農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障預(yù)測與電氣試驗(yàn)技術(shù)研究

摘要：當(dāng)前，在農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障預(yù)測期間，相關(guān)單位需要引進(jìn)一系列有效的電氣試驗(yàn)方法，結(jié)合直流電阻試驗(yàn)、絕緣電阻和吸收比實(shí)驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、繞組變形試驗(yàn)，對故障問題進(jìn)行有效評估分析，做好對故障的嚴(yán)格高效把關(guān)。本文對農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障預(yù)測與電氣試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)電網(wǎng)；變壓器；故障預(yù)測；電氣試驗(yàn)

現(xiàn)階段，在農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障預(yù)測與電氣試驗(yàn)環(huán)節(jié)，相關(guān)單位需制定完善的試驗(yàn)方案和計(jì)劃，做到對試驗(yàn)過程的嚴(yán)格管控，對實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化處理，提高故障診斷水平。

1 農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障分析

農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器的故障較多，其中負(fù)載電流超過變壓器額定容量產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象較為常見，這一故障也稱為負(fù)載過載，會增加銅損，縮短變壓器的壽命。此外，變壓器在運(yùn)行過程中還會出現(xiàn)線路短路等情況，引發(fā)火災(zāi)等安全事故。由于相關(guān)設(shè)備絕緣損壞，受到外力、濕度、化學(xué)腐蝕等因素影響，出現(xiàn)破損，導(dǎo)致電力泄漏。此外，由于負(fù)載過大、絕緣不良或散熱不良等問題，也會導(dǎo)致溫度過高。并且，變壓器在運(yùn)行過程中，絕緣油起到絕緣和冷卻作用，當(dāng)油位下降顯著或者從油位計(jì)看不到油位時，可能是滲漏油現(xiàn)象。另外，變壓器絕緣油呈透明的淡黃色，在運(yùn)行一段時間后呈淡紅色，說明絕緣老化，油色變黑，有碳質(zhì)，說明變壓器年久失修。除此之外，變壓器還存在熔絲熔斷、雷擊故障、內(nèi)部短路、低壓斷線等故障，工作人員需要做好多元化分析評價，對故障問題進(jìn)行嚴(yán)格高效把關(guān)。

2 基于農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障預(yù)測的電氣試驗(yàn)技術(shù)

2.1 直流電阻試驗(yàn)

直流電阻試驗(yàn)主要是在變壓器交接、大修或改變分接開關(guān)后所開展的一類試驗(yàn)項(xiàng)目，也是故障后的重要檢測項(xiàng)目。工程師需測量直流電阻，檢測繞組接頭的焊接質(zhì)量和繞組有無匝間短路的情況。在檢測過程中，還需要判斷電壓分接開關(guān)各個位置接觸是否良好，以及開關(guān)實(shí)際位置與指示位置是否相符進(jìn)行評估。在直流電阻測試中，還需要重點(diǎn)對農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器引出線是否斷裂，以及多股導(dǎo)線并繞的繞組是否有燒斷的情況進(jìn)行檢測，及時發(fā)現(xiàn)變壓器繞組異常情況，從而預(yù)測可能發(fā)生的故障[1]。

首先，工程師需確保變壓器處于斷電狀態(tài)，并斷開所有與變壓器相連的外部電路，以確保測試的安全性和準(zhǔn)確性。隨后，使用高精度的直流電阻測試儀，按照儀器說明書正確連接測試線路，將測試儀的輸出端分別連接到變壓器的各繞組上，而輸入端則連接到地或另一繞組（視測試需求而定）。在測試過程中，需逐步增加直流電流，并穩(wěn)定一段時間，以消除瞬時效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。隨后，記錄測試儀顯示的電阻值，并根據(jù)公式計(jì)算出各繞組的直流電阻。這些電阻值將被用于評估繞組接頭的焊接質(zhì)量，若電阻值異常增大，可能意味著接頭存在焊接不良或接觸不良的問題[2]。

其次，工程師還需關(guān)注電壓分接開關(guān)各位置的接觸情況，通過在不同分接位置下進(jìn)行直流電阻測試，并對比各位置的電阻值，可以判斷開關(guān)的接觸是否良好，以及開關(guān)的實(shí)際位置與指示位置是否一致。這有助于及時發(fā)現(xiàn)并糾正開關(guān)故障，防止因開關(guān)接觸不良導(dǎo)致的變壓器運(yùn)行異常。在檢測變壓器引出線是否斷裂以及多股導(dǎo)線并繞的繞組是否有燒斷的情況時，工程師需仔細(xì)觀察電阻值的變化趨勢。若某繞組電阻值突然增大，且無法通過調(diào)整測試條件或重復(fù)測試來消除，則可能意味著該繞組存在引出線斷裂或?qū)Ь€燒斷的問題。此時，需進(jìn)一步拆解變壓器進(jìn)行詳細(xì)檢查，以確定故障的具體位置和原因。

例如，在某農(nóng)業(yè)電網(wǎng)中，一臺型號為S11-M-

315/10的變壓器在經(jīng)歷了一段時間的高負(fù)荷運(yùn)行后，出現(xiàn)了油溫異常升高、噪聲增大等故障現(xiàn)象。為此，工程師確保變壓器處于完全斷電狀態(tài)，并斷開了所有與變壓器相連的外部電路，包括高壓側(cè)和低壓側(cè)的進(jìn)出線，以及接地線，以確保測試的安全性和準(zhǔn)確性。緊接著，工程師準(zhǔn)備了高精度的直流電阻測試儀（型號為ZY1000），并檢查儀器是否處于良好工作狀態(tài)，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。工程師按照儀器說明書正確連接了測試線路，將測試儀的輸出端分別連接到變壓器的各繞組上（高壓側(cè)A、B、C三相和低壓側(cè)a、b、c三相），而輸入端則連接到地。其中，工程師逐步增加直流電流至額定值的50%，并穩(wěn)定一段時間（通常為5 min），以消除瞬時效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。待電流穩(wěn)定后，工程師記錄了測試儀顯示的電阻值，并根據(jù)公式（R=U/I）計(jì)算出各繞組的直流電阻。后續(xù)，工程師對比了各繞組的電阻值，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)A相繞組的電阻值異常增大，達(dá)到了10.5Ω（正常應(yīng)為9.8Ω左右）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這可能意味著A相繞組接頭存在焊接不良或接觸不良的問題。

2.2 絕緣電阻和吸收比試驗(yàn)

測量絕緣電阻和吸收比是檢測變壓器絕緣狀態(tài)的一種簡單有效方法，可檢測出影響絕緣的異物。同時，對絕緣受潮、臟污、絕緣油嚴(yán)重劣化、絕緣擊穿和老化等缺陷進(jìn)行評測分析。在測量中，工程師應(yīng)短接被測繞組各引線，而非被測繞組進(jìn)行短路接地，從而依次對各繞組對地及繞組間的絕緣電阻值進(jìn)行測量。此類測量方式可評估變壓器絕緣系統(tǒng)的健康狀態(tài)，以便預(yù)測潛在絕緣故障問題。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，工程師需逐步增加測試電壓，并穩(wěn)定一段時間，以消除瞬時效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。隨后，記錄測試儀顯示的絕緣電阻值，并根據(jù)公式計(jì)算出各繞組的絕緣電阻，這些電阻值將被用于評估變壓器絕緣系統(tǒng)的健康狀態(tài)。若絕緣電阻值異常降低，可能意味著絕緣系統(tǒng)存在受潮、臟污、絕緣油嚴(yán)重劣化、絕緣擊穿或老化等缺陷。除了絕緣電阻外，吸收比也是評估變壓器絕緣狀態(tài)的重要指標(biāo)。吸收比是指絕緣電阻在施加電壓后的初始值與穩(wěn)定值之比。工程師在測量絕緣電阻的同時，還需記錄不同時間點(diǎn)的電阻值，以計(jì)算吸收比。若吸收比異常，可能意味著絕緣系統(tǒng)存在內(nèi)部缺陷或受潮情況。在測量完成后，工程師需對測試結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)分析。若絕緣電阻值或吸收比低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步拆解變壓器進(jìn)行詳細(xì)檢查，以確定故障的具體位置和原因。同時，根據(jù)測試結(jié)果，工程師可以制訂針對性的維修和更換計(jì)劃，以確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

例如，在某農(nóng)業(yè)電網(wǎng)中，一臺型號為S9-M-1000/10

的變壓器在近期運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)溫度異常升高的現(xiàn)象。為了排查潛在故障，工程師決定對該變壓器進(jìn)行絕緣電阻和吸收比試驗(yàn)。工程師首先確保變壓器處于斷電狀態(tài)，并斷開所有與變壓器相連的外部電路。使用高精度的絕緣電阻測試儀，按照儀器說明書正確連接測試線路。緊接著，工程師將被測繞組（高壓繞組）的各引線短接，而將低壓繞組和中性點(diǎn)進(jìn)行短路接地處理。這一步驟確保了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。之后，工程師逐步增加測試電壓至額定電壓的1.2倍（即12kV），并穩(wěn)定5 min，以消除瞬時效應(yīng)對測量結(jié)果的影響。測試儀顯示高壓繞組對地及繞組間的絕緣電阻值為1 000 MΩ，低壓繞組對地絕緣電阻值為800 MΩ。根據(jù)公式計(jì)算出各繞組的絕緣電阻，這些電阻值將被用于評估變壓器絕緣系統(tǒng)的健康狀態(tài)。此外。工程師記錄施加電壓后1 min和10 min的絕緣電阻值，計(jì)算出高壓繞組的吸收比為1.5，低壓繞組的吸收比為1.3。

絕緣電阻值：雖然高壓繞組和低壓繞組的絕緣電阻值均高于規(guī)定的最低標(biāo)準(zhǔn)（通常為500MΩ），但相較于歷史數(shù)據(jù)，這兩個值均有所下降。這可能意味著絕緣系統(tǒng)存在輕微的受潮或臟污情況。

吸收比：高壓繞組的吸收比略高于標(biāo)準(zhǔn)值（通常為1.3以上），而低壓繞組的吸收比則略低于標(biāo)準(zhǔn)值。吸收比的下降可能表明絕緣系統(tǒng)內(nèi)部存在缺陷或受潮情況。

2.3 交流耐壓試驗(yàn)

工程師實(shí)施交流耐壓試驗(yàn)主要是針對某些局部缺陷進(jìn)行，需考慮被試品絕緣承受各種過電壓能力，保障設(shè)備安全運(yùn)行。交流耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蛴行Оl(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，但因其屬于破壞性實(shí)驗(yàn)，會導(dǎo)致原來的絕緣弱點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大。因此，工作人員在測試時需要進(jìn)行絕緣電阻及吸收比測量、直流電測量以及介質(zhì)損失角正切值tanδ測量，之后再進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，避免造成不必要破壞。此類測試方法可模擬變壓器實(shí)際運(yùn)行工況，檢測其絕緣系統(tǒng)的耐受能力，預(yù)測在高壓狀態(tài)下可能會引發(fā)的故障。

在試驗(yàn)前，應(yīng)對變壓器進(jìn)行徹底的清潔和干燥處理，以消除表面污垢和潮氣對試驗(yàn)結(jié)果的影響。同時，檢查變壓器的接線和接地是否良好，確保測試線路的準(zhǔn)確性和可靠性。在正式進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行絕緣電阻及吸收比測量、直流泄漏電流測量以及介質(zhì)損失角正切值tanδ測量。這些測量數(shù)據(jù)將為后續(xù)的交流耐壓試驗(yàn)提供重要的參考依據(jù)，幫助工程師判斷被試品的絕緣狀態(tài)是否滿足試驗(yàn)要求。根據(jù)變壓器的額定電壓和絕緣等級，選擇合適的試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)電壓應(yīng)略高于變壓器的額定電壓，但不應(yīng)超過其絕緣系統(tǒng)的耐受極限，以避免造成絕緣損壞。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)密切監(jiān)控測試儀器顯示的電壓、電流和功率損耗等參數(shù)，以及被試品的溫度變化。若發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，如電壓波動、電流激增或溫度升高過快等，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，并檢查被試品是否存在故障。試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對測試結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)分析。若被試品的絕緣系統(tǒng)能夠承受試驗(yàn)電壓而不發(fā)生擊穿或嚴(yán)重泄漏電流現(xiàn)象，則認(rèn)為其絕緣性能良好。若試驗(yàn)結(jié)果不合格，則需進(jìn)一步拆解變壓器進(jìn)行詳細(xì)檢查，以確定故障的具體位置和原因，并采取相應(yīng)的維修或更換措施。

例如，在某農(nóng)業(yè)電網(wǎng)中，一臺型號為S11-M-

500/10的變壓器在經(jīng)歷了一次雷暴天氣后，出現(xiàn)了異常聲響和輕微漏油現(xiàn)象。為了確保該變壓器的安全運(yùn)行，工程師決定對其進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，以檢測其絕緣系統(tǒng)是否存在潛在缺陷。工程師首先對變壓器進(jìn)行了徹底的清潔，去除了表面的污垢和積塵，并使用熱風(fēng)槍對變壓器進(jìn)行了干燥處理，以消除潮氣對試驗(yàn)結(jié)果的影響。在清潔和干燥完成后，工程師檢查了變壓器的接線和接地情況，確保所有連接點(diǎn)緊固可靠，接地良好，測試線路準(zhǔn)確無誤。在正式進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，工程師先進(jìn)行了絕緣電阻及吸收比測量、直流泄漏電流測量以及介質(zhì)損失角正切值tanδ測量。測得絕緣電阻為1500MΩ，吸收比為1.6，直流泄漏電流小于5μA，介質(zhì)損失角正切值tanδ為0.003，均符合試驗(yàn)要求。

根據(jù)變壓器的額定電壓（10kV）和絕緣等級，工程師選擇了略高于額定電壓的試驗(yàn)電壓（12kV）進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，工程師密切監(jiān)控了測試儀器顯示的電壓、電流和功率損耗等參數(shù)，以及變壓器的溫度變化。試驗(yàn)電壓穩(wěn)定施加后，未發(fā)現(xiàn)電壓波動、電流激增或溫度升高過快等異?，F(xiàn)象。經(jīng)過一段時間的試驗(yàn)，變壓器的絕緣系統(tǒng)未發(fā)生擊穿或嚴(yán)重泄漏電流現(xiàn)象，表明其絕緣性能良好。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，工程師判斷該變壓器的絕緣系統(tǒng)能夠承受試驗(yàn)電壓而不發(fā)生擊穿或嚴(yán)重泄漏電流現(xiàn)象，因此認(rèn)為其絕緣性能良好，無須進(jìn)一步拆解檢查。為了確保變壓器的長期穩(wěn)定運(yùn)行，工程師建議定期對變壓器進(jìn)行絕緣電阻、吸收比、直流泄漏電流和介質(zhì)損失角正切值tanδ的測量，以及交流耐壓試驗(yàn)，以及時發(fā)現(xiàn)潛在故障。

2.4 繞組變形試驗(yàn)

繞組變形試驗(yàn)也是電氣測試中不可或缺的一部分，該項(xiàng)試驗(yàn)活動主要是檢測變壓器繞組是否受到機(jī)械應(yīng)力或短路電流沖擊而變形。此類測試方法有頻率響應(yīng)分析法、短路阻抗法，通過對比變壓器繞組在不同狀態(tài)下的響應(yīng)特性和阻抗值，可判斷繞組是否發(fā)生變形或位移。此類變形可能導(dǎo)致匝間短路、相間短路等故障，因此，及時檢測并預(yù)測繞組變形情況對于保障變壓器安全運(yùn)行具有重要的意義。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，工程師根據(jù)變壓器的類型、額定電壓和絕緣等級等因素，選擇合適的測試方法。對于大型變壓器或重要變壓器，建議同時采用頻率響應(yīng)分析法和短路阻抗法進(jìn)行測試，以獲取更全面的繞組變形信息。在測試過程中，應(yīng)密切監(jiān)控測試儀器顯示的頻譜特性、阻抗值等參數(shù)，以及變壓器的溫度變化。若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，如頻譜特性突變、阻抗值顯著變化或溫度升高過快等，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，并檢查變壓器是否存在故障。測試完成后，應(yīng)將測試結(jié)果與變壓器出廠時的測試數(shù)據(jù)或歷史測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以判斷繞組是否發(fā)生變形。同時，結(jié)合變壓器的運(yùn)行記錄和故障歷史，對測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析，以預(yù)測可能存在的故障類型和位置。若繞組變形試驗(yàn)結(jié)果顯示繞組存在變形或位移現(xiàn)象，工程師應(yīng)立即采取措施進(jìn)行修復(fù)或更換。同時，應(yīng)對變壓器的其他部件進(jìn)行檢查，以確保整個變壓器的安全運(yùn)行。此外，還應(yīng)將測試結(jié)果和修復(fù)措施記錄在案，為今后的變壓器維護(hù)和故障預(yù)測提供參考。

3 結(jié)語

總體來說，在農(nóng)業(yè)電網(wǎng)變壓器故障預(yù)測與診斷環(huán)節(jié)，相關(guān)單位需明確實(shí)驗(yàn)參數(shù)指標(biāo)，制訂嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，對實(shí)驗(yàn)過程細(xì)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，提高實(shí)驗(yàn)水平，做到對故障的有效診斷分析。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曼.基于SF_6分解物分析的電氣設(shè)備故障診斷研究[D].湖南大學(xué)，2013.

[2] 劉洋.電力變壓器電氣故障診斷與剩余壽命預(yù)測技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2020.