电力变压器的电气试验与继电保护

陈勇

（汾西矿业供用电分公司 山西省介休市 032000）

在电力系统的整体结构之中，电力变压器占据着较为核心的关键性地位，是电力设备实现自身功能性的必要基础。在电力系统的具体运作过程中，电力变压器需要完成各种各样的任务，不仅需要实际地输送电力，还需要针对电力进行科学合理的有效分配。在某种意义上，可以视电力变压器为电力系统赖以运作的核心基础。因此，需要更加关注其电气试验与继电保护状况，以便为其实际运行过程中的安全性及稳定性表现奠定一定的必要性基础。只有更加切实地从根本层面出发，针对电力变压器运作状况进行安全性及稳定性确保，才可以确保电力系统在整体层面可以发挥更加优秀的电力供应作用。具体而言，可以从电力变压器这一设备本身出发进行认识，进而针对其电气试验与继电保护进行了解和落实。

1 电力变压器综述

在更加深入地了解电力变压器的过程中，可以从结构、分类和常见故障三个角度出发进行把握和认识。

1.1 电力变压器具体结构

当前，电力变压器的类型越发丰富，就基本原理而言保持着相对一致，通常有线圈和磁铁两个部分组成。根据变压器内部各个元器件之间实际的位置关系，大致可以将变压器分为两种类型：

（1）铁芯变压器；

（2）壳式变压器。

铁芯变压器在内部结构方面具备较为显著的复杂性，其中铁的含量相对较低，可以实现的功能性也较为基础简单。铁芯变压器的器身主要包含铁芯、绝缘零部件和电线，而其调压装置主要包含开关以及调压零部件，此外还包含油箱及其降温设备和各种类型的保护装置。

1.2 电力变压器基本分类

电力变压器的分类较为复杂大致可以按照用途、相数、线圈、铁芯结构和容量等标准进行分类。按照实际的用途，变压器可以分为升压型和降压型；按照相数，变压器可以分为单相型与多相型；按照线圈，变压器可以分为双线圈型、三线圈型和自耦型；按照铁芯结构，变压器可以分为心式和组式；而按照容量，可以将变压器分为小型、中型、大型和特大型。此外，变压器还可以划分为电源型、音频型、脉冲型、开关型和特种类型等多种类型。

1.3 电力变压器常见故障

考虑到实际的运行环境，很多电力变压器在运作过程中难免出现故障性问题，大致而言主要体现在两个方面：

（1）变压器内部出现异响；

（2）瓦斯保护出现问题。

1.3.1 变压器内部声音异常

在变压器正常的运作过程中，其内部将会产生波形近乎正弦的电磁波；而在变压器出现一定的故障之后，其内部将会出现音调较高且沉闷的声响。究其原因，其中之一在于变压器出现了过载问题，以致于其内部器件出现明显的异响；其中之一在于其内部铁芯未能夹紧位于最外层的硅钢片，进而诱发与之相应的震动噪声。除此之外，其盖螺钉出现松动现象之后同样会发出较为异常的声响。当其内部出现过电压现象时，接地线芯或是个别绕组将会出现壳体闪络现象，进而带来更加明显的内部噪音。

1.3.2 变压器瓦斯保护故障

另一种较为常见的变压器故障是因气体保护信号作用的出现而起。气体保护在敏感度和稳定性方面的表现较为出色，在变压器的实际运作过程中可以有效地监控气体保护状况。在气体保护信号的有力支撑下，可以使其音频信号返回至正常水平，进而精确地实现变压器运行状况监测。其间，引发气体保护动作的因素较多。

（1）变压器绝缘油温度上升，进而推挤内部空气，引发气体保护动作。

（2）其内部出现短路问题，或是其他内部故障问题，其间产生了一定数量的气体。

在气体保护信号作用之后，经查未能发现变压器异常的情况下应当针对气体继电器进行数据采集，进而实验分析。气体不可燃说明其内部存在空气入侵问题，变压器处于正常运转状态；而当气体可燃时，可以明确其内部出现了故障性问题，需要当即停机进行电气实验。

2 电力变压器的电气试验

就定义而言，电气试验是指在电力系统或电力设备实际投入使用前进行的安装性问题或是质量性问题确认工作，作用在于确保新安装电力系统或电力设备可以正常稳定地运行。主要的实验内容包含的电气系统内部各个设备的单体绝缘性能表现，以及相关的电气特性表现，实验过程中需要相应地从严遵循有关标准进行。只有在更加科学有效的电气试验有力支撑下，才可以在更加早期的阶段发现电力系统或电力设备运行过程中的各种潜在问题，确保其运行过程的稳定性表现。

2.1 实验进行前的安全管理

在针对电力变压器进行电气试验之前，应当切实有效地实现安全管理，针对实验现场进行更加全方位的统筹规划。在执行各项电气试验具体操作前，工作人员需要从严把握安全规范程序的各项要求，以便更加科学更加安全地进行电气试验。同时，需要在负责人员的陪同下进行，电气试验过程中需要摆放标志牌和围栏，检测接地运作状况和开关运作状况。工作人员需要逐一核对回路编号和回路接线，确保其对应性。而负责人员需要认真地针对工作人员工作状况进行审查和确认，针对电气试验现场各种设施设备进行安全性检查。

2.2 电气试验具体进行方式

在进行电气试验的过程中，大体可以采用绝缘电阻试验、绝缘油试验和交流工频耐压试验等三种具体试验进行方式。2.2.1 绝缘电阻试验

在变压器电气试验的具体进行过程中，绝缘电阻检测是最为简便的预防性实验方式，可以明确地得知变压器绝缘状况、过热状况、老化状况和潮湿程度等状况。具体而言，可以针对绕组直流电阻进行实际的测量，首先需要检车其内部绕组内导线连接状况，然后针对绕组直流电阻进行数值测量。而各相绕组之间的直流电阻是否平衡同样需要以该测量数值为基准进行判断，调压器开关的齿轮状态通途可以借此得到有效确认。

2.2.2 绝缘油试验

在变压器的油箱内部中装有变压器绝缘油，作用在于保温散热、测量、内部零部件保护和保温材料抗侵蚀。就物理性质而言，绝缘油属于流动性较强的流体，可以提升其内部各个组建的绝缘强度表现，同时可以填满其内部空间，防止空气入侵带来绝缘性能减弱的问题性状况。与此同时，绝缘油在绝缘强度方面的表现明显优于空气，不仅提升了其内部零部件单体绝缘强度，还可以在零部件之间保持较为良好的绝缘条件。因此，针对绝缘油进行实验，可以较为有效地确保变压器处于较为良好的正常运作状态。

2.2.3 交流工频耐压试验

在针对变压器的绝缘性能和绝缘油状况进行确认之后，为求更进一步地与相关标准相契合，还需要针对其绝缘电器强度进行实验和检测。换言之，需要相应地进行交流工频耐压试验。在针对变压器绝缘强度进行判定，考察其绝缘局部是否存在一定缺陷的过程中可以发挥较为可观的积极促进作用。当变压器的缺陷仅仅可以在一定数额高电压下得到体现时，应用交流工频耐压试验可以较为有效地实现检测效果。在被试变压器未出现异响或是击穿现象情况下，可以肯定该变压器的性能正常且良好。

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2.3 实验进行中的注意要点

为求实现更加理想的电气试验效果，工作人员需要相应地针对试验进行环境的温度湿度条件，以及电流极性状况进行确认和调整。

2.3.1 温度湿度条件

根据行业内部有关科学研究可以得知，大气中的湿度条件可能会为变压器电气试验过程带来较为显著的变数，进而在实验结果准确性表现方面产生不良影响。因此，在进行电气试验的具体过程中，应当首先从严控制实验环境的湿度状况出发进行确认。与此同时，温度的变化同样会致使绝缘材料出现一定的绝缘特性变化，温度越高则绝缘特性越差。因此，针对电气试验的实际进行环境中的温度条件和湿度条件进行有效调控显得尤为关键。

2.3.2 电流极性状况

在实际进行电气试验的过程中，变压器内部线圈可能出现的极性变化同样会为实验结果的真实性产生较为显著的影响，需要保持高度的关注与重视。其间，其内部线圈极性变化可能会为电阻带来一定的内部湿度条件变化；同时极性变化还会致使电阻内部流入电流出现明显的下降现象，带来更加高昂的电力资源消耗。而当负极性出现一定变化时，电阻内部的电流将会明显增大，进而知识电力资源消耗量降低。

2.4 试验进行中的各种问题

电气试验进行过程中可能会遭遇各种问题，大致体现在升压速度、电压极性和铁芯接地等方面。

2.4.1 升压速度存在问题

考虑到变压器的内部结构设计，泄漏电流是变压器的固有属性之一。因而在变压器电气试验的具体进行过程中，工作人员应当更加关注试验工具的选用状况。在实验工具存在一定差异性的情况下，升压速度将会为泄漏电流带来一定的不利影响，进而危及泄漏电流测量数据在精确性方面的实际表现。举例而言，在高压情况下进行绝缘性能试验时，通常会使用微安表进行变压器泄漏电流测量，而当测量过程中混入合成电流时将会难以得到准确的泄漏电流测量数据。因此需要在相应地针对升压速度进行控制之后，再行针对泄漏电流进行测量。

在变压器内部的绝缘层出现问题时，各个内部零部件将会出现受潮问题和水解问题，进而致使电压极性出现问题。一般而言，变压器绝缘层出现水解现象之后，将会在其绝缘层表面产生数量较多的正极电荷。在正极电荷数量较多且较为集中之后，作用已经基本类似于另外安装了正极电压，以致于电气试验在精准程度方面的表现出现较为明显的问题。在这种情况下，工作人员也无法得到较为真实有效的泄漏电流测量数据。

2.4.3 铁芯接地存在问题

在变压器实际的电气试验进行过程中，其内部铁芯接地存在问题同样会带来试验测量数据失准的问题，进而为变压器的后续运行带来较为不利的潜在影响。在具体进行电气试验的过程中，工作人员需要着重观察其内部铁芯是否存在接地故障问题。实际发现问题之后，应当及时有效地采取各种有效措施进行处理和应对，以防长此以往铁芯出现抗容增大问题后变压器电压出现异常提升，最终严重影响到试验测量数据的准确性表现。

2.5 试验进行中问题的解决

2.5.1 全方位提升电气试验水平

为求实现更加符合要求的电气试验效果，需要相应地针对试验具体的进行水平予以提升。工作人员需要及时地针对自身变压器故障判断知识及能力表现进行确认，以便更加有效地在电气试验进行过程中发现变压器存在的各种问题与故障。举例而言，工作人员可以采用脉冲电流法和超声波法，针对变压器潜在的各种故障进行检查和确认。在此过程中，工作人员需要结合实际的电气试验需求进行方式选择，以便确保电气试验可以维持较高的水平，为变压器后续的正常运转奠定较为坚实的必要性基础。

2.5.2 增强变压器日常维护力度

为求确保变压器电气试验在精准性和真实性方面的实际表现可以基本符合预期，工作人员需要相应地重视变压器的日常维护管理工作，确保并增强其进行力度，以便更加深入地了解变压器日常的运行整体，以便结合各种措施为变压器使用年限延长创造有利条件。举例而言，工作人员应当定期检查变压器绝缘油的冷却系统运作状况，定期针对散热零部件进行清理维护，同时相应地减少变压器正常运行过程中可能对绝缘油流动性产生的各种有效，最终确保变压器不会遭遇内部零部件损伤问题。

2.5.3 强化试验人员队伍的建设

在变压器的电气试验进行过程中，工作人员在专业化知识及能力方面的实际表现将会影响到试验结果的准确性，因而需要针对工作人员队伍进行更加健全的有效建设。具体而言，应当定期面向工作人员提供思想道德教育活动和专业化知识及能力培训活动，以便从工作态度和工作能力两个维度出发为工作人员进行自我提升和自我发展创造有利条件。在教育活动和培训活动结束之后，还应当相应地设置评价考核环节，敦促工作人员更加认真专注地参与其中。

3 电力变压器的继电保护

3.1 电力变压器继电保护基本原理

继电保护装置应当确保自身保护范围内的零部件进行有效区分，以便提供更加有效的继电保护。当变压器在保护范围内发生故障时，继电保护装置已经及时地进行动作；而在保护范围外出现故障信号时，继电保护装置同样需要预防各种误动作。为求相应地予以实现，应当切实地针对电力系统内部电气量变化进行考量，针对各种明显变化进行把握。

3.1.1 电流的数值异常增大

在变压器正常运行的过程中，其内部电流状况应当基本与其额定电流保持一致；而当变压器出现短路问题之后，变压器内部将会出现数值明显存在问题的短路电流值。不仅容易烧毁其内部的绝缘部分，还有可能致使其内部出现局部过热问题，严重情况下有可能会导致变压器整体烧毁。

3.1.2 变压器系统电压降低

在变压器内部出现短路故障性问题时，变压器内部的相电压将会出现一定的下降，尤其是短路位置附近的电压值将会出现更加明显的电压值下降状况。

3.1.3 电流电压相位角有变

在变压器处于正常运作状态时，其内部电流与电压之间的相位角与负载的公路因数角基本保持一致，而出现短路故障性问题时，其内部电流与电压之间的相位角将会明显增大。

3.1.4 阻抗出现一定的变化

就定义而言，测量阻抗是指测量位置实际的电压与电流间比值，在变压器处于正常运作状态时阻抗与负载阻抗相一致，而在短路问题出现之后测量阻抗将会出现一定的减小。

3.2 电力变压器继电保护基本需求

为求更加有效地发挥继电保护装置的积极作用，应当满足各项基本需求，分别是选择性需求、速动性需求、灵敏度需求和稳定性需求。在变压器出现故障时应当尽其所能地满足上述需求，而在针对变压器异常运行状态进行确认时可以相应地降低需求标准。

3.2.1 选择性需求

在变压器出现短路故障性问题时，继电保护装置进行会对其保护范围内的故障出口进行动作，进而发出信号指挥短路故障问题两侧的断路器跳闸，将故障部分独立而出。在保护范围外出现故障问题时，继电保护应当确保不会出现误动作问题。

3.2.2 速动性需求

总的来说，继电保护装置需要尽可能迅速地做出动作，以便更加及时地将故障部分与正常部分相隔离，为工作人员的维修及故障排除创造有利条件，确保变压器不会出现不必要的损伤，为电力系统整体层面的稳定性表现奠定更加坚实的必要性基础。一般而言，需要针对特定的故障进行迅速地排除。

（1）发电厂或者核心客户母线电压数值偏小；

（2）大容量的发电机、变压器和电动机内部出现的故障；

（3）低电压线路横截面过小；

（4）可能危及工作人员人身安全的。

只有更加有效迅速地进行故障识别和处理，工作人员才可以确保变压器处于正常运行状态之中，为电力系统整体的稳定性表现奠定一定的必要性基础。

3.2.3 灵敏度需求

就定义而言，灵敏程度是指继电保护装置在针对其保护范围内短路故障或其他类型故障进行判别时的灵敏性表现。通常而言，继电保护装置的整定过程需要最大运行方式下进行计算，而其灵敏程度需要在最小运行方式下进行计算。具体而言，符合灵敏程度需求的继电保护装置可以在其指定保护范围内，针对各种各样的故障性问题进行正确的动作。

3.2.4 稳定性需求

在继电保护装置的实际运行过程中，良好的稳定性表现是最为基本的要求。变压器的稳定性表现是指在其内部出现故障性问题时，继电保护装置可以稳定有效地进行动作，而在其指定保护范围未出现故障性问题时不会出现误动作。

3.3 电力变压器的继电保护措施

3.3.1 差动保护

就分类而言，差动保护可以分为比率制动差动保护和差动速断保护两种类型。通常而言，比率制动差动保护需要经过断线判别和励磁涌流判定后方可进行出口，可以有效地防止区外故障带来的保护误动作。而差动速断保护主要的设置目的在于在保护范围内出现严重故障时及时将故障部分独立于系统之外，保障变压器及电力系统整体的安全性。

3.3.2 复压闭锁方向过流保护

复压闭锁方向过流保护通常作为后备保护而设置，基本原理在于以过流保护为基础，相应地加设复压闭锁功能，以便确保变压器处于过载状态时不会引发保护误动作。大体而言，复压闭锁原件由低压元器件和负序元器件组成，在其中之一出现动作后即可实现复压过流保护。

3.3.3 零序方向过流保护

零序方向过流保护同样属于后备保护，主要用于在变压器中性点接地运作过程中接地出现故障时进行保护。接地中性点位于线路两侧，以便确保零序电流保护可以具备一定的选择性。

4 结语

总而言之，在实际针对电力变压器进行电气试验的过程中，尤其是在针对其继电保护状况采取有效措施予以改善时，应当从严遵循各项继电保护基本原则，确保继电保护措施可以符合相关标准的要求。其间，各种措施和方法在科学性与合理性方面的表现均应引起高度的关注与重视，以便为电力变压器在应用方面 的安全性及稳定性表现奠定更加坚实的必要性基础。具体而言，首先应当更加深入地把握电力变压器的实际状况，从电力变压器具体结构、电力变压器基本分类和电力变压器常见故障等三个角度出发进行认识。针对其中的常见故障，应当着重从变压器内部声音异常和变压器瓦斯保护故障两方面着手进行。其次，应当更加科学地了解电力变压器的电气试验，包含实验进行前的安全管理、电气试验具体进行方式、实验进行中的注意要点、试验进行中的各种问题和试验进行中问题的解决等多个方面。针对电气试验具体进行方式，应该认识到包含绝缘电阻试验、绝缘油试验和交流工频耐压试验等方式。针对注意要点，应当相应地针对温度湿度条件和电流极性状况进行认识。针对存在的问题，应当明确其中升压速度存在的问题，电压极性存在的问题，以及铁芯接地存在的问题。而针对上述问题，应当采取包含全方位提升电气试验水平，增强变压器日常维护力度，强化试验人员队伍的建设在内的诸多解决方式予以处理和应对。最后，应当更加合理地把控电力变压器继电保护的基本内容，从电力变压器继电保护基本原理、电力变压器继电保护基本需求和电力变压器的继电保护措施等维度出发进行。根据继电保护基本原理可以得知，电流的数值异常增大，变压器系统电压降低，电流电压相位角有变，阻抗出现一定的变化等现象意味着电力变压器出现了一定的公正性问题。针对其继电保护基本需求，需要更加深入地把握包含选择性需求、速动性需求、灵敏度需求和稳定性需求在内的具体需求。而针对继电保护措施，应当采取差动保护、复压闭锁方向过流保护和零序方向过流保护等保护措施进行。只有更加有效地确保电力变压器的电气试验与继电保护相对可以符合预期，才可以更加切实有效地确保电力变压器处于较为良好的运行状态，为电气系统整体层面的良好安全性与完善性表现奠定较为坚实的必要性基础。