摘要：電氣試驗在變壓器故障分析中具有重要的應(yīng)用價值，通過對變壓器的絕緣性能、耐壓能力和電氣性能等參數(shù)進行測量和評估，可以發(fā)現(xiàn)故障的線索并提供重要的信息。本文主要分析電氣試驗在變壓器故障分析中的應(yīng)用，并提出增強電氣試驗應(yīng)用效果的具體策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：電氣試驗；變壓器；故障；策略

DOI：10.12433/zgkjtz.20232543

變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的設(shè)備之一，正常運行對電能變換和傳輸至關(guān)重要。然而，由于長期使用和外界因素的影響，變壓器可能遇到各種故障，例如，繞組形變、接觸不良和鐵芯故障等。為了及時發(fā)現(xiàn)和解決故障，可以進行電氣試驗。

一、變壓器常見故障

（一）繞組形變故障

繞組形變故障是指變壓器內(nèi)部的繞組元件（包括線圈和絕緣材料）發(fā)生物理形變或機械變形，可能導(dǎo)致繞組內(nèi)部部件的位移、彎曲或斷裂，進而造成電氣接觸不良、部分短路或絕緣擊穿等故障。繞組形變故障的主要原因有外力沖擊、材料老化和過熱等。在運行中，外部環(huán)境的振動、沖擊或外力撞擊，如地震、意外事故等，都可能引發(fā)繞組形變故障。長期使用和過熱也會導(dǎo)致絕緣材料老化和變形。受繞組形變故障的影響，較為明顯的是電氣接觸不良。繞組內(nèi)部的線圈和導(dǎo)線可能因為位移或彎曲而失去原有的結(jié)構(gòu)和位置，導(dǎo)致接觸不良或接觸電阻增加，電流通過繞組時會產(chǎn)生額外的熱量，進一步加劇繞組的過熱問題，并引發(fā)局部短路。此外，繞組形變也會使絕緣材料受力不均勻，導(dǎo)致絕緣老化和絕緣擊穿，從而威脅電氣設(shè)備和人員安全。

（二）接觸不良故障

接觸不良故障是指變壓器內(nèi)部的接觸點失去良好的接觸狀態(tài)，導(dǎo)致電流傳輸不暢，甚至發(fā)生局部高溫和火災(zāi)等風(fēng)險。接觸不良可能由接觸面積減小、氧化和污染等原因引起。在變壓器運行中，接觸面積減小可能由于松動、松脫和磨損等造成。而氧化和污染主要由空氣中的氧、水分和雜質(zhì)引起。接觸不良故障的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：首先，接觸不良會增加電流傳輸?shù)淖枇?，引發(fā)能量損耗和發(fā)熱，不僅會導(dǎo)致變壓器效率下降，還可能引起溫度過高，進而損壞絕緣材料和繞組。其次，接觸不良還可能產(chǎn)生火災(zāi)隱患。當(dāng)電流通過接觸不良點時，會引起電弧放電，進而產(chǎn)生高溫和火焰。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和處理，會成為嚴重的火災(zāi)事故。

（三）鐵芯故障

鐵芯故障是指變壓器鐵芯內(nèi)部的磁場分布發(fā)生異常，導(dǎo)致電磁性能下降，進而影響變壓器的工作效率和穩(wěn)定性。主要原因是磁場分布不均勻，可能由鐵芯材料的磁導(dǎo)率不均勻、鐵芯接頭的幾何形狀不匹配等引起。此外，過渡電磁過電壓和過流等外界因素也可能引發(fā)鐵芯故障，鐵芯故障的影響主要表現(xiàn)在磁場分布和磁導(dǎo)率方面。不均勻的磁場分布會導(dǎo)致磁通密度不均勻，影響變壓器的工作效率和穩(wěn)定性；引起鐵芯的局部過熱和熱應(yīng)力，加快絕緣材料老化和絕緣擊穿；引起鐵芯飽和和諧波擴展，進一步影響變壓器的諧波含量和熱損耗。

二、電氣試驗在變壓器故障分析中的應(yīng)用

（一）繞組直流電阻試驗

繞組直流電阻試驗是變壓器故障分析和診斷中常用的一種試驗方法，通過該試驗可以測量變壓器的不同繞組之間或繞組內(nèi)部的電阻值，評估繞組的連接和接觸狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)繞組間的短路、開路、接觸不良等故障，并提供故障位置和故障類型的線索。

繞組直流電阻試驗的應(yīng)用使得變壓器故障分析和診斷更加準確和高效，該試驗直接測量繞組內(nèi)部的電阻值，對于存在連接問題或接觸不良的繞組，電阻值會發(fā)生明顯變化。通過測量不同回路之間的電阻值差異或與參考值對比，判斷繞組間是否存在短路或開路等故障。對于繞組內(nèi)部的接觸問題，繞組直流電阻試驗也能提供有力支持，接觸不良會導(dǎo)致繞組內(nèi)部電流通過不暢，甚至導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。通過直流電阻試驗，可以測量繞組內(nèi)部的接觸電阻，并與正常狀態(tài)下的電阻值對比。如果發(fā)現(xiàn)電阻值偏高，懷疑存在繞組內(nèi)部接觸不良，需進一步查找和修復(fù)。

此外，繞組直流電阻試驗還可以判斷變壓器繞組的狀況。繞組內(nèi)部的電阻值受到多種因素的影響，例如，導(dǎo)體材料、絕緣材料、溫度等。如果變壓器繞組存在老化、熱度喪失和電阻材料故障等問題，電阻值也會發(fā)生變化。通過定期進行繞組直流電阻試驗，可以追蹤繞組的電阻值變化，早期檢測及時維修和預(yù)防，避免故障進一步擴大。

（二）繞組形變試驗

繞組形變試驗是變壓器故障分析和診斷中常用的一種試驗方法，可以評估變壓器繞組的形狀和構(gòu)造是否發(fā)生變化，發(fā)現(xiàn)繞組的變形、位移、彎曲和斷裂等問題，并為故障的定位和分析提供重要線索。

繞組形變試驗在變壓器故障分析中有著重要的應(yīng)用價值，變壓器繞組是變壓器的核心部件之一，其正常的形狀和構(gòu)造對變壓器的工作性能和安全性至關(guān)重要。然而，由于長時間運行、外界因素和不當(dāng)操作等原因，繞組會出現(xiàn)形變和損壞等問題。通過繞組形變試驗，包括線圈的位移、彎曲和斷裂等，有助于及早發(fā)現(xiàn)問題，并提供參考線索，為故障的診斷和分析提供依據(jù)。

在繞組形變試驗中，常用方法包括繞組鋼尺法、傾斜度測量法和光纖傳感器技術(shù)等。繞組鋼尺法是一種簡便實用的試驗方法，通過在繞組上放置鋼尺并觀察其變形程度，判斷繞組是否發(fā)生形變。傾斜度測量法是通過傾斜儀等設(shè)備，測量繞組的傾斜程度評估繞組的形變。光纖傳感器技術(shù)是利用光纖傳感器對繞組進行非接觸測量，可以實時監(jiān)測繞組的形變。

此外，繞組形變試驗在前沿研究方面不斷發(fā)展。近年來，研究人員開始探索利用光纖傳感器等新興技術(shù)進行實時監(jiān)測和診斷，以提高繞組形變試驗的準確性和可靠性。光纖傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾等優(yōu)點，可以實時監(jiān)測繞組的形變，提供高精度的測量數(shù)據(jù)。一些學(xué)者通過數(shù)值模擬和有限元分析等方法，研究繞組形變對變壓器性能和安全性的影響，為繞組形變試驗的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

（三）絕緣介質(zhì)損耗試驗

絕緣介質(zhì)損耗試驗是變壓器故障分析和診斷中常用的試驗方法，可以測量變壓絕緣介質(zhì)的損耗特性，評估絕緣介質(zhì)的狀態(tài)質(zhì)量，提供故障的線索和信息。

絕緣介質(zhì)是變壓器中起到絕緣和隔離作用的關(guān)鍵組成部分，質(zhì)量和狀態(tài)會直接影響變壓器的安全運行和性能。通過絕緣介質(zhì)損耗試驗，測量絕緣介質(zhì)的損耗特性，包括介質(zhì)的電阻損耗和電容損耗，反映絕緣介質(zhì)的質(zhì)量和性能，判斷絕緣介質(zhì)是否存在老化、破損、潮濕等問題，并提供故障的線索和信息。

絕緣介質(zhì)損耗試驗中常用的方法包括電橋法、功率因數(shù)法和介質(zhì)損耗角測量法等。電橋法是一種基于交流電橋原理的試驗方法，通過測量變壓器繞組的損耗和電容值評估絕緣介質(zhì)的損耗特性。功率因數(shù)法是通過測量變壓器繞組的功率因數(shù)和電容值，評估絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)損耗和電容損耗。介質(zhì)損耗角測量法是一種通過測量變壓器繞組的電壓和電流的相位差，評估絕緣介質(zhì)的損耗特性。通過這些方法可以得到絕緣介質(zhì)的損耗特性參數(shù)，從而判斷絕緣介質(zhì)的質(zhì)量和狀態(tài)。

在絕緣介質(zhì)損耗試驗中，損耗特性參數(shù)反映了絕緣介質(zhì)的性能和質(zhì)量。絕緣介質(zhì)的損耗主要由絕緣材料的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和工藝等因素決定。當(dāng)絕緣介質(zhì)存在老化、破損或潮濕等問題時，損耗特性參數(shù)會發(fā)生改變。通過對絕緣介質(zhì)進行定期的損耗試驗，監(jiān)測絕緣介質(zhì)的狀態(tài)和質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，進行修復(fù)和維護，提高變壓器的安全性和可靠性。

（四）短路試驗

短路試驗是變壓器故障分析和診斷中常用的試驗方法，可以模擬變壓器在短路條件下的電氣和熱特性，評估短路能力和設(shè)備的安全性，提供故障的線索。

變壓器短路是指變壓器在短路條件下承受的電流和電壓極限，由于變壓器在運行中可能遭遇短路故障。通過短路試驗，可以模擬實際運行中可能遭遇的短路情況，評估設(shè)備在短路條件下的承載能力，提供故障的線索。

在短路試驗中，常用的方法包括短路電流試驗、短路阻抗試驗和暫態(tài)短路試驗等。短路電流試驗是通過施加額定短路電壓，測量變壓器的短路電流和短路電阻等參數(shù)，評估變壓器的短路能力。短路阻抗試驗通過施加額定短路電壓和電流，測量變壓器的阻抗特性，評估短路能力。暫態(tài)短路試驗是一種通過施加短暫的、高峰值的短路電壓和電流，模擬變壓器在短路條件下的暫態(tài)響應(yīng)，評估短路能力。

通過短路試驗，可以得到變壓器在短路條件下的電流、電壓和功率等參數(shù)，并評估短路能力和安全性。對于設(shè)備的短路能力不足或存在的問題，可通過試驗結(jié)果分析，找出潛在的原因和故障位置，并采取維修和改進措施。此外，短路試驗還可以用于評估變壓器的熱耐受能力，通過測量短路試驗的溫升值，判斷變壓器繞組和絕緣材料的熱穩(wěn)定性，提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題。

（五）耐壓試驗

耐壓試驗是變壓器故障分析和診斷中常用的試驗方法，可以評估變壓器的絕緣能力和電氣耐壓性能，發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣問題。

耐壓試驗在變壓器故障分析中具有重要的應(yīng)用價值。變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，絕緣能力和電氣耐壓性能直接關(guān)系設(shè)備的安全運行和性能。由于長期使用和外界環(huán)境因素的影響，絕緣材料或保護層可能老化、劣化或破損等。通過工業(yè)耐壓試驗，模擬正常運行或極端工作條件下的電壓施加，評估變壓器的絕緣能力和電氣耐壓性能。

耐壓試驗中常用的方法包括交流耐壓試驗、直流耐壓試驗和部分放電測量等。交流耐壓試驗是通過施加額定的交流電壓，觀察變壓器的絕緣材料和繞組是否存在絕緣擊穿或放電現(xiàn)象，評估絕緣能力。直流耐壓試驗通過施加額定的直流電壓，評估變壓器的絕緣材料和繞組對直流電壓的耐受能力。部分放電測量是一種通過監(jiān)測變壓器運行過程中的放電現(xiàn)象，評估絕緣材料的質(zhì)量和性能的方法。

通過耐壓試驗，得到變壓器工作極限條件下的絕緣特性和電氣性能參數(shù)，包括絕緣電阻、絕緣損耗、放電等級和放電量等，以此評估絕緣材料和繞組的質(zhì)量和性能，發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣問題。對于存在絕緣問題的變壓器，通過分析試驗結(jié)果，找出潛在的故障位置和類型，并采取相應(yīng)的修復(fù)和維護措施，確保變壓器的正常運行。

三、強化電氣試驗應(yīng)用效果的具體策略

（一）加強溫度濕度的控制

對于溫度的控制，可以采取兩種措施：第一，確保試驗環(huán)境的溫度穩(wěn)定和均勻。試驗室內(nèi)部應(yīng)配備合適的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)，維持穩(wěn)定的溫度。第二，加強對設(shè)備和試驗樣品的溫度控制。使用溫度控制系統(tǒng)和散熱裝置等設(shè)備，對試驗樣品冷卻或加熱，以確保溫度在合適的范圍內(nèi)。

對于濕度的控制，需要注意兩方面內(nèi)容：第一，試驗環(huán)境應(yīng)具備恒濕功能，以保持恒定濕度，通過加濕器或除濕器等設(shè)備實現(xiàn)。第二，加強對試驗樣品的濕度控制。試驗前對試驗樣品進行干燥處理，確保表面沒有水分。同時，在試驗過程中避免水分的侵入和積聚，影響試驗結(jié)果。

（二）保持變壓器絕緣性能

由于絕緣材料的濕度和污染會嚴重影響絕緣性能，工作人員要保持絕緣材料的干燥和清潔，使用干燥劑、加熱設(shè)備和超聲波清洗等方法，去除濕氣和污染物，同時，定期測試絕緣材料，避免材料老化和被破壞，使用介電強度測試和絕緣電阻測試等方法，評估絕緣材料的耐壓能力和絕緣性能，并及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。

（三）加強電壓容量的控制

對于電壓容量的控制，應(yīng)根據(jù)具體的試驗要求和設(shè)備的額定參數(shù)確定。工作人員應(yīng)確保施加的電壓不超過設(shè)備的耐壓能力，通過調(diào)整電源的輸出電壓和電阻等方式實現(xiàn)。此外，根據(jù)試驗要求選擇合適的頻率和波形。不同的頻率和波形可能對設(shè)備的絕緣性能產(chǎn)生不同影響，需要根據(jù)具體情況進行調(diào)整。

（四）合理調(diào)整電氣試驗方案

在壓器故障分析中應(yīng)用電氣試驗時，根據(jù)故障類型，合理調(diào)整電氣試驗方案。首先，詳細分析變壓器的故障特征，通過檢查變壓器的運行參數(shù)、設(shè)備檢修記錄等，獲取盡可能多的故障信息。據(jù)此，確定可能出現(xiàn)的故障類型，有針對性地選擇試驗方法。其次，根據(jù)變壓器故障類型，選擇合適的試驗方法。例如，針對局部放電故障，使用高壓局部放電測試和頻譜分析等方法；對于絕緣老化故障，進行絕緣電阻測試和高壓耐受性試驗。此外，根據(jù)故障類型和目的，靈活選擇不同的試驗方法。最后，在變壓器故障分析中，綜合多種電氣試驗結(jié)果判斷故障原因。

四、結(jié)語

綜上所述，電氣試驗是變壓器故障分析中不可或缺的工具，通過對變壓器的絕緣性能、耐壓能力和電氣性能等指標的測量和評估，及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題，為故障定位和分析提供重要的線索和信息。繞組形變試驗、接觸不良試驗和鐵芯故障試驗等多種電氣試驗方法在變壓器故障分析中應(yīng)用廣泛，且可持續(xù)的研究和發(fā)展。未來，通過結(jié)合前沿的研究方法和新興技術(shù)，電氣試驗將發(fā)揮更大的作用，提高變壓器故障分析和診斷的準確性和可靠性，進一步確保變壓器的安全運行。

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作者簡介：邵凱（1981），男，山東省寧陽縣人，大學(xué)，助理工程師，試驗室主任，主要研究方向為電氣試驗、油質(zhì)化驗、水質(zhì)化驗。