鄭華

（山東電力建設(shè)第三工程有限公司，山東 青島 266100）

新時(shí)期內(nèi)，各行業(yè)發(fā)展對(duì)電力的需求量不斷提升。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，我國(guó)的社會(huì)用電量呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2018 年全社會(huì)總用電量68449 億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)8.5%。對(duì)于電力企業(yè)來(lái)說(shuō)，用電量的提升帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，在國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略新時(shí)期內(nèi)，提升電力供應(yīng)能力，確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和高效性是新時(shí)期電力企業(yè)管理和發(fā)展的重要內(nèi)容。在電力生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，變壓器運(yùn)行的工況優(yōu)劣十分關(guān)鍵，為此做好電力變壓器故障診斷技術(shù)研究十分必要且重要。

1 變壓器故障主要類(lèi)型

（1）短路故障。發(fā)生短路故障的原因是多方面的，如相間短路、內(nèi)部引線短路、出口短路以及繞組間對(duì)地短路等。有這些原因引發(fā)的短路故障一方面會(huì)由于短路電流的產(chǎn)生而造成電氣設(shè)備的機(jī)械變形，縮短設(shè)備的使用壽命，另一方面，也會(huì)因短路電流造成絕緣過(guò)熱從而引發(fā)絕緣破壞問(wèn)題，造成電力生產(chǎn)的中斷。

（2）放電故障。放電故障這一類(lèi)別又分為局部放電、火花放電、電弧放電等不同情況。其中局部放電大多是由油膜或在油料中的導(dǎo)體邊緣發(fā)生的放電故障，容易發(fā)生熱擊穿或絕緣擊穿等設(shè)備事故。引發(fā)火花放電的情況可能有分接開(kāi)關(guān)懸浮電壓所引起的放電、套管儲(chǔ)油柜或引線對(duì)套管導(dǎo)電管放電、鐵芯接地不良放電以及引線局部接觸不良引起的放電等。電弧放電的情況如引線發(fā)生斷裂、分接開(kāi)關(guān)發(fā)生飛弧、繞組絕緣層發(fā)生擊穿等。

（3）絕緣故障。絕緣故障又分為固體紙絕緣故障以及油絕緣故障。其中固體絕緣故障多是由固體絕緣老化引發(fā)的，油絕緣故障主要是由油中混入了各種金屬或有機(jī)雜質(zhì)等，繼而引發(fā)絕緣油發(fā)生老化或氧化等過(guò)程，導(dǎo)致絕緣故障發(fā)生。

（4）鐵芯故障。該類(lèi)故障主要由鐵芯多點(diǎn)接地或者鐵芯沒(méi)有接地所導(dǎo)致的，其中多點(diǎn)接地會(huì)造成環(huán)流，長(zhǎng)時(shí)間環(huán)流會(huì)造成鐵芯局部過(guò)熱。鐵芯沒(méi)有接地繼而在局部形成對(duì)地懸浮電位，極容易對(duì)地形成斷續(xù)性的擊穿放電現(xiàn)象。

（5）分接開(kāi)關(guān)故障。該類(lèi)故障分為兩個(gè)情況，一個(gè)是有載調(diào)壓，另一個(gè)是無(wú)載調(diào)壓。其中有載調(diào)壓多是由分按開(kāi)關(guān)停留在過(guò)渡位置所引發(fā)，而無(wú)載調(diào)壓故障多是由觸頭接觸不良造成的。

2 變壓器油中溶解氣體分析和故障診斷方法

不同類(lèi)型故障引起變壓器內(nèi)部變化最明顯的表現(xiàn)是油溫度變化，而且不同類(lèi)型的故障引起油溫度變化不同，變壓器絕緣油在不同溫度下，分解產(chǎn)生的氣體類(lèi)型不同，產(chǎn)氣速率也存在差異，除非嚴(yán)重的短路故障，一般故障引起的氣體分解主要都以各種烴類(lèi)氣體為主，基于以上原因，變壓器油中溶解氣體分析法是判斷電力變壓器內(nèi)部故障最常用的一種方法。當(dāng)油中含有多種不同的氣體組分時(shí)，利用氣相色譜分析法對(duì)油中溶解氣體進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)溶解氣體各項(xiàng)參數(shù)的變化情況來(lái)判斷變壓器是否存在故障或異常。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，電力工作人員可通過(guò)產(chǎn)生氣體的變化特點(diǎn)進(jìn)行變壓器故障判斷。由于電力系統(tǒng)中的變壓器大多長(zhǎng)時(shí)間維持在運(yùn)行狀態(tài)，長(zhǎng)期使用過(guò)程中必然會(huì)發(fā)生老化，這一老化過(guò)程本身會(huì)導(dǎo)致一定的氣體產(chǎn)生，但是這種情況下的氣體產(chǎn)生速度較慢。而當(dāng)變壓器出現(xiàn)其他故障時(shí)，往往氣體產(chǎn)生速度較快，因此可以將這一點(diǎn)作為區(qū)分的特征，大致判斷氣體的產(chǎn)生是由于變壓器本身壽命老化的原因還是由于其他運(yùn)行故障的原因。對(duì)于不同的故障，表現(xiàn)出產(chǎn)生氣體的種類(lèi)也有差異。比如在變壓器溫度過(guò)高時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是乙烯；如果出現(xiàn)放電情況，產(chǎn)生的氣體大多是氫氣；當(dāng)出現(xiàn)電弧放電時(shí)，產(chǎn)生的氣體通常是乙炔。根據(jù)這些產(chǎn)生氣體的不同表現(xiàn)特征和情況，電力工作人員可根據(jù)其中的差異來(lái)作出較為準(zhǔn)確的判斷。

溶解氣體分析對(duì)應(yīng)的具體故障診斷方法主要是通過(guò)氣體特征性、氣體產(chǎn)生速率，結(jié)合三比值法來(lái)進(jìn)行的。其中，不同故障對(duì)應(yīng)的其他特征如表1 所示。

表1 變壓器故障類(lèi)型下產(chǎn)生的氣體組分

氣體產(chǎn)生速率包括絕對(duì)產(chǎn)氣速率和相對(duì)產(chǎn)氣速率，前者是每日某種氣體產(chǎn)生的平均值，后者是每月這種氣體產(chǎn)生同比增加值。如果發(fā)現(xiàn)某種氣體或多種氣體的產(chǎn)生速率出現(xiàn)異常，超過(guò)注意值或限定值，應(yīng)進(jìn)行異常原因分析。

三比值法是對(duì)產(chǎn)生的五種主要?dú)怏w選取三對(duì)計(jì)算比值（CH4/H2、C2H2/C2H4、C2H4/C2H6），然后根據(jù)不同比值組合情況判斷故障類(lèi)型。該方法的應(yīng)用有一個(gè)條件，油中產(chǎn)氣量必須超過(guò)閾值才有效，如果各種氣體含量正常，則該計(jì)算方法無(wú)效。

目前用三比值法對(duì)故障類(lèi)型進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則國(guó)內(nèi)外主要有如下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)標(biāo)GBT7252 和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DLT722，國(guó)際上有IEC60599 及IEEE C57.104,其中GBT7252 非等效采用IEC 60599 標(biāo)準(zhǔn)，四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)變壓器內(nèi)部故障的判斷方法和思路上基本相同，但又有局部的細(xì)節(jié)的不同。主要相同點(diǎn)如下：

（1）GBT7252 和DLT722 的三比值法的編碼規(guī)則是一致的（如表2）。

表2

但在對(duì)故障判斷的依據(jù)上又有明顯的區(qū)別，如在判斷低能量放電和電弧故障的對(duì)C2H2/C2H4 的比值選取上，兩者存在比較明顯的區(qū)別，GBT7252 判斷標(biāo)準(zhǔn)如表3。而DLT722 判斷標(biāo)準(zhǔn)則如表4。

表3

表4

表5

（2）IEC 標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有定義編碼規(guī)則，但在故障判斷上，依據(jù)的是比值范圍，其比值范圍和我們國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)存在明顯的差異，如IEC60599 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表5。而IEEEC57-104 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表6。

（3）國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在編碼范圍規(guī)則數(shù)值范圍的選取上與IEEE 標(biāo)準(zhǔn)更接近，但在故障判斷的依據(jù)上又不同。

（4）IEC 標(biāo)準(zhǔn)和IEEE 標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論在編碼規(guī)則數(shù)值范圍的選取還是判斷準(zhǔn)則上都不一致。

表6

無(wú)論采用哪種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)變壓器故障進(jìn)行判斷，依據(jù)的都是長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累，根據(jù)積累數(shù)據(jù)按照模糊理論對(duì)變壓器故障進(jìn)行診斷，模糊理論的優(yōu)勢(shì)在于能夠針對(duì)一些不確定性判斷問(wèn)題進(jìn)行信息的分析、歸類(lèi)和傳達(dá)，進(jìn)而使這些不確定性問(wèn)題能夠以相對(duì)更加清晰的信息形態(tài)或信息形式來(lái)幫助人們做出更為科學(xué)準(zhǔn)確的判斷。目前，在電力系統(tǒng)中采用模糊理論進(jìn)行變壓器故障診斷大多應(yīng)用在大型油浸式變壓器中。為了提高變壓器故障診斷的準(zhǔn)確度，電力工作人員應(yīng)將多種氣體的產(chǎn)生率以及相關(guān)參數(shù)納入到診斷系統(tǒng)中，同時(shí)結(jié)合行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高診斷水平。由于電力系統(tǒng)中變壓器故障的產(chǎn)生原因是由多種不確定性因素導(dǎo)致，因此，借助模糊理論進(jìn)行變壓器故障診斷是十分有效的。

3 變壓器故障診斷步驟

變壓器的故障診斷步驟主要分為：

（1）出廠前的質(zhì)量性能檢驗(yàn)。變壓器出廠前的運(yùn)行參數(shù)和性能指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)后的最初的2 ～3 次同類(lèi)別指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果一致，不能有誤差外的差別。油中產(chǎn)氣量應(yīng)與行業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求吻合。

（2）運(yùn)行中變壓器故障診斷。對(duì)檢測(cè)到的油中溶解氣含量與指標(biāo)限定值進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)觀察產(chǎn)氣速率高低，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氣速率明顯上升，無(wú)論是否在限定值內(nèi)都應(yīng)進(jìn)行異常原因診斷和檢查，對(duì)變壓器設(shè)備故障類(lèi)型進(jìn)行初步判斷。然后對(duì)繼電器內(nèi)的氣體進(jìn)行分析，對(duì)照行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行故障確實(shí)性診斷。最后，對(duì)不同的故障采取妥善的處理措施。

4 結(jié)語(yǔ)

在電力系統(tǒng)中，變壓器的運(yùn)行工況直接影響整個(gè)系統(tǒng)的安全性和高效性。近年來(lái)，我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展迅速，變壓器承載壓力不斷增大，為變壓器正常運(yùn)行埋下了安全隱患。為了確保變壓器運(yùn)行優(yōu)良，電力工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況，以電力專業(yè)技術(shù)為核心，加強(qiáng)數(shù)理化等多學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)與電力技術(shù)的融合，積極關(guān)注新理論、新技術(shù)、新設(shè)備的發(fā)展，將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)的變壓器診斷維護(hù)技術(shù)中，不斷提高變壓器運(yùn)行的性能水平。