(tài)下進行，以避免發(fā)生危險。測試線路應(yīng)該保持干燥和清潔，以避免測試線路電阻對測試結(jié)果的影響。在測量前應(yīng)該檢查測試儀器的性能和精度，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；測量時應(yīng)該注意測試電壓和電流的大小，根據(jù)實際情況選擇合適的測試參數(shù)；在測量過程中應(yīng)該避免沖擊和振動，以免影響測試結(jié)果；測量完畢后應(yīng)該及時清理測試線路和測試儀器，以保持設(shè)備的良好狀態(tài)。

3.2 絕緣電阻試驗

絕緣電阻試驗是一種常用的電氣試驗方法，主要用于測量電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的絕緣電阻值。在變壓器故障分析中，絕緣電阻試驗可以幫助判斷變壓器內(nèi)部的絕緣狀況，如是否存在絕緣老化、絕緣破損等問題[4]。

3.2.1 試驗原理

絕緣電阻試驗原理是通過在被測電氣設(shè)備的絕緣部分施加一定的直流電壓，測量電流值并計算得到絕緣電阻值。在變壓器的絕緣電阻試驗中，通常采用直流高壓法測量變壓器的絕緣電阻值。

3.2.2 試驗步驟

（1）連接測試線路，將測試儀器的電極依次連接到變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，以消除測試線路電阻對測量結(jié)果的影響；（2）施加電壓，在變壓器的高壓側(cè)施加直流高壓電壓，保持一定時間，記錄施加的電壓值和測試過程中的電流值；（3）計算絕緣電阻值，根據(jù)歐姆定律計算得到變壓器絕緣電阻值，一般以MΩ 為單位。

3.2.3 結(jié)果判斷

通過測量得到的變壓器絕緣電阻值可以判斷變壓器內(nèi)部的絕緣狀況。一般來說，變壓器絕緣電阻值應(yīng)該是一個相對穩(wěn)定的數(shù)值，在一定范圍內(nèi)波動。如果測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相差過大，則可能存在以下故障：（1）絕緣老化，長期使用后，變壓器內(nèi)部的絕緣材料可能會老化，導(dǎo)致絕緣電阻值降低；（2）絕緣破損，如果變壓器內(nèi)部存在絕緣破損，則會導(dǎo)致絕緣電阻值急劇下降；（3）潮濕、污染等環(huán)境因素也會影響變壓器絕緣電阻值的穩(wěn)定性。

3.2.4 注意事項

絕緣電阻試驗應(yīng)該在變壓器停運狀態(tài)下進行，以避免發(fā)生危險。測試線路應(yīng)該保持干燥和清潔，以避免測試線路電阻對測試結(jié)果造成影響。在測量前應(yīng)該檢查測試儀器的性能和精度，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；測量時應(yīng)該注意測試電壓和電流的大小，根據(jù)實際情況選擇合適的測試參數(shù)；在測量過程中應(yīng)該避免沖擊和振動，以免影響測試結(jié)果；測量完畢后應(yīng)該及時清理測試線路和測試儀器，以保持設(shè)備的良好狀態(tài)。

3.3 交流耐壓試驗

交流耐壓試驗是一種常用的電氣試驗方法，主要用于檢測電氣設(shè)備在正常工作電壓下的絕緣強度。在變壓器故障分析中，交流耐壓試驗可以幫助判斷變壓器的絕緣狀況是否能夠滿足正常運行的要求[5]。

3.3.1 試驗原理

交流耐壓試驗原理是在被測電氣設(shè)備的繞組或外殼上施加一定的交流電壓，通過檢測電流值來判斷絕緣的強度。在變壓器的交流耐壓試驗中，通常采用正弦波交流電壓，測試電壓的頻率和時間應(yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)定。

3.3.2 試驗步驟

（1）連接測試線路，將測試儀器的電極依次連接到變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，以消除測試線路電阻對測量結(jié)果的影響；（2）施加電壓，在變壓器的高壓側(cè)施加正弦波交流電壓，保持一定時間，記錄施加的電壓值和測試過程中的電流值；（3）分析測試結(jié)果，通過分析測量得到的電流值和電壓值，可以判斷變壓器的絕緣狀況是否合格。

3.3.3 結(jié)果判斷

通過測量得到的電流值和電壓值可以判斷變壓器的絕緣狀況是否合格。如果測量結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，則變壓器的絕緣狀況良好，可以滿足正常運行的要求。如果測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相差過大，則可能存在以下故障：（1）絕緣老化，長期使用后，變壓器內(nèi)部的絕緣材料可能會老化，導(dǎo)致絕緣強度降低；（2）絕緣損壞，如果變壓器內(nèi)部存在絕緣破損或損壞，則會導(dǎo)致絕緣強度急劇下降；（3）電氣污染，變壓器絕緣表面被油污、灰塵等物質(zhì)污染，導(dǎo)致絕緣強度降低。

3.3.4 注意事項

交流耐壓試驗應(yīng)該在變壓器停運狀態(tài)下進行，以避免發(fā)生危險。測試線路應(yīng)該保持干燥和清潔，以避免測試線路電阻對測試結(jié)果的影響。在測量前應(yīng)該檢查測試儀器的性能和精度，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；測量時應(yīng)該注意測試電壓和電流的大小，根據(jù)實際情況選擇合適的測試參數(shù)；在測量過程中應(yīng)該避免沖擊和振動，以免影響測試結(jié)果；測量完畢后應(yīng)該及時清理測試線路和測試儀器，以維持設(shè)備的良好狀態(tài)。

4 結(jié) 論

電氣試驗在變壓器故障分析中具有重要作用，直流電阻試驗、絕緣電阻試驗以及交流耐壓試驗是常用的電氣試驗方法，可以幫助判斷變壓器內(nèi)部的故障狀況，提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。在變壓器的檢測和維護工作中，需要定期進行電氣試驗，以確保變壓器的性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，保障電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。同時，需要加強對變壓器的日常維護和管理工作，及時發(fā)現(xiàn)和處理可能存在的問題，確保變壓器的正常運行和使用壽命。