10kV配電變壓器故障及對策探究

王 生 甘 鵬 嵇雨軒 任 達

（國網電力科學研究院有限公司）

0 引言

變壓器在電力系統中有著非常重要的作用，具體分析如下［1-4］。

電壓轉換：變壓器的主要作用是將高電壓（如110kV、220kV等）的電能轉換為低電壓（如10kV、400V等），以便安全供電到不同類型的負載。這種電壓轉換是電力系統中的必要步驟，因為高電壓輸送電能更遠，但對于終端用戶低電壓更安全。

電能分配：變壓器在電力系統中充當了電能的分配器。它們將來自高壓輸電線路的電能分配給不同地區(qū)、城市和建筑物，確保電力平穩(wěn)供應，以滿足各種用電需求。

電壓穩(wěn)定性：變壓器能夠提供電壓穩(wěn)定性，確保在負載變化時，終端用戶接收到穩(wěn)定的電壓。這對于保護電子設備、機械設備和其他敏感設備非常重要，以防止電壓波動對其造成損害。

功率傳輸效率：通過將電能在合適的電壓水平傳輸，變壓器有助于提高電力傳輸效率。這減少了電流損耗和線路功率損耗，從而降低了能源浪費和成本。

電力系統調節(jié)：在電力系統中，變壓器還可用于電力調節(jié)和管理。它們可以通過改變變比來調整電壓，以適應電力系統的不同運行條件，確保系統的穩(wěn)定性和可靠性。

隔離和安全：變壓器具有電氣隔離功能，可以隔離高電壓側和低電壓側，以提高電力系統的安全性。這種隔離功能有助于防止電擊、短路和其他安全問題。

應急備用電源：某些情況下，變壓器可以用作應急備用電源。它們可以通過連接備用電源到低電壓側，為關鍵設施提供電力，如醫(yī)院、消防站和緊急通信中心。

綜上所述，10kV配電變壓器在電力系統中扮演了關鍵的角色，它們不僅實現了電能的分配和轉換，還確保了電力系統的穩(wěn)定性、效率和安全性。因此，對于變壓器的故障預防和及時處理至關重要，以保障電力供應的可靠性和連續(xù)性。本文將深入探討10kV配電變壓器可能出現的故障及相應的對策，以確保電力系統的平穩(wěn)運行。

1 10kV配電變壓器常見故障

1.1 過載

過載是10kV配電變壓器常見的故障之一，它指的是變壓器長時間或瞬時承受超出其額定容量的負荷電流。這種情況可能導致嚴重的問題，包括變壓器損壞、設備過熱、供電不穩(wěn)定等。

1.2 短路

短路是10kV配電變壓器常見的故障之一，它指的是電路中兩個或多個電線之間發(fā)生意外的低阻抗連接，導致電流快速增加。短路故障可能引發(fā)電弧、局部放電、機械應力、絕緣破壞等問題。

1.3 絕緣損壞

絕緣損壞是10kV配電變壓器常見的故障之一，它指的是變壓器的絕緣系統遭受破損、老化或失效，導致絕緣性能下降或完全失效。絕緣損壞可能引發(fā)電火災、電擊風險和設備故障，因此對其進行及時的檢測、識別和修復至關重要。

1.4 溫度異常

溫度異常是指10kV配電變壓器內部溫度異常升高或異常下降的故障情況。這種故障可能由多種因素引起，包括內部故障、外部環(huán)境條件變化等。溫度異?？赡軐е伦儔浩餍阅芟陆?、設備損壞甚至引發(fā)火災等嚴重后果。

1.5 其他常見故障

10kV配電變壓器還可能遇到其他常見故障。以下是一些可能的故障類型和應對策略。

（1）短路故障：短路是電流在電路中繞過正常路徑的現象，可能會導致電路過載、電弧故障和變壓器損壞。應對策略包括使用短路保護裝置、定期檢查絕緣和維護電纜和連接器。（2）絕緣故障：絕緣故障可能導致絕緣材料損壞，從而影響變壓器的性能和安全性。定期進行絕緣測試和維護，及時更換受損的絕緣材料。（3）油漏和油污：變壓器通常包含絕緣油，油漏或油污可能導致絕緣性能下降和設備損壞。應定期檢查油位、清潔油污、修復漏油問題。（4）冷卻系統故障：冷卻系統的故障可能導致變壓器過熱。維護冷卻系統，包括冷卻風扇、散熱器和冷卻油循環(huán)，以確保正常運行。（5）電弧故障：電弧是一種強大的電火花，可能導致火災和設備損壞。使用電弧檢測和滅弧裝置，以及定期的電氣設備檢查，可以減少電弧故障的風險。（6）異常振動和噪音：異常振動和噪音可能表明設備不穩(wěn)定或存在機械故障。定期檢查設備的機械部分，如絕緣子、螺栓和緊固件，以確保它們的正常運行。（7）電壓波動：變壓器可能受到電壓波動的影響，這可能導致供電不穩(wěn)定。使用電壓穩(wěn)定器或電壓調節(jié)裝置來維持穩(wěn)定的電壓輸出。 （8）濕度和污染：潮濕的環(huán)境和空氣中的污染物可能對變壓器產生不利影響。保持變壓器干燥并在需要時清潔外殼可以減少這些問題。 （9）空載運行：長時間的空載運行可能導致變壓器性能下降。確保變壓器在額定負荷下運行，以避免空載運行。對于這些常見故障，定期檢查、維護和使用適當的保護裝置是保持10kV配電變壓器安全和可靠運行的關鍵。故障預防和及時的故障診斷可以減少停電時間、維修成本和設備損壞。

2 對策與改進建議

2.1 增加備用容量

對于10kV配電變壓器故障及對策，增加備用容量是一種常見的解決方案之一。這意味著在系統設計和規(guī)劃階段，額外的備用變壓器容量被考慮和配置，以應對變壓器故障時的電力供應需求。增加備用容量的主要目的是確保在主變壓器故障或維修期間，備用變壓器可以補充電力供應，以保持正常的配電系統運行。

備用變壓器容量的計算和配置：在設計配電系統時，需要評估負載需求，并確定備用變壓器的適當容量。這涉及考慮負載類型、負載數量和負載的增長趨勢等因素。合理選擇備用變壓器容量可以確保在故障發(fā)生時能夠滿足負載需求。并聯操作備用變壓器：在一些情況下，可以將備用變壓器與主變壓器并聯操作，以提供更大的供電能力。這可以通過適當的電氣連接和控制實現，并需要進行合適的配電系統設計和保護措施。自動切換裝置和控制系統：安裝自動切換裝置和控制系統可以實現在主變壓器故障發(fā)生時自動切換到備用變壓器。這樣能夠減少停電時間并確保電力供應的連續(xù)性。自動切換裝置需要可靠的邏輯和保護功能，以保證切換過程的安全性和穩(wěn)定性。定期維護和檢查：不僅主變壓器，備用變壓器也需要進行定期的維護和檢查，以確保其性能和可靠性。這包括絕緣系統的維護、冷卻系統的正常運行、絕緣性能的測試等。故障診斷和預測：使用先進的監(jiān)測技術和故障診斷系統，可以對變壓器進行實時監(jiān)測和評估，以及進行故障預測。這有助于及時發(fā)現潛在故障跡象，并采取預防措施，以盡量避免變壓器故障的發(fā)生。增加備用容量是一種有效的策略來增強10kV配電變壓器的可靠性和容錯能力。然而，需要綜合考慮系統設計、成本效益、可行性和實際需求等因素來確定最佳的備用容量配置方案。

2.2 定期維護保養(yǎng)

定期維護保養(yǎng)是預防和應對10kV配電變壓器故障的重要措施之一。通過定期執(zhí)行維護保養(yǎng)計劃，可以確保變壓器的正常運行，并提前發(fā)現和解決潛在故障問題。以下是與定期維護保養(yǎng)相關的對策。

（1）檢查絕緣狀況：定期檢查變壓器的絕緣狀況，包括絕緣材料、絕緣子和繞組，以確保其良好的絕緣性能。可以進行絕緣電阻測試和局部放電測試，以檢測絕緣的退化和潛在故障。（2）清潔和過濾：定期清潔變壓器的外部和內部，包括絕緣子、連接器和風扇。清除灰塵、雜物和污漬可以改善變壓器的散熱效果和絕緣性能。此外，使用合適的過濾器可以防止雜質進入變壓器。（3）檢查油位和油質：定期檢查變壓器油的級別和質量。確保油位適當，并檢測油中是否存在雜質、水分和氣體。需要根據變壓器類型進行合適的油分析，如油色譜分析和溶解氣體分析。（4）檢查冷卻系統：定期檢查冷卻系統的運行情況，包括風扇、冷卻器和冷卻油循環(huán)。保持冷卻系統清潔，定期清除堵塞物和檢查風扇的正常運轉。（5）檢查電氣連接：定期檢查變壓器的電氣連接，包括電纜、連接器和接地系統。確保連接牢固、電纜無損壞，且接地系統良好接地。 （6）檢查螺栓和緊固件：定期檢查變壓器的螺栓、緊固件和支撐結構，確保它們處于良好的狀態(tài)。松動或損壞的螺栓會影響變壓器的機械穩(wěn)定性。 （7）故障診斷和錄波分析：在定期維護保養(yǎng)過程中，可以進行故障診斷和錄波分析，以檢測任何異常狀況或故障跡象。這可以通過使用錄波儀、故障錄波器和電力質量分析工具來實現。

定期維護保養(yǎng)的頻率和具體操作取決于變壓器的使用情況、環(huán)境條件和制造商的建議。制定合理的維護計劃，并按計劃執(zhí)行維護保養(yǎng)措施，可以延長變壓器的使用壽命、提高可靠性，并減少故障的發(fā)生。

2.3 引入先進的保護與監(jiān)測裝置

引入先進的保護與監(jiān)測裝置是在10kV配電變壓器故障及對策中的一項關鍵措施。這些裝置可以實時監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)，發(fā)現故障跡象，并采取相應的保護措施。以下是與引入先進的保護與監(jiān)測裝置相關的對策。（1）溫度監(jiān)測裝置：安裝溫度監(jiān)測裝置可以實時監(jiān)測變壓器的溫度變化。這些裝置可以提供溫度報警和保護功能，以避免變壓器過熱和損壞。（2）壓力監(jiān)測裝置：使用壓力監(jiān)測裝置可以監(jiān)測變壓器內部氣體或油的壓力。異常的壓力變化可能表明變壓器存在問題，如內部故障或泄漏。及時的壓力報警可以防止加劇故障并采取必要的維修措施。（3）濕度監(jiān)測裝置：濕度監(jiān)測裝置可用于監(jiān)測變壓器內部的濕度水平。高濕度環(huán)境可能會影響絕緣性能并引發(fā)故障。濕度監(jiān)測裝置可以提供濕度報警并觸發(fā)相應的防護操作。 （4）氣體監(jiān)測裝置：安裝氣體監(jiān)測裝置可以檢測變壓器內部發(fā)生的氣體異常。變壓器內部故障通常會產生特定的氣體，如甲烷、乙烯和一氧化碳等。氣體監(jiān)測裝置可以實時監(jiān)測這些氣體的存在，并觸發(fā)維護措施以防止?jié)撛诘墓收习l(fā)生。（5）電流和電壓監(jiān)測裝置：部署電流和電壓監(jiān)測裝置可以持續(xù)監(jiān)測變壓器的電流和電壓波形。異常波形可能表明變壓器內部存在故障，如短路或過載。及時的電流和電壓監(jiān)測可以提前檢測到這些問題。（6）遠程監(jiān)控系統：引入遠程監(jiān)控系統可以實現對變壓器的遠程監(jiān)測和故障診斷。這樣可以通過網絡連接遠程監(jiān)測設備并及時獲取變壓器的運行狀態(tài)和警報信息。遠程監(jiān)控系統使得運維人員能夠快速響應故障，并采取適當的措施，減少停電時間和設備損害。通過引入先進的保護與監(jiān)測裝置，運維人員可以獲得關鍵的運行數據，以及故障和預警信息。這將幫助提高對10kV配電變壓器故障的響應能力，降低故障發(fā)生的風險，并提高系統的可靠性和安全性。

3 結束語

在電力系統中，配電變壓器扮演著至關重要的角色。10kV配電變壓器作為配電網的關鍵設備，負責將高壓電能轉換為適用于低壓配電的電能。然而，10kV配電變壓器在長期運行中，可能會出現各種故障，給供電可靠性和運行效率帶來威脅。通過本文的探究，我們希望引起相關領域從業(yè)人員的關注，并促進對10kV配電變壓器故障及對策的研究和實踐。只有不斷加強故障預防、監(jiān)測和處理措施，才能保障電力系統的安全穩(wěn)定運行，滿足社會對可靠供電的需求。