高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)問題分析及故障處理

田嘉堯，鄧 坤

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司漢中供電公司，陜西 漢中 723000）

1 高壓試驗(yàn)的目的

高壓試驗(yàn)指對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行高于額定電壓的電壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其絕緣性能是否符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。高壓試驗(yàn)的目的是保證電力設(shè)備在運(yùn)行中能夠承受各種可能出現(xiàn)的過電壓，如雷電沖擊、操作過電壓、短路故障等，從而提升電力系統(tǒng)的可靠性和安全性[1]。高壓試驗(yàn)是電力設(shè)備制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行以及維護(hù)過程中不可缺少的重要工作，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

2 高壓試驗(yàn)中的變壓器試驗(yàn)問題

2.1 問題類型

2.1.1 電氣問題

電氣問題指高壓試驗(yàn)中變壓器出現(xiàn)的與電氣性能相關(guān)的問題，主要包括絕緣擊穿、局部放電、油溫過高等。絕緣擊穿指變壓器內(nèi)部或外部的絕緣材料在高電壓作用下發(fā)生破壞，導(dǎo)致電流通過絕緣層，形成電弧或火花。絕緣擊穿會(huì)造成變壓器的損壞或燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)或爆炸。局部放電指變壓器內(nèi)部存在的局部高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域，在高電壓作用下產(chǎn)生的微弱放電現(xiàn)象。局部放電會(huì)導(dǎo)致絕緣材料的老化和劣化，降低變壓器的絕緣水平，增加故障的風(fēng)險(xiǎn)[2]。油溫過高指變壓器內(nèi)部的油溫超過規(guī)定的范圍，影響變壓器的正常工作。

2.1.2 機(jī)械問題

機(jī)械問題指高壓試驗(yàn)中變壓器出現(xiàn)的與機(jī)械結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題，主要包括變壓器繞組變形、分接開關(guān)故障、排油注氮裝置故障等。變壓器繞組變形指變壓器內(nèi)部的繞組在電磁力或熱應(yīng)力的作用下發(fā)生的形狀或位置的改變。變壓器繞組變形會(huì)導(dǎo)致繞組的電阻、電感、電容等參數(shù)發(fā)生變化，影響變壓器的電氣性能和效率，甚至引起短路或擊穿。分接開關(guān)故障指變壓器內(nèi)部的分接開關(guān)在高壓試驗(yàn)中無(wú)法正常工作，無(wú)法調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓[3]。分接開關(guān)故障會(huì)導(dǎo)致變壓器無(wú)法適應(yīng)不同的負(fù)載和電網(wǎng)條件，影響變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性和靈活性，甚至造成過電壓或欠電壓。

2.2 典型問題

2.2.1 絕緣擊穿

絕緣擊穿是高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)的一個(gè)典型問題，指變壓器內(nèi)部或外部的絕緣材料在高電壓作用下發(fā)生突然破壞，導(dǎo)致電流泄漏或短路的現(xiàn)象。絕緣擊穿的后果十分嚴(yán)重，可能導(dǎo)致變壓器損壞、火災(zāi)、爆炸或人員傷亡。因此，在高壓試驗(yàn)中，必須對(duì)變壓器進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和預(yù)防措施，以避免發(fā)生絕緣擊穿[4]。一旦發(fā)現(xiàn)絕緣擊穿的跡象，如放電聲、火花、煙霧等，應(yīng)立即切斷電源，隔離變壓器，并進(jìn)行檢查診斷和修復(fù)更換。

2.2.2 局部放電

局部放電指在變壓器內(nèi)部存在的不均勻電場(chǎng)中，由于局部缺陷或雜質(zhì)引起的局部電介質(zhì)擊穿現(xiàn)象[5]。局部放電會(huì)產(chǎn)生高頻脈沖電流，損傷變壓器的絕緣和金屬結(jié)構(gòu)，甚至引發(fā)火災(zāi)或爆炸。因此，高壓試驗(yàn)中應(yīng)對(duì)變壓器進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，以檢測(cè)和消除潛在的危險(xiǎn)。局部放電試驗(yàn)的原理是利用高頻電流互感器或耦合電容器等探測(cè)器，將變壓器的局部放電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電壓信號(hào)，然后通過放大、濾波、整形等處理，得到局部放電量和相位分布等參數(shù)。局部放電試驗(yàn)的方法有多種，常用的有超聲波法、超高頻法、化學(xué)法以及電學(xué)法等，如表1所示。不同的方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。

表1 局部放電試驗(yàn)方法的比較

2.2.3 油溫過高

油溫過高指變壓器油的溫度超過了規(guī)定的限值，導(dǎo)致變壓器油的老化加速，絕緣性能變差，甚至引發(fā)油中氣體的析出和油的燃燒。因此，高壓試驗(yàn)中應(yīng)監(jiān)測(cè)和控制變壓器油的溫度，以保證變壓器的安全運(yùn)行。

油溫過高的原因有多種，主要有4類：變壓器負(fù)荷過大，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部發(fā)熱增加，油溫升高；變壓器散熱系統(tǒng)故障，導(dǎo)致變壓器油不能有效地散發(fā)熱量，油溫升高；變壓器外部環(huán)境溫度過高，導(dǎo)致變壓器油受到外界熱源的影響，油溫升高；變壓器內(nèi)部存在局部放電或短路等故障，導(dǎo)致變壓器油受到局部高溫的作用，油溫升高。不同原因油溫過高的處理方法，如表2所示。

表2 不同原因油溫過高的處理方法

2.3 問題原因

2.3.1 設(shè)計(jì)缺陷

（1）絕緣設(shè)計(jì)不足。絕緣設(shè)計(jì)不足指變壓器的絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)或絕緣距離沒有考慮高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過電壓或局部高場(chǎng)強(qiáng)的情況，導(dǎo)致絕緣擊穿或局部放電。絕緣設(shè)計(jì)不足的判斷方法是根據(jù)變壓器的額定電壓、額定容量、短路阻抗等參數(shù)，計(jì)算出變壓器的試驗(yàn)電壓，并與實(shí)際試驗(yàn)電壓進(jìn)行比較。如果實(shí)際試驗(yàn)電壓大于計(jì)算出的試驗(yàn)電壓，說明絕緣設(shè)計(jì)不足。試驗(yàn)電壓的計(jì)算公式為

式中：Ut為試驗(yàn)電壓；k為系數(shù)；Ur為額定電壓；Sn為額定容量；Sr為實(shí)際容量；Zk為短路阻抗；Zn為標(biāo)準(zhǔn)阻抗。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮絕緣特性。絕緣特性指變壓器絕緣材料在高壓試驗(yàn)中表現(xiàn)出的電氣性能，主要包括絕緣電阻、極化指數(shù)、吸收比以及介質(zhì)損耗角正切等。絕緣電阻指變壓器繞組與鐵芯或外殼之間的直流電阻值，反映了變壓器絕緣材料的直流導(dǎo)電性。絕緣電阻的測(cè)量方法是在變壓器繞組與鐵芯或外殼之間加上恒定的直流電壓U，測(cè)量通過絕緣層的漏電流I，然后根據(jù)歐姆定律計(jì)算出絕緣電阻R。極化指數(shù)指變壓器絕緣材料在直流電場(chǎng)作用下表現(xiàn)出的極化效應(yīng)，反映了變壓器絕緣材料的介質(zhì)特性和老化程度。吸收比指在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)量到的2個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)上的絕緣電阻之比。吸收比和極化指數(shù)越大，說明變壓器絕緣材料越健康。吸收比和極化指數(shù)的計(jì)算公式為

式中：K為吸收比；P為極化指數(shù)；Rt為t分鐘時(shí)刻上的絕緣電阻值；Rt0為t0分鐘時(shí)刻上的絕緣電阻值；R10為10 min時(shí)刻上的絕緣電阻值；R1為1 min時(shí)刻上的絕緣電阻值。

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)不合理。機(jī)械設(shè)計(jì)不合理指變壓器的機(jī)械結(jié)構(gòu)或機(jī)械強(qiáng)度沒有考慮高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的電磁力或熱應(yīng)力的影響，導(dǎo)致變壓器繞組變形或分接開關(guān)故障等。例如，變壓器的繞組沒有足夠的支撐或固定，或者分接開關(guān)的接觸部件沒有足夠的彈性或摩擦力，都可能造成機(jī)械設(shè)計(jì)不合理。

（3）環(huán)境適應(yīng)性差。環(huán)境適應(yīng)性差指變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮高壓試驗(yàn)中可能遇到的溫度、濕度、污染以及干擾等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致變壓器的絕緣水平或電氣性能下降。例如，變壓器的外殼或接地裝置沒有足夠的防腐或防水措施，或者變壓器的屏蔽或?yàn)V波裝置沒有足夠的抗干擾能力，都可能造成環(huán)境適應(yīng)性差。環(huán)境適應(yīng)性差的判斷方法是根據(jù)變壓器的工作環(huán)境和試驗(yàn)環(huán)境，選擇合適的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)條件，并與實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。如果實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果不符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或試驗(yàn)條件，則說明環(huán)境適應(yīng)性差。

2.3.2 運(yùn)輸受損

運(yùn)輸受損指變壓器在運(yùn)輸過程中由于外力或環(huán)境因素造成的機(jī)械或電氣損傷，如碰撞、振動(dòng)、溫差以及濕氣等。運(yùn)輸受損會(huì)導(dǎo)致變壓器的外殼、繞組、鐵芯、油箱等部件發(fā)生變形、斷裂、松動(dòng)以及腐蝕等現(xiàn)象，影響了變壓器的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能，增加了高壓試驗(yàn)中的故障風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)輸受損是高壓試驗(yàn)中較為常見的問題原因，需要在運(yùn)輸前后進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和保護(hù)，以避免或減少損傷的發(fā)生。如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸受損，則需要根據(jù)損傷的程度和位置采取相應(yīng)的處理措施，如調(diào)整、修復(fù)、更換等，以恢復(fù)變壓器的正常狀態(tài)。

3 高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)故障處理

3.1 隔離切斷

隔離切斷是高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)故障處理的第一步，是保證安全和有效的前提。隔離切斷要求：在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，立即停止試驗(yàn)，切斷高壓電源，隔離變壓器和試驗(yàn)線路，防止發(fā)生二次故障或事故；在切斷電源后，等待一定的時(shí)間，讓變壓器內(nèi)部的電荷和電流消散，防止發(fā)生觸電或放電；隔離線路后，應(yīng)設(shè)置明顯的警示標(biāo)志，防止誤操作或誤入。

3.2 檢查診斷

檢查診斷是高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)故障處理的第二步，是確定處理方案的依據(jù)。檢查診斷要求：在隔離切斷后，全面檢查變壓器的外部和內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)故障的部位和程度，如外殼、繞組、鐵芯、油箱等；在檢查后，精確測(cè)量變壓器的電氣參數(shù)和性能，確定故障的性質(zhì)與原因，如絕緣擊穿、局部放電、油溫過高等；測(cè)量后，應(yīng)科學(xué)分析和評(píng)價(jià)變壓器的絕緣狀況與運(yùn)行狀態(tài)，判斷故障的影響和危害，如絕緣水平、效率損失、安全風(fēng)險(xiǎn)等。

3.3 修復(fù)更換

修復(fù)更換是高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)故障處理的第三步，是恢復(fù)變壓器正常工作的手段。修復(fù)更換要求：在檢查診斷后，根據(jù)故障的部位、程度、性質(zhì)以及原因，選擇合適的修復(fù)或更換方法，如調(diào)整、清洗、焊接以及更換等；在修復(fù)或更換后，再次檢查變壓器的外部和內(nèi)部，確認(rèn)故障已經(jīng)消除或減輕，如外殼、繞組、鐵芯、油箱等；在檢查后，再次測(cè)量變壓器的電氣參數(shù)和性能，確認(rèn)變壓器已經(jīng)恢復(fù)正常或接近正常，如絕緣水平、效率損失、安全風(fēng)險(xiǎn)等。

3.4 調(diào)整參數(shù)

調(diào)整參數(shù)是高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)故障處理的第四步，是繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)的條件。調(diào)整參數(shù)要求：在修復(fù)更換后，根據(jù)變壓器的實(shí)際情況和試驗(yàn)要求，選擇合適的試驗(yàn)電壓、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)方法等，如升壓、降壓、恒壓以及脈沖等；在調(diào)整后，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄變壓器的試驗(yàn)過程與結(jié)果，發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的問題，如電流波動(dòng)、溫度升高、聲音異常等；在監(jiān)測(cè)后，科學(xué)地分析和評(píng)價(jià)變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與性能，判斷變壓器是否符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如絕緣水平、效率損失、安全風(fēng)險(xiǎn)等。

4 結(jié) 論

高壓試驗(yàn)中變壓器試驗(yàn)故障的處理應(yīng)遵循安全第一、及時(shí)處置、科學(xué)分析的原則，采用隔離切斷、檢查診斷、修復(fù)更換以及調(diào)整參數(shù)等方法，保證變壓器的正常工作和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。