于鴻潔

摘 要：北京電網(wǎng)近年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，嚴(yán)重的變壓器事故往往造成用戶(hù)的大面積停電、設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，其造成的直接經(jīng)濟(jì)損失往往達(dá)數(shù)百萬(wàn)元甚至數(shù)千萬(wàn)元，間接經(jīng)濟(jì)損失更是不可估量。因而，保證變壓器的安全可靠運(yùn)行將直接影響電網(wǎng)安全，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。該文通過(guò)對(duì)北京市電力公司多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及具有代表性的變壓器故障檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了變壓器故障診斷的常用方法及標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)變壓器的常見(jiàn)故障及常見(jiàn)事故，提出了對(duì)應(yīng)的故障檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 變壓器故障 檢測(cè)方法 電氣試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（c）-0070-02

1 電氣試驗(yàn)

1.1 絕緣類(lèi)試驗(yàn)

變壓器絕緣類(lèi)試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括繞組絕緣、鐵心絕緣、直流泄漏、繞組及套管介損、工頻耐壓、感應(yīng)耐壓、局部放電試驗(yàn)。

繞組絕緣電阻試驗(yàn)，是用兆歐表?yè)u測(cè)各繞組間、繞組對(duì)地之間的絕緣電阻值，分別記錄15S、60S、600S（需測(cè)極化指數(shù)時(shí)）絕緣電阻值，并計(jì)算吸收比、極化指數(shù)；根據(jù)絕緣電阻值與歷次試驗(yàn)值、出廠(chǎng)值的比較，判斷變壓器整體絕緣變化情況；通過(guò)該試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)變壓器整體受潮缺陷及絕緣老化狀況，但對(duì)變壓器局部絕緣缺陷的診斷沒(méi)有太大意義。繞組直流泄漏電流的測(cè)試工作與繞組絕緣電阻試驗(yàn)的原理基本一致，只是提高了試驗(yàn)電壓，對(duì)檢查套管等外絕緣狀況具有一定作用。繞組介損試驗(yàn)可對(duì)變壓器整體絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)比較有效，同時(shí)，對(duì)貫穿性局部缺陷也比較靈敏。套管介損試驗(yàn)的主要目的是檢查套管的絕緣狀況。

工頻耐壓、感應(yīng)耐壓均屬于考核變壓器絕緣水平的試驗(yàn)，工頻耐壓主要考核變壓器主絕緣水平（即變壓器繞組線(xiàn)端對(duì)地、繞組間）的試驗(yàn)方法；而感應(yīng)耐壓試驗(yàn)主要考核變壓器線(xiàn)圈匝間絕緣水平，同時(shí)，對(duì)于分級(jí)絕緣變壓器，該試驗(yàn)同樣可考核變壓器線(xiàn)端對(duì)地及不同繞組之間的絕緣水平。工頻耐壓、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn)，一般僅在變壓器出廠(chǎng)、安裝或大修后進(jìn)行，對(duì)于運(yùn)行中變壓器，很少使用該手段對(duì)變壓器絕緣狀況進(jìn)行檢測(cè)。

變壓器局部放電試驗(yàn)在國(guó)外是20世紀(jì)60年代才開(kāi)始進(jìn)行研究的一種試驗(yàn)方法，國(guó)內(nèi)對(duì)該項(xiàng)試驗(yàn)的研究起步較晚，變壓器廠(chǎng)家對(duì)該試驗(yàn)的研究、實(shí)施開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)起步于80年代中期，而真正推廣使用是在20世紀(jì)90年代。現(xiàn)在，變壓器局部放電試驗(yàn)已成為考核變壓器制造、安裝、大修水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因而，現(xiàn)在所有電力公司在220 kV及以上變壓器在安裝、大修后均要求進(jìn)行該試驗(yàn)。同樣，當(dāng)懷疑運(yùn)行的變壓器存在放電性缺陷時(shí)，可通過(guò)該項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)其放電水平，在進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)同時(shí)配合進(jìn)行局部放電定位工作。目前，局部放電定位技術(shù)主要是通過(guò)超聲波技術(shù)、結(jié)合放電的電信號(hào)進(jìn)行的，國(guó)內(nèi)各知名研究機(jī)構(gòu)、大專(zhuān)院校對(duì)此技術(shù)都有深入研究，但到目前為止，尚沒(méi)有技術(shù)完全過(guò)硬的產(chǎn)品，原因在于定位的結(jié)果往往與變壓器結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系；國(guó)外，類(lèi)似的技術(shù)、設(shè)備也很多，瑞典ABB公司制造過(guò)超聲波定位設(shè)備，其定位精度較高，但該設(shè)備只提供給ABB自己的變壓器制造工廠(chǎng)使用。北京市電力公司曾邀請(qǐng)ABB在中國(guó)的合資企業(yè)合肥ABB公司在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行定位，效果較好。

1.2 變壓器特性試驗(yàn)

變壓器特性試驗(yàn)主要包括變壓器直流電阻、匝數(shù)比（變比）、變壓器空載、負(fù)載試驗(yàn)。

變壓器直流電阻試驗(yàn)主要是檢查變壓器導(dǎo)電回路是否存在缺陷，它特別對(duì)變壓器線(xiàn)圈接頭、變壓器開(kāi)關(guān)觸頭接觸情況等的檢查具有較好效果。根據(jù)北京市電力公司近幾年的工作經(jīng)驗(yàn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于變壓器直流電阻的要求偏松，不利于對(duì)缺陷的早期診斷。直流電阻試驗(yàn)已成為變壓器檢測(cè)的一種常用，同時(shí)也是非常重要的一個(gè)手段。

測(cè)量匝數(shù)比的目的是（1）檢查繞組匝數(shù)是否正確；（2）檢查分接開(kāi)關(guān)狀況；（3）檢查繞組有無(wú)匝間金屬性短路，匝數(shù)比主要用于大修、安裝后的檢測(cè)中。

變壓器空載、負(fù)載試驗(yàn)主要是測(cè)試變壓器的空載、負(fù)載參數(shù)，因而該試驗(yàn)主要作為出廠(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目，一般在現(xiàn)場(chǎng)不進(jìn)行該試驗(yàn)；但在懷疑鐵心故障或繞組匝間故障或繞組存在變形時(shí)，可進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。

2 油務(wù)化驗(yàn)

油務(wù)化驗(yàn)?zāi)壳爸饕ㄓ唾|(zhì)化驗(yàn)、油中氣體色譜分析，油質(zhì)化驗(yàn)主要是化驗(yàn)油的電氣、物理性能，如擊穿電壓、含水量、酸值、PH值、閃點(diǎn)、介損、界面張力等項(xiàng)目，這些項(xiàng)目對(duì)檢測(cè)油的電氣性能具有重要意義，因此，油質(zhì)化驗(yàn)是變壓器預(yù)防性檢測(cè)的重要項(xiàng)目。

絕緣油在熱和電的作用下，分解出氫氣、一氧化碳、二氧化碳、以及多種小分子烴類(lèi)氣體，設(shè)備內(nèi)部故障的類(lèi)型及嚴(yán)重程度與這些氣體分子的組成及產(chǎn)氣速率有著密切關(guān)系。目前油中氣體色譜分析就是利用這一關(guān)系判斷設(shè)備內(nèi)部故障和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行，已成為充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行不可缺少的手段。

3 變壓器頻率響應(yīng)試驗(yàn)

變壓器頻率響應(yīng)試驗(yàn)主要是測(cè)試變壓器繞組變形情況，該方法的研究開(kāi)始于20世紀(jì)90年代，華北電力研究院在華北地區(qū)較早推出了這一方法，北京市電力公司在變壓器頻率響應(yīng)試驗(yàn)方面開(kāi)展了大量工作，積累了判斷試驗(yàn)結(jié)果的一些方法。該試驗(yàn)主要是對(duì)變壓器線(xiàn)圈在10 kHz～1000 kHz的頻率范圍內(nèi)施加正弦電壓信號(hào)，測(cè)量繞組在各頻率下的響應(yīng)，由計(jì)算機(jī)繪制成繞組的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)頻響曲線(xiàn)）。比較同電壓等級(jí)的不同相間、或者同繞組歷次的頻響曲線(xiàn)，可以定性地判斷變壓器繞組的變形狀況。

現(xiàn)在，該試驗(yàn)已成為眾多電力公司在變壓器遭受短路沖擊或過(guò)電壓沖擊后判斷變壓器健康狀況的一個(gè)重要手段。根據(jù)變壓器繞組的分布參數(shù)電路分析，變壓器在高頻激勵(lì)下，其固有頻率很豐富，不容易確定，所以國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界對(duì)變壓器繞組變形試驗(yàn)技術(shù)在認(rèn)識(shí)方面還存在分歧。但是變壓器在制造完畢以后，如果繞組未發(fā)生變形，其在高頻信號(hào)激勵(lì)下的轉(zhuǎn)移參數(shù)是不會(huì)改變的（該測(cè)量系統(tǒng)采用的是電壓轉(zhuǎn)移比）。根據(jù)我們191臺(tái)變壓器繞組變形試驗(yàn)的結(jié)果分析，確信這項(xiàng)技術(shù)基本能夠滿(mǎn)足運(yùn)行單位對(duì)繞組變形分析的要求：它對(duì)變形的反應(yīng)程度既不過(guò)分敏感，又能明確地體現(xiàn)出繞組的明顯變形。比較困難的是如何正確地試驗(yàn)和分析。北京市電力公司使用的是由華北電科院研制的FRA-1型繞組變形儀器?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)所受的干擾因素難以把握、試驗(yàn)時(shí)間比較緊張、繞組變形的具體情況也相當(dāng)復(fù)雜，所以試驗(yàn)和分析判斷很不容易。endprint

目前，變壓器繞組變形試驗(yàn)多用于研究單位，大量采用這項(xiàng)技術(shù)，該局是國(guó)內(nèi)進(jìn)行最早、試驗(yàn)次數(shù)最多和經(jīng)驗(yàn)較為豐富的生產(chǎn)運(yùn)行單位之一，現(xiàn)就該研究者理解的變形試驗(yàn)的用途進(jìn)行例證。

（1）發(fā)現(xiàn)變壓器變形，并指導(dǎo)檢修。

例1，原田村1#變變壓器型式：SFSZ9-50000/110；額定電壓110/36.6/10.5 kV；阻抗電壓：（高-中）9.95%；（高-低）17.9%；（中-低）6.89%，由沈陽(yáng)變壓器廠(chǎng)制造，1997年10月出廠(chǎng)；1998年11月投運(yùn)。

2002年1月6日110 kV田村變電站35 kV出線(xiàn)田水-32線(xiàn)路電纜終端三相短路，造成該變電站101、301、201開(kāi)關(guān)掉閘，1#變壓器停運(yùn)。修試處對(duì)1#主變做絕緣試驗(yàn)、油色譜分析化驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是通過(guò)線(xiàn)圈變形試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中壓線(xiàn)圈及低壓線(xiàn)圈有較嚴(yán)重的變形。1月21日變壓器經(jīng)過(guò)短時(shí)間的運(yùn)行后退出，2月6日該變壓器在修試處吊罩解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)中壓Am相、Bm相線(xiàn)圈各有兩處沿整個(gè)線(xiàn)圈的高度發(fā)生嚴(yán)重的徑向凸起變形，低壓a相、b相線(xiàn)圈也受中壓線(xiàn)圈擠壓造成輕微變形，變形線(xiàn)圈上端部層壓木板開(kāi)裂起層。

例2，特鋼變電站110 kV原1#變壓器，長(zhǎng)春變壓器廠(chǎng)92年產(chǎn)品，型號(hào)SFS7-50000/110，97年10月35 kV側(cè)出口短路、長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流（約1 min）后試驗(yàn)表明35 kV側(cè)繞組Bm相嚴(yán)重變形，相間差分別為：Ea-b=6.2，Eb-c=5.9，Ea-c=3.4。吊罩發(fā)現(xiàn)中壓三相線(xiàn)圈尤其是Bm相嚴(yán)重?zé)龘p。返廠(chǎng)大修換線(xiàn)圈后中壓側(cè)恢復(fù)正常，結(jié)果分別為：Ea-b=1.7，Eb-c=1.4，Ea-c=2.5。

例3，北土城變電站110 kV原1#變壓器，瑞典89年產(chǎn)品，型號(hào)TORF183-108-165，98年7月低壓側(cè)因10kV出線(xiàn)某開(kāi)關(guān)柜爆炸，引起出口短路。變形試驗(yàn)表明低壓三相線(xiàn)圈發(fā)生明顯變形，結(jié)果分別為：Eab-bc=5.7，Eab-ac=4.4，Ebc-ac=5.2。返廠(chǎng)大修時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓三相調(diào)壓線(xiàn)圈已經(jīng)脫落，低壓三相繞組完全變形。

（2）現(xiàn)輕微變形后，可通過(guò)變壓器運(yùn)行方式的改變，使其安全地暫時(shí)運(yùn)行。

特鋼南站110 kV原2#變壓器，沈陽(yáng)變壓器廠(chǎng)87年產(chǎn)品，型號(hào)SFS-31500/110，97年10月準(zhǔn)備投運(yùn)以前試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三側(cè)繞組以A相線(xiàn)圈（尤其是中壓側(cè)）為中心發(fā)生變形，中壓側(cè)頻響曲線(xiàn)相間差分別為：Ea-b=7.0，Eb-c=3.2，Ea-c=7.0?，F(xiàn)在中壓側(cè)未帶負(fù)荷運(yùn)行，等合適機(jī)會(huì)檢修。

（3）特殊情況下需緊急決策時(shí)，通過(guò)變形試驗(yàn)分析繞組狀況，有很大作用。

突發(fā)事故后和多年惡劣環(huán)境下運(yùn)行的變壓器繞組是否基本無(wú)變形，在運(yùn)行單位的決策中很重要。呂村站原2#變壓器、懷柔站原1#變壓器（均為220kV等級(jí)），先后在運(yùn)行中發(fā)生罕見(jiàn)的套管爆炸事故，最后就是根據(jù)繞組未發(fā)生變形和局部放電合格這兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)，決定立即投運(yùn)的。

（4）不同廠(chǎng)家、型號(hào)和電壓等級(jí)的變壓器變形試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較和歸納，

通過(guò)比較和歸納，一定程度上可以發(fā)現(xiàn)變壓器繞組的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，從而對(duì)變壓器的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如某些變壓器廠(chǎng)家的所有產(chǎn)品變形曲線(xiàn)相間吻合性一直很好；而某些變壓器廠(chǎng)家相對(duì)就差一些。這個(gè)結(jié)論基本符合大家對(duì)這些廠(chǎng)家產(chǎn)品的一貫評(píng)價(jià)。

4 在線(xiàn)檢測(cè)

上面所述電氣試驗(yàn)、油務(wù)化驗(yàn)均為離線(xiàn)、周期性的檢測(cè)項(xiàng)目，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷；在線(xiàn)檢測(cè)的目的主要就是為了達(dá)到對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測(cè)。就北京市電力公司在線(xiàn)檢測(cè)應(yīng)用的現(xiàn)狀來(lái)看，在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)在近年雖有所發(fā)展，但還不能滿(mǎn)足實(shí)用的水平，故在此不加詳述。

綜上所述，加強(qiáng)變壓器故障的檢測(cè)對(duì)保證變壓器的安全運(yùn)行具有重要意義，雖然現(xiàn)有的檢測(cè)手段不能對(duì)所有的故障都有效，但只要充分運(yùn)用這些手段仍能夠發(fā)現(xiàn)大部分的潛伏性故障。對(duì)于突發(fā)性缺陷及外部事故造成變壓器故障，關(guān)鍵在于應(yīng)用合適的檢測(cè)手段，能夠及時(shí)判明變壓器故障受損情況，為變壓器及時(shí)修復(fù)提供依據(jù)。通過(guò)該文的論述，我們可以得出以下結(jié)論。

（1）變壓器檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，對(duì)異常數(shù)據(jù)應(yīng)仔細(xì)分析，不應(yīng)只考慮按規(guī)程是否超標(biāo)，以免喪失及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器潛伏性故障的機(jī)會(huì)。

（2）對(duì)變壓器的檢測(cè)應(yīng)打破專(zhuān)業(yè)界限，綜合分析各類(lèi)檢測(cè)手段得來(lái)的數(shù)據(jù)。

（3）該文提出的幾項(xiàng)分析手段對(duì)于分析變壓器在故障后、事故后的受損情況具有實(shí)用價(jià)值，各項(xiàng)手段要綜合起來(lái)使用，方能得出正確的結(jié)論。

隨著技術(shù)的發(fā)展，變壓器檢測(cè)手段不斷增加，今后，對(duì)于變壓器故障的檢測(cè)必然會(huì)朝著在線(xiàn)檢測(cè)的方向發(fā)展，作為變壓器運(yùn)行維護(hù)部門(mén)應(yīng)加大在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的研究及現(xiàn)場(chǎng)使用的投入。

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