浅析变压器故障类型分析与其继电保护设计研究

熊兴鹏 倪鹏

摘要：在电力系统中，电力变压器具备重要作用，因此在输变电、工厂运行中得以广泛应用。在生产期间，科技技术的快速发展，相应促进了电力变压器的发展，研发出大量新型变压器，具备较多用途与功能。在变压器创新发展中，开始应用大量不同功能与型号的变压器，导致电力变压器的接线复杂，对于电力人员提出严格要求，还会对电力人员的专业判断造成影响。在检修电力变压器故障时，极易产生错误判断，对我国经济发展影响非常大。所以必须注重变压器设备的运行故障检测，同时应用科学化检修技术，维护变压器运行效益。

关键词：电气控制系统;变压器;继电保护

引言：

变压器作为电气控制系统的核心零部件，其安全稳定的运行将直接影响电气控制系统，甚至是自动化设备使用的可靠性。随着我国经济建设的快速发展，人们的生活质量不断提升，对自动化设备的依赖程度也越来越高，对变压器保护的要求也随之提高，针对变压器故障类型以及继电保护设计与研究具有重要意义。本文介绍了变压器保护的几种常见故障以及其继电保护的基本配置，对变压器故障的排除与调试工作具有一定的参考价值。

1变压器常见故障类型

1.1电性故障

在电应力作用下，变压器绝缘裂化所致故障，就被称电性故障。按照能量密度大小，可以将电性故障划分为低能放电、局部放电、高能放电等。对于局部放电，多位于变压器内腔空腔、绝缘介质空隙、电极等位置。由于能量密度比较小，极易恶化为高能放电故障。低能放电故障，主要是在阻抗分压作用下，变压器内部金属部件接触不良，在电压异电级间，会产生悬浮电位，能量密度较小，存在间歇性特点。高能放电故障的突发性较强，会导致绕组间、层间击穿故障等。在短时间内，会产生大量故障气体。

1.2过热故障

在热应力作用下，变压器绝缘部件老化所致过热现象，就被称为过热故障。故障产生的温度高低，会细化为低温过热、中温过热、高温过热等类型。不同温度的过热故障划分标准为300℃、700℃。按照标准统计显示，大部分变压器过热故障，是由于分接开关接触不良所致。所以，铁芯多点接地故障、漏磁环流、局部短路等故障，也是由于變压器过热故障所致。

1.3变压器的分接开关故障

虽然分接开关内部机械部分的机械原理较为简单，但其实现动作的机械传动结构却比较复杂，此外由于电气控制系统的需要，分解开关还需要经常进行切换操作，也正如此，分接开关发生故障的机率也相对较高。一般情况下，引起分接开关发生故障的主要原因是其产品质量不过关，一旦出现分接开关接触不良、开合不到位时便会出现触头过热、断轴及放电烧损。同时，如果切换开关触点出现接触不良等问题，就会导致绝缘件的机械强度降低，严重时会导致切换开关直接损坏。

此外，油室密封情况如果出现问题，会直接导致大、小油两个箱之间互相连通，进而会间接增加变压器油箱可燃性气体含量，最终导致对故障的错误判断。变压器的分接开关故障除了产品质量不过关所导致众多故障外，还有一类常见的故障是绝缘故障。变压器的绝缘故障与其本身的设计紧密相关，如果变压器采用小油路、薄绝缘设计，则会导致变压器的使用寿命缩短，因为在变压器运行不久后就会因为绝缘故障而无法正常使用。绝缘故障也会因为相间加入了绝缘隔板使电场强度的分布被破坏，从而造成变压器相间绝缘裕度不足，引起相间短路。另一个导致绝缘板故障的重要因素是变压器被污染。通常情况下，变压器对内部的清洁度要求是非常高的，因为一旦内部受到极少量金属杂质的污染后都会严重影响爬电距离，进而导致产生局部放电现象。

2变压器故障诊断方法

2.1油溶解性气体分析法

现阶段，利用绝缘油材料进行绝缘散热的变压器应用广泛，该类变压器会受到热应力影响，从而出现绝缘纸、绝缘油老化，还会出现不同故障性气体。故障位置不同，故障气体的成分差异比较大。通过对故障问题进行分析，可以了解气体不同成分比重与含量，从而对变压器故障类型进行诊断。

2.2外部特征监测法

当变压器发生放电故障时，会表现出较多外部特征，涉及到电磁脉冲、电脉冲等，同时会表现出异常噪声、发光发热特征。所以，通过监测电性与电磁脉冲特征，能够对放电能量强度、发展趋势进行准确化判断，确保变压器放电故障判断的准确性。

2.3红外测温法

如果变压器发生过热故障时，因故障所致变压器热量散发异常，此时可以监测热量变化情况，准确诊断故障问题。红外测温法为常用方法，通过红外测温技术，可以准确监测变压器热量，之后将监测结果转化为视频信号，准确定位和诊断故障类型。

3继电保护设计与研究

3.1差动保护设计要点

差动保护设计是变压器保护中一种最常见也是最有效的方法之一。差动保护设计的主要原则是按照正常运行时的环流接线安装变压器两侧的电流互感器二次侧。在变压器正常运行情况下，差动继电器内的电流与两侧电流互感器二次电流非常接近，两者之间的差值几乎等于零，这种情况下，变压器处于正常运行状态，差动保护机制也不会启动。随着现代技术的不断发展和改革，差动保护设计的功能也越来越完善，尤其是高性能微型计算机处理芯片引入到差动保护机制的设计中，从而为进行继电保护装置的研究和应用带来了质的飞跃。基于高性能微型计算机处理芯片，目前已经研制出了一套包括主保护、后备保护两套微机保护的装置，大大提高了差动保护对变压器的保护，这种保护技术也得到了业内广泛的认可和普及应用。包括主保护、后备保护两套微机保护的装置针对变压器套管、引出线以及内部短路等故障可以实现全面和充分的保护和反映，尤其是针对高压侧电压在及以上的变压器，两套微机保护的装置显得尤为重要，不可或缺。两套微机保护的装置在高压侧电压在及以上的变压器故障保护上功能强大。一旦故障发生后，两套微机保护的装置可以实现瞬时动作断开各侧断路器的目的，这种瞬时动作断开也大大降低了故障对整个变压器的损坏，降低故障的发生几率和危害程度。

3.2瓦斯保护设计要点

差动保护在变压器故障保护方面有着重要的作用，不可或缺，但是也无法对所有的变压器故障实现保护。如匝间短路、铁芯局部烧损、绝缘劣化、线圈烧损等，面对这些故障瓦斯保护能够正常动作的原因是由于瓦斯保护本身也是通过气体继电器来实现的。当下较为常见的瓦斯保护主要是分为两种，一种是轻瓦斯保护，另外一种则是重瓦斯保护。轻瓦斯保护主要依据气体的化学成为、含量、颜色以及可燃性等条件来分析保护原因以及故障性质进行判断，有利于电气调试人员迅速发现变压器故障等问题，并根据指示对相应问题进行处理。重瓦斯保护则是断路器跳闸。这种模式是对气体产生的速度进行监测，通过对气体成为及特征进行分析，从而获得故障原因以及具体的位置，在变压器发生严重故障时自动切断电源，以此来保护变压器不被损坏。

结束语：

变压器在电力系统中起着重要作用。加强对变压器的诊断和管理，可以保证电力系统平稳运行。变压器作为电力系统的主要部件，一旦发生故障，直接影响人们生产和生活。企业必须做好变压器故障诊断和状态修复工作，确保供电企业安全稳定运行，满足人们对工业用电和日常用电的需求，促进中国能源行业健康可持续发展。

参考文献：

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