閆佳文 胡偉濤

淺析變壓器故障及診斷方法

國網(wǎng)河北省電力公司培訓(xùn)中心 ?閆佳文

國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司 ?胡偉濤

【摘要】針對(duì)電力變壓器運(yùn)行過程中的常見故障進(jìn)行分析和歸納，提出變壓器故障診斷和解決的方法，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障，確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);變壓器;故障診斷

1.引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的組成部分，不僅直接關(guān)系到由其供電的廣大用戶，也關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)電力變壓器的故障進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的解決措施具有十分重要的意義。變壓器故障的檢測(cè)技術(shù)是準(zhǔn)確診斷故障的主要手段，其試驗(yàn)項(xiàng)目及順序?yàn)椋河椭兄腥芙鈿怏w分析、直流電阻檢測(cè)、絕緣電阻吸收比、絕緣介損及電容量、油質(zhì)檢測(cè)、局部放電及絕緣耐壓等。

2.變壓器檢測(cè)技術(shù)

2.1 停電檢測(cè)

（1）絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)測(cè)量：絕緣電阻的大小常能靈敏地反映絕緣情況，能有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣局部或整體受潮和臟污，以及絕緣擊穿和嚴(yán)重過熱老化等缺陷。一般讀取施加電壓后60s的數(shù)值或穩(wěn)定值，作為工程上的絕緣電阻值。

（2）介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ及電容量測(cè)量：通過測(cè)量tanδ值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷，當(dāng)電氣設(shè)備絕緣整體性能下降，如普遍受潮、臟污或老化以及絕緣中有缺陷發(fā)生局部放電時(shí)，流過絕緣的有功電流分量將增大，tanδ也增大。因此，通過測(cè)量tanδ值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷。變壓器繞組之間電容量的明顯變化往往意味著繞組發(fā)生了機(jī)械變形。

（3）交流耐壓試驗(yàn)：交流耐壓試驗(yàn)是一種最符合電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行條件的耐壓試驗(yàn)。對(duì)有效發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷（尤其是集中性缺陷）從而避免發(fā)生絕緣事故起到?jīng)Q定性的作用。但是，由于試驗(yàn)電壓較高，有可能使設(shè)備絕緣在試驗(yàn)中被擊穿而不可恢復(fù)，或者雖未導(dǎo)致?lián)舸?，卻使絕緣中的某些輕微弱點(diǎn)在高電壓作用下更加發(fā)展，給絕緣留下隱患（累積效應(yīng)）。

（4）局部放電測(cè)量：絕緣中內(nèi)在的局部缺陷，特別是在程度尚不嚴(yán)重時(shí)，用別的方法往往難以發(fā)現(xiàn)，而用測(cè)量局部放電的方法，卻能比較靈敏地檢測(cè)出來。經(jīng)過多年來的研究改進(jìn)，這項(xiàng)局部放電測(cè)量技術(shù)已漸趨成熟，它對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣的早期缺陷盡早采取預(yù)防措施具有很重要的意義。

（5）繞組電阻測(cè)量：繞組電阻的測(cè)量作為判斷繞組縱絕緣狀況與電流回路連接狀況的主要手段之一被廣泛應(yīng)用于變壓器的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷，且方便有效，它能夠反映繞組匝間短路、斷股、分接開關(guān)及導(dǎo)線接頭接觸不良等故障。

（6）變比試驗(yàn)：變比試驗(yàn)是大修后的變壓器、CT和PT必須進(jìn)行的項(xiàng)目，對(duì)于變壓器主要作用是檢查分接開關(guān)的位置是否正確、檢查各繞組的匝數(shù)比，判斷變壓器是否存在匝間或?qū)娱g短路。

（7）變壓器繞組頻響特性測(cè)試：頻率響應(yīng)分析法（FRA法）對(duì)繞組變形進(jìn)行測(cè)定，這種無損檢測(cè)設(shè)備頻率范圍廣（1k～1MHz），抗干擾能力較強(qiáng)，測(cè)定重復(fù)性較好。

2.2 帶電檢測(cè)

（1）絕緣油中溶解氣體分析（DGA）：這項(xiàng)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是可以發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部某些用測(cè)量介損等方法所不能發(fā)現(xiàn)的潛伏性故障，其方法迅速簡(jiǎn)便，不需要設(shè)備停電。但是，絕緣油中溶解氣體分析方法對(duì)于某些突發(fā)性故障不易發(fā)現(xiàn)，例如匝間短路等。

（2）紅外診斷技術(shù)：在電力設(shè)備檢測(cè)診斷中，通過紅外診斷能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種載流的裸露接頭及抽頭的連接部位由于接觸電阻增大造成的局部過熱缺陷。還可以查找充油設(shè)備缺油、高壓一次側(cè)受潮。

（3）變壓器鐵心接地電流帶電檢測(cè)：變壓器鐵心接地電流的大小隨鐵心接地點(diǎn)多少和故障嚴(yán)重的程度而變化。國內(nèi)外都把鐵心接地電流作為診斷大型變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障的特征參量。

（5）局部放電超聲檢測(cè)：通過測(cè)量局部放電產(chǎn)生的聲波來檢測(cè)局部放電的大小及位置。主要超聲法及高頻法等。

2.3 在線監(jiān)測(cè)

（1）油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)：通過對(duì)油中溶解氣體的監(jiān)測(cè)，分析出氣體成分、含量及產(chǎn)氣速率，從而有效判斷出變壓器的絕緣狀況，如劣化程度、故障種類等。

（2）變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)：通過測(cè)量局部放電產(chǎn)生的聲波來檢測(cè)局部放電的大小及位置。主要超聲法及高頻法等。

（3）鐵心接地電流在線監(jiān)測(cè)：通過監(jiān)測(cè)鐵心接地電流檢測(cè)鐵心多點(diǎn)接地故障。

3.變壓器故障運(yùn)行特征

變壓器發(fā)生異常時(shí)，外表常會(huì)發(fā)生各種變化，一般常伴有某些部位的外表顏色、氣味、聲音、溫度、油位、負(fù)載等的變化，結(jié)合這些變化對(duì)分析與綜合診斷變壓器的故障性質(zhì)、程度、趨勢(shì)和嚴(yán)重性等起到一定作用。

3.1 外觀異常

（1）防爆筒薄膜龜裂破損：如果防爆筒薄膜破損，會(huì)使防爆管失去作用，水和潮氣進(jìn)入變壓器內(nèi)使絕緣受潮。

（2）套管閃絡(luò)放電：套管閃絡(luò)放電會(huì)造成發(fā)熱，老化，引起短路甚至爆炸。

（3）滲漏油：滲漏油是變壓器常見問題，滲漏油主要部位在大蓋與本體結(jié)合部分、放油門、散熱器等部位。

3.2 顏色異常

（1）線卡處過熱引起異常：套管與設(shè)備卡線連接部位松動(dòng)、接觸面氧化嚴(yán)重等。

（2）套管污穢嚴(yán)重或由損傷引起異常：套管誤會(huì)嚴(yán)重有損傷二發(fā)生閃絡(luò)放電會(huì)產(chǎn)生一種特殊焦臭味。

（3）硅膠過快變色：硅膠罐密封不嚴(yán)、硅膠玻璃罩有裂紋或破損、硅膠罐下部位無油或油位低。

（4）變壓器氣體繼電器內(nèi)有氣體。

3.3 聲響異常

（1）交流聲音增大：可能出現(xiàn)了過電壓或過負(fù)荷情況

（2）出現(xiàn)雜聲：若聲音比正常增大且有明顯雜音，可能內(nèi)部夾件或壓緊鐵心的螺釘松動(dòng)，是的硅鋼片振動(dòng)增大。

（3）伴有放電聲：若是內(nèi)部放電，應(yīng)立即將變壓器停電檢查。

（4）夾雜有水沸騰聲：若有水沸騰聲且溫度急劇變化則有可能是發(fā)生短路或分接開關(guān)不良的嚴(yán)重過熱。

（5）夾雜爆裂聲：若聲音中夾雜不均勻爆裂聲，可能是變壓器內(nèi)部或表面絕緣擊穿。應(yīng)立即將變壓器停電檢查。

3.4 溫度異常

（1）內(nèi)部故障引起溫度異常：變壓器內(nèi)部故障時(shí)候如過熱、鐵心多點(diǎn)接地等會(huì)引起溫度異常。

（2）散熱器閥門不通引起溫度異常：新安裝或大修后變壓器散熱器閥門忘記打開時(shí)。

（3）呼吸器堵塞或嚴(yán)重漏油引起溫度異常。

（4）冷卻裝置運(yùn)行不正常引起溫度異常。

3.5 油位異常

（1）假油位：運(yùn)行中出現(xiàn)假油位的原因有油標(biāo)管堵塞、油枕呼吸器堵塞、防爆管通氣孔堵塞。

（2）油位過低：油位過低會(huì)引起輕瓦斯動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起內(nèi)部繞組暴露，并使得絕緣降低。

4.變壓器故障分析判斷

根據(jù)變壓器運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀態(tài)，在發(fā)生以下情況變化時(shí)，需對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷。

（1）正常停電狀態(tài)下進(jìn)行的交接、檢修驗(yàn)收或預(yù)防性試驗(yàn)中一項(xiàng)或幾項(xiàng)指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)。

（2）運(yùn)行中出現(xiàn)異常而被迫停電進(jìn)行檢修和試驗(yàn)。

（3）運(yùn)行中出現(xiàn)其他異常（如出口短路）或發(fā)生事故造成停電，但尚未解體（吊心或吊罩）。

當(dāng)出現(xiàn)上述任何一種情況時(shí)，往往要迅速進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，以確定有無故障、故障的性質(zhì)、可能位置、大概范圍、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)及影響波及范圍等。以下為各類可能情況應(yīng)當(dāng)采取的試驗(yàn)方法及順序。

4.1 油色譜分析異常時(shí)

（1）檢測(cè)變壓器繞組的直流電阻。

（2）檢測(cè)變壓器鐵心的絕緣電阻和鐵心接地電流。

（3）檢測(cè)變壓器的空載損耗和空載電流。

（4）在運(yùn)行中進(jìn)行油色譜和局部放電跟蹤監(jiān)測(cè)。

（5）檢查變壓器潛油泵及相關(guān)附件運(yùn)行中的狀態(tài)。

（6）進(jìn)行變壓器絕緣特性試驗(yàn)。

（7）絕緣油相關(guān)性能檢測(cè)。

（8）變壓器運(yùn)行或停電后的局部放電檢測(cè)。

（9）絕緣油中糠醛含量及絕緣紙材聚合度檢測(cè)。

（10）交流耐壓試驗(yàn)檢測(cè)。

4.2 變壓器出口短路后應(yīng)

（l）油色譜分析。

（2）變壓器繞組直流測(cè)。

（3）短路阻抗試驗(yàn)。

（4）繞組的頻率響應(yīng)試驗(yàn)。

（5）空載電流和空載損耗試驗(yàn)。

（6）繞組電容量試驗(yàn)。

4.3 判斷變壓器絕緣受潮要進(jìn)行的試驗(yàn)

（1）絕緣特性試驗(yàn)。

（2）變壓器油擊穿電壓試驗(yàn)。

（3）絕緣紙的含水量檢測(cè)。

4.4 判斷絕緣老化進(jìn)行的試驗(yàn)

（1）油色譜分析。

（2）變壓器油酸值檢測(cè)。

（3）變壓器油中糠醛含量檢測(cè)。

（4）油中含水量檢測(cè)。

（5）絕緣紙或紙板的聚合度檢測(cè)。

4.5 變壓器振動(dòng)及噪聲異常時(shí)的檢測(cè)

（1）振動(dòng)檢測(cè)。

（2）噪聲檢測(cè)。

（3）油色譜分析。

（4）變壓器阻抗電壓測(cè)量。

5.綜合判斷的原則

（1）與設(shè)備結(jié)構(gòu)聯(lián)系。熟悉和掌握變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和狀態(tài)是變壓器故障診斷的關(guān)鍵，如變壓器內(nèi)部的絕緣配合、引線走向、絕緣狀況、油質(zhì)情況等。又如變壓器的冷卻方式是風(fēng)冷還是強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式等，再如變壓器運(yùn)行的歷史、檢修記錄等等，這些內(nèi)容都是診斷故障時(shí)重要的參考依據(jù)。

（2）與外部條件相結(jié)合。診斷變壓器故障的同時(shí)，一定要了解變壓器外部條件是否構(gòu)成影響，如是否發(fā)生過出口短路;電網(wǎng)中的諧波或過電壓情況是否構(gòu)成影響;負(fù)荷率如何;負(fù)荷變動(dòng)幅度如何等等。

（3）與規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照。與規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，如發(fā)生超標(biāo)情況必須查明原因，找出超標(biāo)的根源，并進(jìn)行認(rèn)真的處理和解決。

（4）與歷次數(shù)據(jù)相比較。僅以是否超標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行故障判斷往往不夠準(zhǔn)確，需要考慮與本身歷次數(shù)據(jù)進(jìn)行比較才能了解潛伏性故障的起因和發(fā)展情況。例如，試驗(yàn)結(jié)果盡管數(shù)值偏大，但一直比較穩(wěn)定，應(yīng)該認(rèn)為仍屬正常;但試驗(yàn)結(jié)果雖未超標(biāo)而與上次相比卻增加很多，就需要認(rèn)真分析，查明原因。

（5）與同類設(shè)備相比較（橫向比較）。一臺(tái)變壓器發(fā)現(xiàn)異常，而同一地點(diǎn)的另一臺(tái)相同容量或相同運(yùn)行狀態(tài)的變壓器是否有異常，這樣結(jié)合分析有利于準(zhǔn)確判斷故障現(xiàn)象是外因的影響還是內(nèi)在的變化。

（6）與自身不同部位相比較（縱向比較）。對(duì)變壓器本身的不同部位進(jìn)行檢查比較，如變壓器油箱箱體溫度分布是否變化均勻，局部溫度是否有突變。又如用紅外成像儀檢查變壓器套管或油枕溫度，以確定是否存在缺油故障等。再如測(cè)繞組絕緣電阻時(shí)，分析高對(duì)中、低、地，中對(duì)高、低、地與低對(duì)高、中、地是否存在明顯差異，測(cè)繞組電阻、測(cè)套管電容及tgδ時(shí)，三相間有無異常不同，這些也有利于對(duì)故障部位的準(zhǔn)確判斷。

6.總結(jié)

由于目前沒有一種包羅萬象的檢測(cè)方法，也不能可能存在一種面面俱到的檢測(cè)儀器，因此，在變壓器故障診斷中要結(jié)合各種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析和評(píng)判，只有通過各種有效手段包括離線檢測(cè)、帶電檢測(cè)等等進(jìn)行互相補(bǔ)充，驗(yàn)證和綜合分析判斷，才能取得較好的故障診斷效果。

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作者簡(jiǎn)介：

閆佳文（1980—），男，碩士，工程師，主要從事電氣試驗(yàn)、電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷等方面的研究。

胡偉濤（1977—），男，碩士，工程師，主要從事電氣試驗(yàn)、電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷、電氣設(shè)備狀態(tài)檢修及新能源在電力系統(tǒng)應(yīng)用等方面的研究。