中節(jié)能（臨沂）光伏農(nóng)業(yè)科技有限公司 羅貴濤

變壓器作為靜止的電氣設(shè)備，隨著高壓、自動(dòng)化、大容量電力系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定性要求也不斷升高。作為電力系統(tǒng)的核心、可靠供電的基礎(chǔ)、安全用電的保障，變壓器要完成系統(tǒng)升壓、降壓功能，是系統(tǒng)中故障發(fā)生概率較高的電氣設(shè)備。因此，為避免出現(xiàn)電力癱瘓、安全風(fēng)險(xiǎn)等事故，應(yīng)圍繞常見(jiàn)的故障問(wèn)題分析處理技術(shù)，做好運(yùn)行維護(hù)工作，使變壓器安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 變壓器的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

1.1 紅外熱成像維護(hù)技術(shù)

在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，多數(shù)故障均與高溫有關(guān)，為將“防大于治”落實(shí)到運(yùn)維工作的實(shí)處，可運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)及時(shí)發(fā)覺(jué)故障，為技術(shù)人員的故障判斷提供技術(shù)支持。具體而言，某公司在變壓器實(shí)際運(yùn)維過(guò)程中，主要將其用于表面溫度判斷、圖像特征判斷、發(fā)熱缺陷分析，尤其是設(shè)備運(yùn)行效率較高時(shí)。后期巔峰是紅外熱成像維護(hù)技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)的合理時(shí)間，此時(shí)設(shè)備耗電進(jìn)入高峰階段，根據(jù)紅外云圖，以及設(shè)備狀態(tài)的垂直與橫向?qū)Ρ?，預(yù)估設(shè)備狀態(tài)，分析可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)合理的維修周期。

1.2 數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)技術(shù)

數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)技術(shù)共分為五層架構(gòu)，即數(shù)據(jù)、接口、組建、服務(wù)、應(yīng)用。根據(jù)變壓器的數(shù)據(jù)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的連接，搭建三維交互模型，借助可視化技術(shù)，獲得變壓器運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字孿生體，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳至變壓器運(yùn)維故障處理中心，依托大數(shù)據(jù)匹配分析的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，生成變壓器故障運(yùn)維方案，保證變壓器運(yùn)維安全。

數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)技術(shù)會(huì)對(duì)變壓器的日常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)：通過(guò)對(duì)于變壓器的單日運(yùn)行功率因數(shù)、電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行變壓器運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)判斷，并完成變壓器運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)。根據(jù)變壓器內(nèi)部已有的預(yù)制進(jìn)行變壓器風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行管理和判斷。結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)判斷及預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行變壓器設(shè)備參數(shù)的智能調(diào)配，或是根據(jù)變壓器歷史運(yùn)維數(shù)據(jù)，完成變壓器日常運(yùn)行狀態(tài)管理和監(jiān)測(cè)工作，提高變壓器故障處理效率。

數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)技術(shù)會(huì)對(duì)變壓器運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)告警：差動(dòng)保護(hù)告警。數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)技術(shù)會(huì)在中央處理器中根據(jù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)處理通信裝置，獲得變壓器的高壓側(cè)相和低壓側(cè)相電流數(shù)據(jù)。根據(jù)低壓側(cè)單電流角度，在后臺(tái)自動(dòng)完成恒壓源低壓通電電流、電壓等角度數(shù)據(jù)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果會(huì)與變壓器運(yùn)行狀態(tài)正常情況下角度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，一旦檢測(cè)到變壓器電流角度異常數(shù)據(jù)，會(huì)立刻在變壓器顯示屏中進(jìn)行告警，提醒變壓器運(yùn)維人員進(jìn)行故障檢測(cè)；多點(diǎn)接地故障告警。數(shù)字孿生監(jiān)測(cè)技術(shù)會(huì)對(duì)于變壓器鐵芯絕緣電阻的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)該電阻值過(guò)低會(huì)立刻觸發(fā)接地故障告警裝置，并根據(jù)接地線的環(huán)流狀態(tài)，利用小套管完成多點(diǎn)接地狀態(tài)分析，確定故障區(qū)域，并自動(dòng)完成故障信息推送[1]。

1.3 信息化日常檢查與巡視技術(shù)

新時(shí)期下，某公司在開(kāi)展變壓器運(yùn)維工作時(shí)，以信息化技術(shù)為載體，通過(guò)RFID、物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感設(shè)備等技術(shù)的綜合運(yùn)用，打造智慧日常巡檢模式，同步記錄運(yùn)維數(shù)據(jù)并歸檔整理，為后續(xù)原因分析、故障處理提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中，還結(jié)合BIM技術(shù)，根據(jù)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)可視化模型優(yōu)化巡視線路，目前嘗試引入智能機(jī)器人巡檢技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行狀態(tài)、外觀缺陷的精準(zhǔn)檢查與分析，使技術(shù)人員集中時(shí)間與精力解決故障問(wèn)題，提高設(shè)備運(yùn)維效率。

2 變壓器的故障處理技術(shù)

2.1 短路故障及其處理技術(shù)

短路故障是變壓器的常見(jiàn)故障，主要表現(xiàn)為繞組變形、絕緣溫度過(guò)高，一旦出現(xiàn)該故障，將影響變壓器的熱穩(wěn)定性與承受能力，增加設(shè)備擊穿、損毀風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而誘發(fā)電力系統(tǒng)故障。在處理變壓器故障時(shí)，要從故障現(xiàn)象出發(fā)，做好計(jì)算工作，分析原因，然后制定有效的處理方案。以某公司發(fā)生過(guò)的一起變壓器短路故障為例，額定工作電壓（35±2×2.5%）/10kV，設(shè)備銘牌見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備銘牌

故障現(xiàn)象為：設(shè)備曾因高壓側(cè)A相外絕緣損壞返廠大修，后續(xù)運(yùn)行期間，故障前出現(xiàn)過(guò)流速斷保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：靠近設(shè)備B相低壓側(cè)附近存在一只燒焦老鼠，同側(cè)繞組頭尾引出線外絕緣燒毀嚴(yán)重，高壓側(cè)A相、B相外表面存在過(guò)熱痕跡；A相、B相高壓側(cè)繞組無(wú)載調(diào)壓抽頭位置存在電弧灼黑痕跡，引出線金屬連接處存在熔化現(xiàn)象；A、B相銅屏蔽線灼傷嚴(yán)重；A相電纜附近外表面被熏黑。

為判斷故障原因，設(shè)計(jì)落實(shí)有效的處理技術(shù)方案，在故障分析過(guò)程中需計(jì)算短路電流。根據(jù)故障現(xiàn)象與問(wèn)題來(lái)看，初步判斷變壓器室密封不良，老鼠進(jìn)入爬至低壓側(cè)B相繞組，該處先行發(fā)生短路，繼而引起短路電流并作用于低壓、高壓側(cè)繞組。其中，在變壓器低壓側(cè)短路電流計(jì)算公式為：

公式（1）中：ZT為變壓器阻抗（Ω）；U`k為阻抗電壓百分比，故障設(shè)備為0.1189；U2為低壓側(cè)系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓（kV），故障設(shè)備為10kV；ST為變壓器容量（kVA），故障設(shè)備為5000kVA。通過(guò)帶入故障變壓器的相關(guān)參數(shù)，低壓側(cè)短路電流為2.378Ω。設(shè)備低壓側(cè)三相短路穩(wěn)定電流有效值計(jì)算公式為：

公式（2）中，Ik為低壓側(cè)三相短路穩(wěn)定電流有效值（A）。將低壓側(cè)短路電流數(shù)值代入公式（2），Ik為2549.28A。在高壓側(cè)短路電流計(jì)算中，該側(cè)短路電流穩(wěn)態(tài)值為：

公式（3）中，Id為變壓器高壓側(cè)短路電流穩(wěn)態(tài)值（A）；In為高壓繞組額定電流（A）。經(jīng)檢測(cè)，設(shè)備高壓繞組額定電流為82.5A，代入公式（3），得到Id為693.86A。

瞬態(tài)最高短路電流峰值計(jì)算公式為：

公式（4）中Idm為瞬態(tài)最高短路電流峰值（A）。將變壓器高壓側(cè)短路電流穩(wěn)態(tài)值（693.86A）代入到公式（4）中，瞬態(tài)的峰值為1769.34A。由此而見(jiàn)，短路阻抗與短路電流之間呈反比關(guān)系，結(jié)合上述計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，變壓器故障原因確定為小動(dòng)物誤入變壓器室引起，故落實(shí)以下處理措施。

首先，基于成本控制視角，處理變壓器外觀。由于A相和B相的外絕緣表面并未出現(xiàn)裂痕等損壞現(xiàn)象，故選用酒精布將其擦洗干凈，然后重新落實(shí)絕緣處理。某公司選用PRTV絕緣涂料規(guī)范噴涂。此項(xiàng)技術(shù)操作同樣用于處理A相高壓側(cè)纜頭附近灼黑痕跡處理。

其次，更換處理?yè)p壞內(nèi)容。針對(duì)B相低壓側(cè)繞組頭尾引線出頭損壞這一現(xiàn)象，某公司組織工作人員重新綁扎再進(jìn)行絕緣涂料噴涂處理，其中綁扎材料為絕緣性較強(qiáng)的玻璃纖維帶。針對(duì)A高壓側(cè)繞組引出線金屬連接位置出現(xiàn)的熔化現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)其拆除難度較大，故選擇打磨處理熔化部分金屬表面，然后使用酒精將此處擦洗干凈；最后，對(duì)于A、B相的電纜銅屏蔽線的燒毀處理，則選用直管銅鼻子對(duì)接后用壓接鉗壓接好，并用絕緣膠帶重新綁扎好。經(jīng)后續(xù)帶電監(jiān)測(cè)跟蹤發(fā)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

2.2 放電故障及其處理技術(shù)

放電故障包括局部放電、火花放電、電弧放電現(xiàn)象，不同現(xiàn)象的常見(jiàn)誘因不同。局部放電主要是因?yàn)榻^緣部位受到電壓作用，比如油墨、縫隙等部位；火花放電則是因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部接觸不良，比如金屬與其他零部件出現(xiàn)接觸等；電弧放電主要發(fā)生在繞組層間的絕緣被擊穿時(shí)，故其放電能量密度大、產(chǎn)氣速率高。針對(duì)此類故障，須規(guī)范開(kāi)展試驗(yàn)工作，記錄放電范圍、電量變化數(shù)據(jù)等，然后靈活使用油溶解性氣體分析法、外部特征監(jiān)測(cè)法、紅外測(cè)溫法等科學(xué)診斷變壓器故障，準(zhǔn)確識(shí)別類型。明確為放電故障后，可根據(jù)實(shí)際情況采用以下處理技術(shù)。

2.2.1 三相不平衡處理技術(shù)

在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，一旦發(fā)生三相不平衡現(xiàn)象，將對(duì)變壓器穩(wěn)定性造成極大影響，導(dǎo)致放電故障出現(xiàn)的同時(shí)，也會(huì)增加設(shè)備損耗，降低設(shè)備效用，影響設(shè)備使用壽命。為避免變壓器油壓過(guò)高及變壓器損壞和燃燒等問(wèn)題，對(duì)三相不平衡進(jìn)行處理時(shí)，集中控制負(fù)荷功率，根據(jù)設(shè)備參數(shù)特點(diǎn)調(diào)整三相負(fù)荷。

2.2.2 滲漏油處理技術(shù)

當(dāng)變壓器出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象時(shí)，將不可避免地造成滲出點(diǎn)臟污，當(dāng)滲出點(diǎn)在帶電部位附近時(shí)，比如變壓器進(jìn)出線套管，將在套管上積累一層污物，受潮時(shí)將引起“污閃”事故，導(dǎo)致套管外表面放電。不僅如此，漏油還會(huì)降低油位，使得油與空氣接觸發(fā)生酸化，增加油的深度[2]。

針對(duì)因滲漏油導(dǎo)致的變壓器放電故障，某公司組織技術(shù)人員對(duì)變壓器漏油情況進(jìn)行檢查，針對(duì)不同部位的漏油現(xiàn)象開(kāi)展差異化處理工作。若是發(fā)現(xiàn)油流出殼體后，小心安裝螺線管；若是發(fā)現(xiàn)變壓器分接開(kāi)關(guān)有漏油，在緊固螺釘前，要先打開(kāi)分接開(kāi)關(guān)；若是設(shè)備蓋板漏油，固定蓋板大頭螺釘，然后檢查油的顏色，確認(rèn)無(wú)質(zhì)量問(wèn)題。完成緊固等處理工作后，對(duì)變壓器密度進(jìn)行檢測(cè)，若是增大意味著其表面存在裂紋，及時(shí)清理，并對(duì)變壓器內(nèi)殼絕緣進(jìn)行一并檢查，通用標(biāo)準(zhǔn)要求保溫層分級(jí)并檢查一致性，若絕緣電阻不滿足規(guī)定值，應(yīng)增加絕緣電阻。

2.2.3 接地不良處理技術(shù)

接地電阻過(guò)大，或是地線松動(dòng)，將造成接頭放電。因此，在處理變壓器放電故障時(shí)，須分析外界天氣環(huán)境對(duì)變壓器是否造成損壞，尤其是弱接地，優(yōu)化接地裝置，避免出現(xiàn)不良接地現(xiàn)象，保護(hù)配電柜質(zhì)量。處理前，準(zhǔn)確測(cè)量接地并對(duì)比，確保分配器正常工作。

2.3 絕緣故障及其處理技術(shù)

變壓器涉及較多絕緣材料，隨著設(shè)備的長(zhǎng)久使用，絕緣材料難免出現(xiàn)磨損、老化等現(xiàn)象，而這將降低設(shè)備整體絕緣性，從而引發(fā)故障。在對(duì)絕緣故障進(jìn)行處理時(shí)，需全面分析設(shè)備絕緣是否受潮，設(shè)備當(dāng)前是否存在滲漏點(diǎn)及其分布情況，然后制定相應(yīng)的處理方案。某公司對(duì)曾出現(xiàn)過(guò)的絕緣故障，將電壓器油排至油罐，補(bǔ)焊處理高壓氣高壓側(cè)出現(xiàn)的滲漏點(diǎn)，更換損壞密封墊，保證設(shè)備密封性。除此之外，擰緊導(dǎo)電桿，壓緊螺母，使密封墊能夠固定在導(dǎo)電桿上，針對(duì)設(shè)備內(nèi)部存在的氫氣，加熱過(guò)濾、真空脫氣，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣成分的消除[3]。在此技術(shù)環(huán)節(jié)后，對(duì)變壓器進(jìn)行熱油循環(huán)處理，通過(guò)高溫干燥徹底清除油中的氫氣、二氧化碳、一氧化碳，然后真空注油，觀察油色譜，規(guī)范開(kāi)展試驗(yàn)檢測(cè)，滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求后投入使用。

3 結(jié)語(yǔ)

為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的安全、穩(wěn)定性，本文結(jié)合案例，分別論述了變壓器運(yùn)行維修技術(shù)與故障處理技術(shù)。在運(yùn)維方面，要注重新工藝的應(yīng)用，優(yōu)化日常檢查、強(qiáng)化監(jiān)測(cè)智能化程度等，依托于全面、全過(guò)程運(yùn)行維護(hù)將各類故障及其影響降至最低；在故障處理方面，要做好絕緣、放電、短路這類常見(jiàn)問(wèn)題的處理，根據(jù)實(shí)際情況做好現(xiàn)場(chǎng)檢查、計(jì)算、原因分析，根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)的處理方案，實(shí)現(xiàn)故障的高效率處理，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。