武 艷，門三義

（洛陽師范學院，河南洛陽 471023）

0 引言

電力設備維修具有兩個主要的作用，一是維持設備可靠安全運行；二是若電力設備發(fā)生故障和異常，以盡可能快的速度和最小經(jīng)濟成本恢復設備正常運行。

1 電力設備檢修方式發(fā)展

電力設備維修是伴隨著工業(yè)設備和生產(chǎn)過程復雜程度的發(fā)展而不斷發(fā)展。起初由于電網(wǎng)設備功能和結(jié)構(gòu)簡單，單獨的一個設備發(fā)生故障對電網(wǎng)的影響有限，在設備發(fā)生故障后由電力工人查找故障進行維修[1]。

到20 世紀80 年代初，電網(wǎng)進一步擴大，電力設備的數(shù)量和結(jié)構(gòu)的復雜程度提高，單一的設備發(fā)生故障對電網(wǎng)有一定的影響，電力行業(yè)成立專門的維修部門按照規(guī)定的檢修標準和周期進行定時維護和檢修。隨著電網(wǎng)技術的發(fā)展，規(guī)模更大的電網(wǎng)互聯(lián)，設備的集成化程度提高，單一設備故障會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響。對電力設備的檢修方式和檢修可靠程度和效果有了更高的要求。

計算機和傳感器技術的發(fā)展使得在線監(jiān)測和診斷成為可能，利用監(jiān)控技術、數(shù)據(jù)分析技術形成以電網(wǎng)高可靠性的維修方式進一步發(fā)展。即電力設備正在由設備故障停運檢修向根據(jù)設備的運行狀態(tài)合理提出檢修策略，由被動檢修向主動檢修的方向發(fā)展[2]。

2 配電網(wǎng)變壓器配置情況

降低損耗是配電變壓器發(fā)展的主要趨勢。三相變壓器按冷卻和絕緣類型可分為油浸式變壓器和干式變壓器；從鐵芯結(jié)構(gòu)上又可分為疊片式和卷鐵芯，后者能有效降低鐵芯損耗[3]。

針對某城市配電網(wǎng)的電壓器類型和數(shù)量進行統(tǒng)計，其中S9型油浸變壓器464 臺，S7 型油浸變壓器486 臺，S9 型干式變壓器10 臺，S10 型干式變壓器3 臺，配電變壓器型號分類統(tǒng)計見表1，某配電營業(yè)部管轄的變壓器中以S7 及以上型號的油浸式變壓器為主，干式變數(shù)量極少。經(jīng)過配網(wǎng)改造，配電變壓器中已經(jīng)沒有S7 以下型號的高損變型號。

表1 某城市配電變壓器型號分類統(tǒng)計

3 變壓器故障時間分布、原因分析與危害

2018 年至2021 年，該部門管轄和維護的配電變壓器共發(fā)生故障117 次。變壓器故障發(fā)生重點部位如圖1 所示。其中變壓器本體是發(fā)生故障較為頻繁的部位。

圖1 變壓器故障發(fā)生重點部位

針對變壓器這些部位的故障類型進行統(tǒng)計和分析發(fā)現(xiàn)，變壓器故障一般表現(xiàn)為電氣故障和非電氣故障兩大類。

3.1 短路故障分析與危害

變壓器短路故障的主要形式有相間短路故障、匝間短路故障以及單相接地短路故障。產(chǎn)生變壓器短路故障的原因有很多，但最為主要的原因是由于變壓器繞組絕緣老化而引起的絕緣破壞[4]。如變壓器長期過負荷運行而發(fā)熱，發(fā)熱引起絕緣老化；變壓器受潮或是內(nèi)部油溫過高引起的絕緣性能下降；雷電引起的過電壓導致絕緣擊穿等都有可能引起變壓器短路故障[5]。

變壓器發(fā)生短路故障最大的危害為短路故障會產(chǎn)生很大的短路電流。由于變壓器繞組間的應力與電流平方成正比，導致變壓器繞組間應力突然增大，使得變壓器發(fā)生振動、內(nèi)部零件具有破壞的可能。另外，短路電流會產(chǎn)生大量的熱，加劇變壓器老化速度，其絕緣擊穿，從而增加變壓器短路的概率，形成惡性循環(huán)；甚至會燒毀變壓器，使得變壓器發(fā)生爆炸等嚴重事故。

3.2 斷路故障分析與危害

變壓器發(fā)生斷路故障的原因有很多。如變壓器由于過負荷運行使得繞組溫度長時間過高或流過短路電流產(chǎn)生大量熱量燒壞變壓器繞組，使得繞組發(fā)生斷路故障；變壓器流過大的短路電流產(chǎn)生的應力使得變壓器接頭產(chǎn)生松動；變壓器引下線出現(xiàn)斷股故障、變壓器開關接頭接觸不良等。

電力系統(tǒng)斷路故障大多是單相斷路故障，其對電網(wǎng)的影響雖然沒有短路故障嚴重，但是也會產(chǎn)生一定的危害。其會引起電網(wǎng)的電氣量不對稱情況，特別是電網(wǎng)中的負序分量會增大，使得異步電機無法正常工作，繼電保護動作甩掉大量負荷。

3.3 鐵芯故障分析與危害

變壓器鐵芯故障發(fā)生的概率不大，但隨著變壓器運行時間的增長，鐵芯故障也有可能發(fā)生。鐵芯疊片絕緣損壞引發(fā)的鐵芯短路故障、鐵芯接地碰殼故障是變壓器鐵芯故障的主要原因。發(fā)生鐵芯故障的直接危害是增大鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，使得鐵芯溫度過高，進而引起纏繞在它上面的繞組溫度過高，加速變壓器繞組絕緣老化。

3.4 變壓器機械故障分析與危害

變壓器機械故障屬于非電氣故障類型，如變壓器外殼由于外力產(chǎn)生的變形與破裂；散熱器及冷卻器的堵塞或裂紋、變壓器套管炸裂；有載調(diào)壓變壓器發(fā)生有載分接開關觸頭接觸不良、折斷、錯位或變形等故障。

引起變壓器機械故障的主要原因為：外力等因素作用引起變壓器外殼變形或套管破裂；發(fā)生短路故障產(chǎn)生的應力使得套管破裂，使用期過長、操作頻繁引起的有載調(diào)壓變壓器開關接觸不良等。其需要變壓器退出運行進行更換從而影響供電的可靠性。

除此之外，變壓器冷卻絕緣油系統(tǒng)也會發(fā)生一系列故障，如漏油故障、絕緣油老化等。其產(chǎn)生的危害有時嚴重，如發(fā)生油箱爆炸等。

4 電力變壓器檢修策略

目前的變壓器檢修過程中定期檢修為主要檢修方式，有時在變壓器運行狀態(tài)正常的情況下也需要其退出運行進行檢修。是因為電力系統(tǒng)的供電可靠性依賴于電力設備的完好率，特別是變壓器這種大型、重要的電力設備，其故障可能導致大片區(qū)域停電，對電網(wǎng)安全運行形成的影響較大。所以電力企業(yè)十分重視電力變壓器的檢修，甚至可能產(chǎn)生過剩檢修，以確保其在正常情況下萬無一失。

但從長期運行檢驗來看，過剩檢修也會對電網(wǎng)運行造成一些不利的影響。

（1）當設備不需要維修而維修造成人力物力的不必要消耗，增加經(jīng)濟成本負擔。

（2）過剩檢修造成的不必要的停電情況大大降低電網(wǎng)運行的可靠性。

（3）在檢修過程可能出現(xiàn)對設備完好部分損害的情況，從而增加設備在維修后運行中的故障率。

所以電力設備的維修工作需要合理的檢修模式和科學的管理方式才能實現(xiàn)維修綜合效益最大化。由變壓器類型與故障類型的統(tǒng)計得知，油浸式變壓器仍為變壓器重點檢修對象。結(jié)合經(jīng)濟成本和電網(wǎng)可靠性要求，變壓器檢修采用的方法為日常巡視和狀態(tài)檢修。

日常巡檢主要通過噪聲判斷與狀態(tài)觀察。在變壓器由于過負荷運行時會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，有時甚至會產(chǎn)生諧振；機械部件松動會增大設備振動幅度等都會產(chǎn)生較大、不同于變壓器正常穩(wěn)定運行時的噪聲，檢修人員可通過不同噪聲初步判斷變壓器的故障類型和位置。

狀態(tài)觀察主要通過檢修人員日常維護觀察設備的優(yōu)劣狀態(tài)，如引線接線是否良好、是否發(fā)生漏油故障，變壓器外殼是否發(fā)生形變、變壓器套管是否發(fā)生裂痕等。另外，可借助儀器觀察變壓器狀態(tài)，如利用吸濕計觀察變壓器受潮狀態(tài)，利用溫度計觀察變壓器油溫度是否正常等。

變壓器狀態(tài)檢修通常包括離線診斷和在線診斷兩種。

（1）離線診斷中預防性試驗可以發(fā)現(xiàn)變壓器多種異常或故障。油色譜分析的異常檢測技術、電氣試驗、絕緣性能試驗、變壓器出口斷路故障檢測等是變壓器離線診斷的主要內(nèi)容，以發(fā)現(xiàn)變壓器在絕緣性能、變壓器油等存在的隱患，根據(jù)試驗結(jié)果制訂合理的檢修計劃。

（2）在線診斷中利用電檢測法、聲波檢測法、紅外成像檢測法、脈沖帶電流檢驗法、超高頻檢測法等先進的檢測技術和手段可以實時檢測變壓器內(nèi)部發(fā)生的缺陷和異常，提高變壓器狀態(tài)檢修的有效性[6]。

另外，以可靠性為中心的檢修正逐步發(fā)展，通過變壓器故障、缺陷、老化程度的及時診斷，由診斷結(jié)果結(jié)合檢修理論提出合理的大修或部件更換計劃，避免變壓器過度檢修造成的停運現(xiàn)象，提高整個電網(wǎng)運行的可靠性和經(jīng)濟性，是更為先進的方法和理念。

5 結(jié)束語

對某配電營業(yè)部管轄的變壓器進行統(tǒng)計與故障分析，根據(jù)故障的特點和危害，為變壓器提出切實可行的檢修策略。