林景垞

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局變電管理二所，廣東 佛山 528300)

1 引言

安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地開(kāi)展電能運(yùn)輸，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。變壓器作為電力系統(tǒng)、國(guó)家電網(wǎng)體系中最為關(guān)鍵的核心設(shè)備之一，具有種類多樣、型號(hào)多變、布設(shè)廣泛等特征，是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓變化、電能分配等作業(yè)的基本設(shè)備。由于電力系統(tǒng)變壓器需要長(zhǎng)期帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，通常出現(xiàn)故障的幾率比一般其他電力設(shè)備更高。同時(shí)，由于我國(guó)當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)升級(jí)，各種跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、調(diào)度等越來(lái)越多，變壓器的故障若不能及時(shí)診斷并修復(fù)，一旦發(fā)生故障往往容易引起某一電網(wǎng)局部出現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。因此，針對(duì)變壓器開(kāi)展日常故障檢測(cè)與診斷，是在變壓器發(fā)生故障之前就能夠及時(shí)幫助電網(wǎng)工作人員開(kāi)展修復(fù)的必要手段，對(duì)電力系統(tǒng)而言具有重要的指導(dǎo)意義。

2 典型電力變壓器結(jié)構(gòu)

圖1所示為電力系統(tǒng)最為常見(jiàn)的油浸式變壓器結(jié)構(gòu)圖。該型號(hào)電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，不具有小車功能，能夠滿足不同電壓等級(jí)復(fù)合，是一種最常見(jiàn)的電力系統(tǒng)電能輸送、電壓變化裝置。該型號(hào)電力變壓器最常見(jiàn)的故障多集中在繞組、端子排、套管、鐵心等位置[1]。

圖1 某型號(hào)油浸式電力變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

3 常見(jiàn)故障位及原因分析

3.1 常見(jiàn)故障位

表1所示為典型電力變壓器常見(jiàn)故障類型匯總。電力系統(tǒng)常用變壓器多屬于直接暴露與自然環(huán)境下帶負(fù)荷長(zhǎng)期作業(yè)。因此，無(wú)法避免由于零部件老化而帶來(lái)部分故障，如端子排因雨雪天氣而受潮、套管老化或出現(xiàn)裂紋、分接開(kāi)關(guān)出現(xiàn)油泄漏等。加入不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排出這些故障，在長(zhǎng)期的帶風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)過(guò)程中極易引發(fā)電力系統(tǒng)故障，嚴(yán)重的甚至有可能造成電網(wǎng)系統(tǒng)大面積停電等。

表1 電力變壓器常見(jiàn)故障位

3.2 變壓器故障原因分析

由表1種進(jìn)行的電力變壓器常見(jiàn)故障類型分析可知，電力變壓器最常見(jiàn)的故障多是因?yàn)殚L(zhǎng)期暴露與惡劣環(huán)境下造成的絕緣材料損壞、老化等。除自然環(huán)境外，熱烈化、沖擊、外部短路等也是造成電力變壓器故障的主要原因。本文將通過(guò)磁路、繞組、絕緣、結(jié)構(gòu)的順序?qū)ψ儔浩鞴收显蜻M(jìn)行詳細(xì)分解。

3.2.1 磁路

造成電力變壓器磁路故障的原因主要集中在:①穿心螺桿等用于加緊電力變壓器內(nèi)部鐵心等部件的絕緣材料被通過(guò)變壓器的電流擊穿，引起鐵心與鐵疊片中的部分零部件產(chǎn)生短路和局部渦流；②內(nèi)部連接鐵心及其周邊結(jié)構(gòu)件的緊固螺栓因電磁作用而產(chǎn)生振動(dòng)，使鐵心及其周邊部件的絕緣性能受到影響；③鐵心及其周邊零部件因加工問(wèn)題或環(huán)境問(wèn)題出現(xiàn)毛刺、雜物或彎折，引發(fā)鐵心及鐵疊片形成局部短路；④鐵心疊片因長(zhǎng)期工作或安裝問(wèn)題形成變質(zhì)，最終增加鐵心疊片的鐵損使變壓器內(nèi)部溫度升高超過(guò)設(shè)計(jì)范圍而使內(nèi)部零部件損壞[2]。

3.2.2 繞組

繞組多發(fā)生在變壓器內(nèi)部，其主要原因有以下幾種:

(1)由于進(jìn)入變壓器的空氣中帶有水分而產(chǎn)生受潮。

(2)繞組的紙包扁鋁線的棱曲率半徑較小。

(3)由于繞組的質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致其與電阻的接觸面增大，進(jìn)而產(chǎn)生熱量，當(dāng)熱量達(dá)到一定溫度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致絕緣油的局部炭化。

(4)繞組匝間短路及繞組對(duì)地短路的原因有三方面:

3.3 結(jié)構(gòu)件中發(fā)生的故障原因

(1)當(dāng)氣體繼電器沒(méi)有定時(shí)查漏補(bǔ)缺或不按照規(guī)定補(bǔ)充油時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致繼電器出現(xiàn)故障。

(2)變壓器的絕緣收縮會(huì)影響變壓器繞組，需要采取相應(yīng)的措施來(lái)阻止繞組引起的短路。

(3)變壓器不滿足并列運(yùn)行條件要求。

(4)變壓器會(huì)在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中造成一定程度上的損壞，如焊接質(zhì)量不佳，運(yùn)輸造成的變壓器漏油等問(wèn)題。

(5)冷卻油及冷卻介質(zhì)故障原因。油浸式變壓器的絕緣性能不單是受有一種原因造成，它會(huì)受多方面影響，如氧化、受潮等。而變壓器絕緣性能變化會(huì)造成閃絡(luò)放電等。對(duì)于特種冷卻介質(zhì)的變壓器，會(huì)因密封是否牢固而產(chǎn)生影響，使氣壓下降，冷卻效果差，絕緣性能下降也導(dǎo)致故障發(fā)生。

(6)運(yùn)行操作不當(dāng)、維護(hù)不周引起故障。

4 變壓器故障檢測(cè)與診斷方法

4.1 油浸變壓器的外觀檢查

(1)漏油。當(dāng)看到變壓器表面出現(xiàn)黑色液體或發(fā)光的時(shí)候，應(yīng)該考慮變壓器是否出現(xiàn)漏油情況，通常情況下變壓器都裝有油位計(jì)，可以從油位計(jì)的數(shù)值上判斷是否出現(xiàn)漏油。

(2)通過(guò)人體感官去查看變壓器的溫度。

(3)呼吸器的吸濕劑嚴(yán)重變色。變壓器吸濕劑嚴(yán)重變色多數(shù)是因?yàn)槭艹?、墊圈損壞、呼吸器破損、倒油太多等。變壓器中送用的吸濕劑多為活性氧化鋁(Al2O2)類物質(zhì)，當(dāng)吸收一定量的濕氣(23%左右)之后會(huì)從原本的藍(lán)色變?yōu)榉凵?，?dāng)出現(xiàn)此類情況時(shí)需要進(jìn)行再生處理。

4.2 機(jī)械類檢測(cè)裝置

4.2.1 瓦斯氣體繼電器

瓦斯氣體繼電器多適用于帶油枕的變壓器，主要是因?yàn)橐韵聝牲c(diǎn):該材料屬于中絕緣材料、觸點(diǎn)供輕，較適用于報(bào)警使用，當(dāng)變壓器內(nèi)的材料發(fā)生故障而產(chǎn)生熱分解時(shí)，產(chǎn)生的氣體會(huì)進(jìn)入繼電器的氣室，當(dāng)氣體積攢到一定數(shù)量時(shí)會(huì)觸動(dòng)瓦斯點(diǎn)而產(chǎn)生動(dòng)作；對(duì)觸點(diǎn)用于重故障，該情況多因變壓器內(nèi)部的絕緣擊穿、斷線等原因引起的，致使變壓器內(nèi)壓力增大，油急速流向油枕時(shí)繼電器重瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作[3]。

4.2.2 防爆裝置

變壓器內(nèi)部防爆裝置多用于氣壓升高時(shí)，當(dāng)變壓器內(nèi)部郵箱向外釋放壓力時(shí)用于保護(hù)郵箱和散熱器的裝置。

4.3 電氣類檢測(cè)裝置

(1)差動(dòng)繼電器。該繼電器是通過(guò)在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)安裝了電流互感器，在電流互感器的基礎(chǔ)上通過(guò)變壓器匝數(shù)和短路事故所出現(xiàn)的電流差值進(jìn)行工作，因此，差動(dòng)繼電器開(kāi)始工作時(shí)，一般是變壓器匝間短路出現(xiàn)了故障。

(2)過(guò)電流繼電器。該設(shè)備屬于繼電器保護(hù)設(shè)備，一般在出現(xiàn)短路或超負(fù)荷的情況下進(jìn)行工作。當(dāng)過(guò)流繼電器開(kāi)始工作時(shí)，如果不是變壓器外部出現(xiàn)短路或負(fù)荷，就要查看是否是變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路問(wèn)題。

4.4 利用儀器儀表檢測(cè)

當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，首先檢測(cè)變壓器內(nèi)部的噴油程度與位置，然后結(jié)合變壓器的負(fù)電情況和電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀等采取措施保護(hù)繼電器動(dòng)作狀態(tài)。變壓器內(nèi)油中的含氣情況、絕緣情況、絕緣油情況等的分析都需要使用專業(yè)的儀器儀表進(jìn)行檢查診斷，再根據(jù)檢測(cè)信息作出故障判斷。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行最基本的要求便是安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展電能運(yùn)輸，同時(shí)變壓器也是電力系統(tǒng)最核心的設(shè)備之一。傳統(tǒng)的變壓器故障檢測(cè)與診斷技術(shù)方法單一、工程實(shí)用性不強(qiáng)、故障識(shí)別率低等，無(wú)法滿足我國(guó)當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)升級(jí)。針對(duì)變壓器開(kāi)展日常故障檢測(cè)與診斷，是在變壓器發(fā)生故障之前就能夠及時(shí)幫助電網(wǎng)工作人員開(kāi)展修復(fù)的必要手段，對(duì)電力系統(tǒng)而言具有重要的指導(dǎo)意義[4]，因此，在變壓器故障智能診斷方面還需進(jìn)一步的研究和完善。