浦漢輝

對變壓器在線監(jiān)測與故障診斷的探究

浦漢輝

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉林供電局 廣西玉林市 537000）

本文介紹了變壓器易產(chǎn)生故障的部位和故障類型，通過研究變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)，對變壓器的故障檢測排查提出了一些建議，希望能對變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行提供一定幫助。

變壓器；在線監(jiān)測；故障診斷

前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對電力系統(tǒng)的要求越來越高，而變壓器在整個電力系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位。所以要想保證整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須先保證變壓器的正常運(yùn)行。本文研究了變壓器故障的監(jiān)測和診斷，希望能為變壓器故障維修提供一定參考價值。

1 變壓器易發(fā)生故障的部位

1.1 變壓器的鐵芯部位

鐵芯部位是變壓器的一個關(guān)鍵部位，它直接關(guān)系到變壓器是否能夠順利變壓。同時，鐵芯部位也是變壓器最容易發(fā)生故障的部位。鐵芯在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，容易產(chǎn)生松動，與接地處的鐵芯發(fā)生接觸，兩者摩擦發(fā)熱，從而產(chǎn)生放電，破壞了變壓器的絕緣性[1]。

1.2 變壓器的繞組部位

繞組部位產(chǎn)生故障的原因一般是因為繞組發(fā)生形變。當(dāng)變壓器的繞組因為使用時間太長而發(fā)生繞組老化或者因為空氣濕度太大而受潮，使得繞組發(fā)生短路現(xiàn)象，最終產(chǎn)生繞組形變。繞組形變最開始的表現(xiàn)為繞組匝的故障，所以如果發(fā)現(xiàn)了繞組匝的故障，要盡快處理，在其轉(zhuǎn)化為繞組形變之前先解決掉，減少后期的維修量。

1.3 變壓器的分接開關(guān)

分接開關(guān)的故障一般有幾種原因：①分接開關(guān)觸頭的彈簧壓力不夠，觸頭處的滾輪滾動時壓力分布不均勻，使得觸頭的有效接觸面積縮小，或者因為金屬鍍層的強(qiáng)度不夠產(chǎn)生磨損而導(dǎo)致分接開關(guān)損壞；②分接開關(guān)的接觸不良，當(dāng)電路發(fā)生短路時，強(qiáng)大的短路電流沖擊分接開關(guān)導(dǎo)致分接開關(guān)故障；③倒換分接開關(guān)時，分頭的位置切換不正確，使得分接開關(guān)燒毀；④相與相之間的距離太近，或者因長期使用導(dǎo)致材料絕緣性能下降，當(dāng)電壓過大的時候發(fā)生短路現(xiàn)象，損壞分接開關(guān)。

1.4 變壓器的絕緣油

變壓器的絕緣油在變壓器運(yùn)行過程中可能會與空氣發(fā)生直接接觸，吸收到空氣中的水分，從而使得絕緣油的絕緣性能大大下降。同時，絕緣油也會吸收空氣中的氧氣，而且由于絕緣油的運(yùn)行環(huán)境大多是高溫條件下，所以絕緣油在高溫條件與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成酸性的氧化物。這些酸性的氧化物與變壓器里面的金屬部件反應(yīng)，會產(chǎn)生腐蝕效果，并且會破壞絕緣材料的性能，不僅加大了絕緣油的損耗，還大大降低了變壓器的絕緣性能，造成變壓器的閃絡(luò)，引起繞組和外殼的擊穿。

2 變壓器在線監(jiān)測技術(shù)的深入研究

2.1 對于變壓器放電的監(jiān)測

對于變壓器局部放電的在線監(jiān)測方法有許多種，其中最常見的就是紅外熱成像法、超聲波檢測法、電子脈沖法以及光學(xué)檢測法。紅外熱成像法指的是局部放電時，會產(chǎn)生局部溫度升高，在紅外熱成像系統(tǒng)中就會有紅外輻射信號，從而被其捕捉到，放電部位就會被及時準(zhǔn)確地找到；超聲波檢測法則是在變壓器外安裝超聲波傳感器，當(dāng)局部放電時，將其產(chǎn)生的超聲波信號轉(zhuǎn)化成電信號，從而捕捉到放電具體位置；光學(xué)測量法是將放電時產(chǎn)生的光學(xué)輻射轉(zhuǎn)化成電信號，確定放電位置。

2.2 對于變壓器繞組形變的監(jiān)測

對于變壓器繞組形變在線監(jiān)測的方法常用的有頻響分析法、短路電抗法、低壓脈沖法等等，但是要注意一點，在使用這些方法監(jiān)測時，不能開啟變壓器，要在其停止運(yùn)行的狀態(tài)下進(jìn)行。此外，現(xiàn)在還有一種新的在線監(jiān)測方法，那就是通過監(jiān)測變壓器電流和三相電壓，來達(dá)到監(jiān)測繞組形變情況的目的。

2.3 對于變壓器鐵芯的監(jiān)測

當(dāng)變壓器鐵芯接觸到接地處的鐵芯時，會在變壓器內(nèi)部形成一個完整的閉合電路，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，輕則造成變壓器損壞，重則造成人員觸電安全事故。對變壓器鐵芯的在線監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)與接地處接觸的鐵芯，測量出感應(yīng)電流的大小，及時進(jìn)行維修處理，防止事故發(fā)生。

2.4 對于變壓器振動幅度的監(jiān)測

在變壓器外部安裝振動傳感器，監(jiān)測變壓器在正常運(yùn)行時的振動幅度和振動加速度等，一旦發(fā)現(xiàn)振動信號與正常運(yùn)行時有較大差距，立即進(jìn)行檢查，看是否是繞組出現(xiàn)了問題。

2.5 對于變壓器絕緣電阻的監(jiān)測

變壓器絕緣電阻在線監(jiān)測的方法，不僅成本低，而且對于變壓器絕緣材料表面的破損和污染識別能力很高。運(yùn)用這種方法時，可以給絕緣電阻兩端施加一個定值的電壓，如果絕緣電阻的絕緣性能受損，那么這個定值電壓與正常運(yùn)行時相比肯定是有所變化的。絕緣電阻絕緣性能受損，其電阻值會降低，兩端的電壓輸出也會隨之降低。

2.6 對于變壓器絕緣功率的監(jiān)測

絕緣功率即變壓器運(yùn)行過程中功率損耗和輸入變壓器的功率比值，通過對絕緣功率的分析，可以得到變壓器運(yùn)行過程中的有效電損耗。當(dāng)絕緣材料絕緣性能受到影響時，這個絕緣功率數(shù)值肯定會發(fā)生變化[2]。

3 變壓器故障診斷方法

3.1 變壓器內(nèi)部放電產(chǎn)生的故障分析

從變壓器放電故障的放電程度來區(qū)分，可以將故障分成兩個類型：①變壓器的局部放電故障。由于變壓器內(nèi)部的絕緣部件中會有空位或者變壓器絕緣油中存在氣泡，所以使得介電常數(shù)降低，產(chǎn)生局部放電故障，且這種放電比較明顯，放電頻率也比較高。雖然這種局部放電故障的放電程度比較小，對于整個變壓器的運(yùn)行影響不是很大，但是如果任由其發(fā)展，不進(jìn)行及時處理，一樣會變成大事故損壞或擊穿變壓器；②變壓器的火花放電故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部的某些金屬部件接觸不良時，兩個相對懸浮的金屬部件附件就會產(chǎn)生磁場，某些變壓器的重要裝置設(shè)備在這個磁場里作切割運(yùn)動就會有放電情況，從而產(chǎn)生火花性放電故障。在故障分析診斷時，要注意變壓器內(nèi)部氣體增長速度情況，一般來說氣體增長速度的計算方式如下公式所示：

此公式中的γm指的是絕對產(chǎn)氣速率，Ci2是第二次變壓器油抽樣中氣體的濃度，Ci1表示第一次變壓器油抽樣中氣體的濃度，Δt表示的是兩者抽樣時間間隔，m表示變壓器油量總質(zhì)量，p表示變壓器油的平均密度。

3.2 變壓器局部溫度過高的故障分析

在變壓器運(yùn)行時，可能導(dǎo)致變壓器局部溫度過高的原因有以下幾個：①變壓器的繞組溫度過高的問題。繞組部件在生產(chǎn)制作時，可能會產(chǎn)生某些失誤，某些繞組的絕緣部分因生產(chǎn)處理不當(dāng)而產(chǎn)生局部放電或者短路現(xiàn)象，使得繞組局部溫度過高，絕緣部件老化更快；②導(dǎo)線故障問題，在某些變壓器檢修或者裝配作業(yè)時，因施工作業(yè)不小心而使得導(dǎo)線絕緣層被破壞，導(dǎo)致導(dǎo)線與套管內(nèi)部的金屬接觸發(fā)生局部放電過熱現(xiàn)象。

3.3 變壓器常用故障診斷方法——氣相色譜法（見圖1）

氣相色譜法是變壓器常用的故障診斷方法之一，具體診斷原理如下：

圖1 氣相色譜儀結(jié)構(gòu)示意圖

變壓器內(nèi)部的油一般用作變壓器的絕緣保護(hù)和散熱，在一定溫度下，變壓器油會與某些絕緣有機(jī)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成相對分子質(zhì)量較小的氣體，且會生成多種氣體，每種氣體的穩(wěn)定性都不一樣。前面也提到了變壓器油內(nèi)的氣體含量可以體現(xiàn)出當(dāng)前變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，所以通過對生成氣體的分析來診斷出變壓器的故障。

如果單純因為油溫升高而使其分解，那么只會生成H2或者CH4等氣體，如果絕緣有機(jī)材料也參與了熱分解反應(yīng)，那么生成的氣體當(dāng)中會有大量的CO或者CO2。所以絕緣有機(jī)材料參與反應(yīng)的具體表現(xiàn)就是所生成的氣體中大部分都是CO或者CO2，又因為H2、CH4氣體的放電量與CO、CO2的放電量不同，所以通過放電量的變化也可以看出絕緣有機(jī)材料是否參與反應(yīng)。

4 結(jié)束語

對于變壓器的在線監(jiān)測可以通過數(shù)據(jù)分析出故障隱患及時處理，而故障診斷則是在故障發(fā)展初期就及時發(fā)現(xiàn)，盡快維修好，避免故障的影響擴(kuò)大。只有將變壓器的在線監(jiān)測與故障診斷完美結(jié)合在一起，才能保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]萬志強(qiáng)，宋建成，雷志鵬，溫敏敏，李傳揚(yáng).礦用干式變壓器絕緣在線監(jiān)測及故障診斷預(yù)警系統(tǒng)研制[J].工礦自動化，2013，39（10）：1～5.

[2]王福忠，邵淑敏，董鵬飛.變壓器油中氣體組分含量在線監(jiān)測與故障診斷[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，34（03）：379～383.

TM407

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1004-7344（2016）27-0060-02

2016-8-21

浦漢輝（1988-），男，漢族，廣西玉林人，助理工程師，本科，主要從事變電檢修工作。