变压器故障检测与诊断技术研究现状

林景垞

(广东电网有限责任公司佛山供电局变电管理二所，广东 佛山 528300)

1 引言

安全、优质、经济地开展电能运输，是现代电力系统运行的基本要求。变压器作为电力系统、国家电网体系中最为关键的核心设备之一，具有种类多样、型号多变、布设广泛等特征，是电力系统实现电压变化、电能分配等作业的基本设备。由于电力系统变压器需要长期带负荷运转，通常出现故障的几率比一般其他电力设备更高。同时，由于我国当前电网系统升级，各种跨区域联网、调度等越来越多，变压器的故障若不能及时诊断并修复，一旦发生故障往往容易引起某一电网局部出现链式反应。因此，针对变压器开展日常故障检测与诊断，是在变压器发生故障之前就能够及时帮助电网工作人员开展修复的必要手段，对电力系统而言具有重要的指导意义。

2 典型电力变压器结构

图1所示为电力系统最为常见的油浸式变压器结构图。该型号电力变压器是一种静止的电气设备，不具有小车功能，能够满足不同电压等级复合，是一种最常见的电力系统电能输送、电压变化装置。该型号电力变压器最常见的故障多集中在绕组、端子排、套管、铁心等位置[1]。

图1 某型号油浸式电力变压器结构示意图

3 常见故障位及原因分析

3.1 常见故障位

表1所示为典型电力变压器常见故障类型汇总。电力系统常用变压器多属于直接暴露与自然环境下带负荷长期作业。因此，无法避免由于零部件老化而带来部分故障，如端子排因雨雪天气而受潮、套管老化或出现裂纹、分接开关出现油泄漏等。加入不及时发现并排出这些故障，在长期的带风险作业过程中极易引发电力系统故障，严重的甚至有可能造成电网系统大面积停电等。

表1 电力变压器常见故障位

3.2 变压器故障原因分析

由表1种进行的电力变压器常见故障类型分析可知，电力变压器最常见的故障多是因为长期暴露与恶劣环境下造成的绝缘材料损坏、老化等。除自然环境外，热烈化、冲击、外部短路等也是造成电力变压器故障的主要原因。本文将通过磁路、绕组、绝缘、结构的顺序对变压器故障原因进行详细分解。

3.2.1 磁路

造成电力变压器磁路故障的原因主要集中在:①穿心螺杆等用于加紧电力变压器内部铁心等部件的绝缘材料被通过变压器的电流击穿，引起铁心与铁叠片中的部分零部件产生短路和局部涡流；②内部连接铁心及其周边结构件的紧固螺栓因电磁作用而产生振动，使铁心及其周边部件的绝缘性能受到影响；③铁心及其周边零部件因加工问题或环境问题出现毛刺、杂物或弯折，引发铁心及铁叠片形成局部短路；④铁心叠片因长期工作或安装问题形成变质，最终增加铁心叠片的铁损使变压器内部温度升高超过设计范围而使内部零部件损坏[2]。

3.2.2 绕组

绕组多发生在变压器内部，其主要原因有以下几种:

(1)由于进入变压器的空气中带有水分而产生受潮。

(2)绕组的纸包扁铝线的棱曲率半径较小。

(3)由于绕组的质量问题而导致其与电阻的接触面增大，进而产生热量，当热量达到一定温度时，会导致绝缘油的局部炭化。

(4)绕组匝间短路及绕组对地短路的原因有三方面:

3.3 结构件中发生的故障原因

(1)当气体继电器没有定时查漏补缺或不按照规定补充油时，可能会导致继电器出现故障。

(2)变压器的绝缘收缩会影响变压器绕组，需要采取相应的措施来阻止绕组引起的短路。

(3)变压器不满足并列运行条件要求。

(4)变压器会在生产和运输过程中造成一定程度上的损坏，如焊接质量不佳，运输造成的变压器漏油等问题。

(5)冷却油及冷却介质故障原因。油浸式变压器的绝缘性能不单是受有一种原因造成，它会受多方面影响，如氧化、受潮等。而变压器绝缘性能变化会造成闪络放电等。对于特种冷却介质的变压器，会因密封是否牢固而产生影响，使气压下降，冷却效果差，绝缘性能下降也导致故障发生。

(6)运行操作不当、维护不周引起故障。

4 变压器故障检测与诊断方法

4.1 油浸变压器的外观检查

(1)漏油。当看到变压器表面出现黑色液体或发光的时候，应该考虑变压器是否出现漏油情况，通常情况下变压器都装有油位计，可以从油位计的数值上判断是否出现漏油。

(2)通过人体感官去查看变压器的温度。

(3)呼吸器的吸湿剂严重变色。变压器吸湿剂严重变色多数是因为受潮、垫圈损坏、呼吸器破损、倒油太多等。变压器中送用的吸湿剂多为活性氧化铝(Al2O2)类物质，当吸收一定量的湿气(23%左右)之后会从原本的蓝色变为粉色，当出现此类情况时需要进行再生处理。

4.2 机械类检测装置

4.2.1 瓦斯气体继电器

瓦斯气体继电器多适用于带油枕的变压器，主要是因为以下两点:该材料属于中绝缘材料、触点供轻，较适用于报警使用，当变压器内的材料发生故障而产生热分解时，产生的气体会进入继电器的气室，当气体积攒到一定数量时会触动瓦斯点而产生动作；对触点用于重故障，该情况多因变压器内部的绝缘击穿、断线等原因引起的，致使变压器内压力增大，油急速流向油枕时继电器重瓦斯触点动作[3]。

4.2.2 防爆装置

变压器内部防爆装置多用于气压升高时，当变压器内部邮箱向外释放压力时用于保护邮箱和散热器的装置。

4.3 电气类检测装置

(1)差动继电器。该继电器是通过在变压器的一次侧和二次侧安装了电流互感器，在电流互感器的基础上通过变压器匝数和短路事故所出现的电流差值进行工作，因此，差动继电器开始工作时，一般是变压器匝间短路出现了故障。

(2)过电流继电器。该设备属于继电器保护设备，一般在出现短路或超负荷的情况下进行工作。当过流继电器开始工作时，如果不是变压器外部出现短路或负荷，就要查看是否是变压器内部出现短路问题。

4.4 利用仪器仪表检测

当变压器发生故障时，首先检测变压器内部的喷油程度与位置，然后结合变压器的负电情况和电力系统的现状等采取措施保护继电器动作状态。变压器内油中的含气情况、绝缘情况、绝缘油情况等的分析都需要使用专业的仪器仪表进行检查诊断，再根据检测信息作出故障判断。

5 结语

现代电力系统运行最基本的要求便是安全、优质、经济的开展电能运输，同时变压器也是电力系统最核心的设备之一。传统的变压器故障检测与诊断技术方法单一、工程实用性不强、故障识别率低等，无法满足我国当前电网系统升级。针对变压器开展日常故障检测与诊断，是在变压器发生故障之前就能够及时帮助电网工作人员开展修复的必要手段，对电力系统而言具有重要的指导意义[4]，因此，在变压器故障智能诊断方面还需进一步的研究和完善。