電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析中的應(yīng)用研究

摘要：電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)對(duì)變壓器的絕緣性能、耐壓能力和電氣性能等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)故障的線索并提供重要的信息。本文主要分析電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析中的應(yīng)用，并提出增強(qiáng)電氣試驗(yàn)應(yīng)用效果的具體策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：電氣試驗(yàn)；變壓器；故障；策略

DOI：10.12433/zgkjtz.20232543

變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備之一，正常運(yùn)行對(duì)電能變換和傳輸至關(guān)重要。然而，由于長(zhǎng)期使用和外界因素的影響，變壓器可能遇到各種故障，例如，繞組形變、接觸不良和鐵芯故障等。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障，可以進(jìn)行電氣試驗(yàn)。

一、變壓器常見故障

（一）繞組形變故障

繞組形變故障是指變壓器內(nèi)部的繞組元件（包括線圈和絕緣材料）發(fā)生物理形變或機(jī)械變形，可能導(dǎo)致繞組內(nèi)部部件的位移、彎曲或斷裂，進(jìn)而造成電氣接觸不良、部分短路或絕緣擊穿等故障。繞組形變故障的主要原因有外力沖擊、材料老化和過(guò)熱等。在運(yùn)行中，外部環(huán)境的振動(dòng)、沖擊或外力撞擊，如地震、意外事故等，都可能引發(fā)繞組形變故障。長(zhǎng)期使用和過(guò)熱也會(huì)導(dǎo)致絕緣材料老化和變形。受繞組形變故障的影響，較為明顯的是電氣接觸不良。繞組內(nèi)部的線圈和導(dǎo)線可能因?yàn)槲灰苹驈澢ピ械慕Y(jié)構(gòu)和位置，導(dǎo)致接觸不良或接觸電阻增加，電流通過(guò)繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的熱量，進(jìn)一步加劇繞組的過(guò)熱問(wèn)題，并引發(fā)局部短路。此外，繞組形變也會(huì)使絕緣材料受力不均勻，導(dǎo)致絕緣老化和絕緣擊穿，從而威脅電氣設(shè)備和人員安全。

（二）接觸不良故障

接觸不良故障是指變壓器內(nèi)部的接觸點(diǎn)失去良好的接觸狀態(tài)，導(dǎo)致電流傳輸不暢，甚至發(fā)生局部高溫和火災(zāi)等風(fēng)險(xiǎn)。接觸不良可能由接觸面積減小、氧化和污染等原因引起。在變壓器運(yùn)行中，接觸面積減小可能由于松動(dòng)、松脫和磨損等造成。而氧化和污染主要由空氣中的氧、水分和雜質(zhì)引起。接觸不良故障的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，接觸不良會(huì)增加電流傳輸?shù)淖枇?，引發(fā)能量損耗和發(fā)熱，不僅會(huì)導(dǎo)致變壓器效率下降，還可能引起溫度過(guò)高，進(jìn)而損壞絕緣材料和繞組。其次，接觸不良還可能產(chǎn)生火災(zāi)隱患。當(dāng)電流通過(guò)接觸不良點(diǎn)時(shí)，會(huì)引起電弧放電，進(jìn)而產(chǎn)生高溫和火焰。如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，會(huì)成為嚴(yán)重的火災(zāi)事故。

（三）鐵芯故障

鐵芯故障是指變壓器鐵芯內(nèi)部的磁場(chǎng)分布發(fā)生異常，導(dǎo)致電磁性能下降，進(jìn)而影響變壓器的工作效率和穩(wěn)定性。主要原因是磁場(chǎng)分布不均勻，可能由鐵芯材料的磁導(dǎo)率不均勻、鐵芯接頭的幾何形狀不匹配等引起。此外，過(guò)渡電磁過(guò)電壓和過(guò)流等外界因素也可能引發(fā)鐵芯故障，鐵芯故障的影響主要表現(xiàn)在磁場(chǎng)分布和磁導(dǎo)率方面。不均勻的磁場(chǎng)分布會(huì)導(dǎo)致磁通密度不均勻，影響變壓器的工作效率和穩(wěn)定性；引起鐵芯的局部過(guò)熱和熱應(yīng)力，加快絕緣材料老化和絕緣擊穿；引起鐵芯飽和和諧波擴(kuò)展，進(jìn)一步影響變壓器的諧波含量和熱損耗。

二、電氣試驗(yàn)在變壓器故障分析中的應(yīng)用

（一）繞組直流電阻試驗(yàn)

繞組直流電阻試驗(yàn)是變壓器故障分析和診斷中常用的一種試驗(yàn)方法，通過(guò)該試驗(yàn)可以測(cè)量變壓器的不同繞組之間或繞組內(nèi)部的電阻值，評(píng)估繞組的連接和接觸狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)繞組間的短路、開路、接觸不良等故障，并提供故障位置和故障類型的線索。

繞組直流電阻試驗(yàn)的應(yīng)用使得變壓器故障分析和診斷更加準(zhǔn)確和高效，該試驗(yàn)直接測(cè)量繞組內(nèi)部的電阻值，對(duì)于存在連接問(wèn)題或接觸不良的繞組，電阻值會(huì)發(fā)生明顯變化。通過(guò)測(cè)量不同回路之間的電阻值差異或與參考值對(duì)比，判斷繞組間是否存在短路或開路等故障。對(duì)于繞組內(nèi)部的接觸問(wèn)題，繞組直流電阻試驗(yàn)也能提供有力支持，接觸不良會(huì)導(dǎo)致繞組內(nèi)部電流通過(guò)不暢，甚至導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。通過(guò)直流電阻試驗(yàn)，可以測(cè)量繞組內(nèi)部的接觸電阻，并與正常狀態(tài)下的電阻值對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)電阻值偏高，懷疑存在繞組內(nèi)部接觸不良，需進(jìn)一步查找和修復(fù)。

此外，繞組直流電阻試驗(yàn)還可以判斷變壓器繞組的狀況。繞組內(nèi)部的電阻值受到多種因素的影響，例如，導(dǎo)體材料、絕緣材料、溫度等。如果變壓器繞組存在老化、熱度喪失和電阻材料故障等問(wèn)題，電阻值也會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)定期進(jìn)行繞組直流電阻試驗(yàn)，可以追蹤繞組的電阻值變化，早期檢測(cè)及時(shí)維修和預(yù)防，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

（二）繞組形變?cè)囼?yàn)

繞組形變?cè)囼?yàn)是變壓器故障分析和診斷中常用的一種試驗(yàn)方法，可以評(píng)估變壓器繞組的形狀和構(gòu)造是否發(fā)生變化，發(fā)現(xiàn)繞組的變形、位移、彎曲和斷裂等問(wèn)題，并為故障的定位和分析提供重要線索。

繞組形變?cè)囼?yàn)在變壓器故障分析中有著重要的應(yīng)用價(jià)值，變壓器繞組是變壓器的核心部件之一，其正常的形狀和構(gòu)造對(duì)變壓器的工作性能和安全性至關(guān)重要。然而，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、外界因素和不當(dāng)操作等原因，繞組會(huì)出現(xiàn)形變和損壞等問(wèn)題。通過(guò)繞組形變?cè)囼?yàn)，包括線圈的位移、彎曲和斷裂等，有助于及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并提供參考線索，為故障的診斷和分析提供依據(jù)。

在繞組形變?cè)囼?yàn)中，常用方法包括繞組鋼尺法、傾斜度測(cè)量法和光纖傳感器技術(shù)等。繞組鋼尺法是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的試驗(yàn)方法，通過(guò)在繞組上放置鋼尺并觀察其變形程度，判斷繞組是否發(fā)生形變。傾斜度測(cè)量法是通過(guò)傾斜儀等設(shè)備，測(cè)量繞組的傾斜程度評(píng)估繞組的形變。光纖傳感器技術(shù)是利用光纖傳感器對(duì)繞組進(jìn)行非接觸測(cè)量，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)繞組的形變。

此外，繞組形變?cè)囼?yàn)在前沿研究方面不斷發(fā)展。近年來(lái)，研究人員開始探索利用光纖傳感器等新興技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，以提高繞組形變?cè)囼?yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。光纖傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)繞組的形變，提供高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)。一些學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬和有限元分析等方法，研究繞組形變對(duì)變壓器性能和安全性的影響，為繞組形變?cè)囼?yàn)的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

（三）絕緣介質(zhì)損耗試驗(yàn)

絕緣介質(zhì)損耗試驗(yàn)是變壓器故障分析和診斷中常用的試驗(yàn)方法，可以測(cè)量變壓絕緣介質(zhì)的損耗特性，評(píng)估絕緣介質(zhì)的狀態(tài)質(zhì)量，提供故障的線索和信息。

絕緣介質(zhì)是變壓器中起到絕緣和隔離作用的關(guān)鍵組成部分，質(zhì)量和狀態(tài)會(huì)直接影響變壓器的安全運(yùn)行和性能。通過(guò)絕緣介質(zhì)損耗試驗(yàn)，測(cè)量絕緣介質(zhì)的損耗特性，包括介質(zhì)的電阻損耗和電容損耗，反映絕緣介質(zhì)的質(zhì)量和性能，判斷絕緣介質(zhì)是否存在老化、破損、潮濕等問(wèn)題，并提供故障的線索和信息。

絕緣介質(zhì)損耗試驗(yàn)中常用的方法包括電橋法、功率因數(shù)法和介質(zhì)損耗角測(cè)量法等。電橋法是一種基于交流電橋原理的試驗(yàn)方法，通過(guò)測(cè)量變壓器繞組的損耗和電容值評(píng)估絕緣介質(zhì)的損耗特性。功率因數(shù)法是通過(guò)測(cè)量變壓器繞組的功率因數(shù)和電容值，評(píng)估絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)損耗和電容損耗。介質(zhì)損耗角測(cè)量法是一種通過(guò)測(cè)量變壓器繞組的電壓和電流的相位差，評(píng)估絕緣介質(zhì)的損耗特性。通過(guò)這些方法可以得到絕緣介質(zhì)的損耗特性參數(shù)，從而判斷絕緣介質(zhì)的質(zhì)量和狀態(tài)。

在絕緣介質(zhì)損耗試驗(yàn)中，損耗特性參數(shù)反映了絕緣介質(zhì)的性能和質(zhì)量。絕緣介質(zhì)的損耗主要由絕緣材料的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和工藝等因素決定。當(dāng)絕緣介質(zhì)存在老化、破損或潮濕等問(wèn)題時(shí)，損耗特性參數(shù)會(huì)發(fā)生改變。通過(guò)對(duì)絕緣介質(zhì)進(jìn)行定期的損耗試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)絕緣介質(zhì)的狀態(tài)和質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)，提高變壓器的安全性和可靠性。

（四）短路試驗(yàn)

短路試驗(yàn)是變壓器故障分析和診斷中常用的試驗(yàn)方法，可以模擬變壓器在短路條件下的電氣和熱特性，評(píng)估短路能力和設(shè)備的安全性，提供故障的線索。

變壓器短路是指變壓器在短路條件下承受的電流和電壓極限，由于變壓器在運(yùn)行中可能遭遇短路故障。通過(guò)短路試驗(yàn)，可以模擬實(shí)際運(yùn)行中可能遭遇的短路情況，評(píng)估設(shè)備在短路條件下的承載能力，提供故障的線索。

在短路試驗(yàn)中，常用的方法包括短路電流試驗(yàn)、短路阻抗試驗(yàn)和暫態(tài)短路試驗(yàn)等。短路電流試驗(yàn)是通過(guò)施加額定短路電壓，測(cè)量變壓器的短路電流和短路電阻等參數(shù)，評(píng)估變壓器的短路能力。短路阻抗試驗(yàn)通過(guò)施加額定短路電壓和電流，測(cè)量變壓器的阻抗特性，評(píng)估短路能力。暫態(tài)短路試驗(yàn)是一種通過(guò)施加短暫的、高峰值的短路電壓和電流，模擬變壓器在短路條件下的暫態(tài)響應(yīng)，評(píng)估短路能力。

通過(guò)短路試驗(yàn)，可以得到變壓器在短路條件下的電流、電壓和功率等參數(shù)，并評(píng)估短路能力和安全性。對(duì)于設(shè)備的短路能力不足或存在的問(wèn)題，可通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析，找出潛在的原因和故障位置，并采取維修和改進(jìn)措施。此外，短路試驗(yàn)還可以用于評(píng)估變壓器的熱耐受能力，通過(guò)測(cè)量短路試驗(yàn)的溫升值，判斷變壓器繞組和絕緣材料的熱穩(wěn)定性，提前發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。

（五）耐壓試驗(yàn)

耐壓試驗(yàn)是變壓器故障分析和診斷中常用的試驗(yàn)方法，可以評(píng)估變壓器的絕緣能力和電氣耐壓性能，發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣問(wèn)題。

耐壓試驗(yàn)在變壓器故障分析中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，絕緣能力和電氣耐壓性能直接關(guān)系設(shè)備的安全運(yùn)行和性能。由于長(zhǎng)期使用和外界環(huán)境因素的影響，絕緣材料或保護(hù)層可能老化、劣化或破損等。通過(guò)工業(yè)耐壓試驗(yàn)，模擬正常運(yùn)行或極端工作條件下的電壓施加，評(píng)估變壓器的絕緣能力和電氣耐壓性能。

耐壓試驗(yàn)中常用的方法包括交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)和部分放電測(cè)量等。交流耐壓試驗(yàn)是通過(guò)施加額定的交流電壓，觀察變壓器的絕緣材料和繞組是否存在絕緣擊穿或放電現(xiàn)象，評(píng)估絕緣能力。直流耐壓試驗(yàn)通過(guò)施加額定的直流電壓，評(píng)估變壓器的絕緣材料和繞組對(duì)直流電壓的耐受能力。部分放電測(cè)量是一種通過(guò)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行過(guò)程中的放電現(xiàn)象，評(píng)估絕緣材料的質(zhì)量和性能的方法。

通過(guò)耐壓試驗(yàn)，得到變壓器工作極限條件下的絕緣特性和電氣性能參數(shù)，包括絕緣電阻、絕緣損耗、放電等級(jí)和放電量等，以此評(píng)估絕緣材料和繞組的質(zhì)量和性能，發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣問(wèn)題。對(duì)于存在絕緣問(wèn)題的變壓器，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果，找出潛在的故障位置和類型，并采取相應(yīng)的修復(fù)和維護(hù)措施，確保變壓器的正常運(yùn)行。

三、強(qiáng)化電氣試驗(yàn)應(yīng)用效果的具體策略

（一）加強(qiáng)溫度濕度的控制

對(duì)于溫度的控制，可以采取兩種措施：第一，確保試驗(yàn)環(huán)境的溫度穩(wěn)定和均勻。試驗(yàn)室內(nèi)部應(yīng)配備合適的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)，維持穩(wěn)定的溫度。第二，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備和試驗(yàn)樣品的溫度控制。使用溫度控制系統(tǒng)和散熱裝置等設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)樣品冷卻或加熱，以確保溫度在合適的范圍內(nèi)。

對(duì)于濕度的控制，需要注意兩方面內(nèi)容：第一，試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)具備恒濕功能，以保持恒定濕度，通過(guò)加濕器或除濕器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。第二，加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)樣品的濕度控制。試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行干燥處理，確保表面沒(méi)有水分。同時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中避免水分的侵入和積聚，影響試驗(yàn)結(jié)果。

（二）保持變壓器絕緣性能

由于絕緣材料的濕度和污染會(huì)嚴(yán)重影響絕緣性能，工作人員要保持絕緣材料的干燥和清潔，使用干燥劑、加熱設(shè)備和超聲波清洗等方法，去除濕氣和污染物，同時(shí)，定期測(cè)試絕緣材料，避免材料老化和被破壞，使用介電強(qiáng)度測(cè)試和絕緣電阻測(cè)試等方法，評(píng)估絕緣材料的耐壓能力和絕緣性能，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。

（三）加強(qiáng)電壓容量的控制

對(duì)于電壓容量的控制，應(yīng)根據(jù)具體的試驗(yàn)要求和設(shè)備的額定參數(shù)確定。工作人員應(yīng)確保施加的電壓不超過(guò)設(shè)備的耐壓能力，通過(guò)調(diào)整電源的輸出電壓和電阻等方式實(shí)現(xiàn)。此外，根據(jù)試驗(yàn)要求選擇合適的頻率和波形。不同的頻率和波形可能對(duì)設(shè)備的絕緣性能產(chǎn)生不同影響，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

（四）合理調(diào)整電氣試驗(yàn)方案

在壓器故障分析中應(yīng)用電氣試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)故障類型，合理調(diào)整電氣試驗(yàn)方案。首先，詳細(xì)分析變壓器的故障特征，通過(guò)檢查變壓器的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備檢修記錄等，獲取盡可能多的故障信息。據(jù)此，確定可能出現(xiàn)的故障類型，有針對(duì)性地選擇試驗(yàn)方法。其次，根據(jù)變壓器故障類型，選擇合適的試驗(yàn)方法。例如，針對(duì)局部放電故障，使用高壓局部放電測(cè)試和頻譜分析等方法；對(duì)于絕緣老化故障，進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試和高壓耐受性試驗(yàn)。此外，根據(jù)故障類型和目的，靈活選擇不同的試驗(yàn)方法。最后，在變壓器故障分析中，綜合多種電氣試驗(yàn)結(jié)果判斷故障原因。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電氣試驗(yàn)是變壓器故障分析中不可或缺的工具，通過(guò)對(duì)變壓器的絕緣性能、耐壓能力和電氣性能等指標(biāo)的測(cè)量和評(píng)估，及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問(wèn)題，為故障定位和分析提供重要的線索和信息。繞組形變?cè)囼?yàn)、接觸不良試驗(yàn)和鐵芯故障試驗(yàn)等多種電氣試驗(yàn)方法在變壓器故障分析中應(yīng)用廣泛，且可持續(xù)的研究和發(fā)展。未來(lái)，通過(guò)結(jié)合前沿的研究方法和新興技術(shù)，電氣試驗(yàn)將發(fā)揮更大的作用，提高變壓器故障分析和診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步確保變壓器的安全運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：邵凱（1981），男，山東省寧陽(yáng)縣人，大學(xué)，助理工程師，試驗(yàn)室主任，主要研究方向?yàn)殡姎庠囼?yàn)、油質(zhì)化驗(yàn)、水質(zhì)化驗(yàn)。