关于220kV变压器的故障率特性分析

吴嘉荣

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东茂名，525000）

1 变压器故障原因

纵观实践经验，以及联合相关文献的查阅、分析，对于变压器的故障分析上，变压器出现的非计划停运的问题，尤其强迫停运出现的故障部位着手，在220kV这一电压等级的变压器中，很多方面可以产生故障问题，发生率比较高的就是在线圈、套管、铁芯、绝缘介质、冷却装置、调压装置、中性点设备以及油枕等。

电力科学研究院对于2010年-2020年期间，了解统计了220kV变压器缺陷情况，结果显示，变压器运行中，频繁产生故障的部件，主要是冷却系统中的冷却器、分接开关、套管以及储油柜。通过进行划分变压器各种故障的严重程度，220kV变压器是否可以正常稳定的运行，绕组、铁芯充当着关键性作用。

2 变压器故障类型分析

分析220kV变压器的故障，属于可靠性设计、制造、试验、运行变压器的关键性基础，一般是可以采取构建变压器的故障树模型方式展开分析，也就是将220kV变压器的故障事件，逐级的划分成基本故障类型，由此形成相应的变压器故障树。构建220kV变压器故障树期间，顶事件主要就是指威胁大型变压器安全运行的、急需安排检修的故障情况，中间级事件即为引发顶事件的相关事件。

2.1 绕组故障

绕组故障即为出现于变压器线圈、纵绝缘和段子中的故障。可以将绕组故障划分成绕组断线、绕组匝间短路、绕组高温过热几种主要的故障模式。绕组故障属于严重程度较大的一种变压器故障，产生的因素多是绕组自身结构、绝缘不合理等导致。而且绕组短路属于发生率较高的绕组故障，并且产生的影响程度更重，会影响到铁心、引线、绝缘层等方面。

2.2 铁芯故障

220kV变压器运行正常与否，跟铁芯以及绕组的质量具有紧密的关联性，属于进行电磁能量传递以及交换的关键部件。很多积累的实践经验显示，磁路中的故障一直处于高发状态中，也就是在变压器的铁芯、铁轭及其夹件中的故障。局部过热、悬浮放电属于主要的故障模式。铁芯多点接地、铁芯局部短路以及散热不良、磁饱和等，会导致局部过热的问题；接地片熔断、接地不良的问题，会导致悬浮放电的问题。

2.3 绝缘故障

绝缘系统中的变压器油、绝缘纸、板以及绝缘件，构成产生油-纸绝缘系统，绝缘击穿、围屏放电、油流带电属于绝缘系统中常见的故障模式。同时，绝缘故障模式又包括了绝缘损伤类型、介损超标类型。变压器出现绝缘故障的情况下，短时间内，可以正常的运行，但是会引起内部出现局部放电、轻度过热等问题，如果增加故障的时间，就会导致加重绝缘损伤的现象，进而引发220kV变压器内绕组局部短路以及绝缘件碳化等故障。

2.4 引线故障

在220kV变压器中，引线属于比较脆弱的，但是极其重要的组件，属于内部绕组出线与外部接线的中间环节，接头为焊接的，绝缘包扎处理引线外部避免产生接触不良、短路问题，所以焊接的效果、绝缘状态，会对引线故障产生重要的影响。出现引线故障的因素就是引线短路、引线断路、引线接触不良。引线相间短路为一种致命性故障，处理不及时，会导致绕组相间短路，扩大事故以后加重成灾难性故障，甚至导致变压器停运。

2.5 套管故障

变压器内绕组与油箱外联结引线中，套管为一种关键性保护装置。很容易因外界的因素影响，例如风雨雪、电场、污染等，产生绝缘老化、瓷釉龟裂等问题，属于变压器高发故障的位置。套管炸裂、套管位移、局部放电以及开焊，属于常见的故障类型。

2.6 分接开关故障

分接开关会因为较长时间受到绝缘油、高温的影响，使得触头的表面部位容易产生表面氧化层，由此明显的增加触头间的接触电阻值，进而产生触头接触不良的问题。一旦出现了接触不良的情况，就会导致局部产生较高的温度状态，而且对于接触表面构成明显的破坏。分接开关具有较多的故障模式，其中比较典型的就是简体爆炸、档序错乱、齿轮损坏以及触头烧损等。

3 变压器故障的诊断方法

由上述可知变压器的故障可根据故障部位分为多种类型，但其概括而言，可分为外部故障与内部故障两大类，外部故障例如变压器出现渗漏或部件损坏，则可通过直接观察进行判断，但内部故障需应用试验进行深入分析，加以判断明确。

对220kV变压器的内部故障现阶段主要应用三个方法完成诊断与分析，分别为直观判断、带电检测与停电试验，三种方法在应用过程中具有一定的关联性与前后程序性。在发现变压器出现故障后，相关运维人员首先要对现场进行巡视检查，从而生成直观判断，并将变压器的异常情况进行上报。检修试验人员在接受异常上报情况分析后，可在现场的变压器不停电环境下完成多种检测，通过这种带电检测的方式可以确定变压器是否存在故障以及故障部位的大致区域，进一步深入分析，可明确变压器故障的性质以及故障严重情况。为了进一步确定变压器故障的细节情况，相关运维人员可在变压器停电试验条件下对故障进行分析与处理，当变压器为停建环境是对异常故障部位进行明确，并探讨故障的类型以及具体情况，在这一过程中运维人员可根据实际需要选择是否对变压器应用放油入箱检查。

3.1 直观判断

边界运维人员在日常巡视与检查的过程中，若发现220kV变压器存在异常情况时，可应用直观判断，对变压器的外在情况进行详细检查，具体可通过观察变压器外观、变压器运行时是否出现异响、变压器的温度与油位情况对变压器此时的运行状态进行评估与判断，若通过初步判断认为变压器存在故障时，则需就直观判断结果明确故障的大概范围、故障的具体类型以及是否严重。

3.2 带电检测

带电检测是指运维人员在变压器运行状态下对其进行检测，现阶段应用率较高的带电检测技术手段主要为油中含气量检测、三比值法、特征气体检测法、故障点温度与功率判断等。其中三比值法的应用率相对较高，三比值法作为检测充油设备故障的方法之一，主要应用5种特征气体的三对比值对变压器设备或电抗器设备的运行故障情况进行判断分析。在应用三比值法的过程中，对于具有一致性的比值范围三对比值可通过有差别的编码加以展现。

借助上述带电检测方法，运维人员可对变压器的故障存在情况进行确认，并明确故障所属类型以及是否严重，某些情况下通过带电检测可对故障点的温度情况以及功率情况加以预估。

3.3 停电试验

运维人员在带电检测后已经基本明确变压器的故障类型与严重程度，因此在停电试验前已形成关于变压器故障的基本评估，但为了进一步准确观察故障情况，对其进行深入分析，运维人员在有必要的情况下可对变压器应用停电试验，在停电试验过程中深入分析变压器的故障类型与故障情况，若实际情况需要还可对变压器进行入箱检查。

具体而言，停电试验有利于进一步对变压器的故障情况进行诊断与分析，在停电后可有针对性的选择一种或多种检验加以检测。可应用的检验包括：（1）电压比测量和联结组标号检定；（2）应用极性试验；（3）绝缘电阻检测；（4）测量介质损耗因数及电容量；（5）检测绕组电阻；（6）应用铁芯绝缘试验；（7）检验感应电压和局部放电情况；（8）应用外施耐压检验；（9）测量空载损耗和空载电流；（10）测量短路阻抗和负载损耗；（11）实施油流静电检测，（应用于强迫油循环冷却方式）；（12）实施温升测试 ；（13）监测负载情况 ；（14）实施空载涌流检测。

4 220kV变压器故障率特性研究

以实际案例的分析方法，通过对某地区220kV变压器故障的历史统计数据展开观察，结果了解到，很多种多样的原因（类型）可以导致变压器故障，同时不同的电压等级的变压器故障原因各有差异。

统计220kV变压器故障原因，故障台数一共是10台，其中包括两台故障原因是散热器渗油，两台故障原因为严重的大盖渗油，以及有沙眼的情况。另外，乙炔超标及材质问题、乙炔超标并受短路冲击、潜油泵损坏、套管接点过热、乙炔超标及内部匝间短路、铁芯接地电阻降低引发油色谱数据不合格，这些故障原因导致的变压器故障问题分别一台。按照统计的结果，能够了解到220kV等级变压器故障原因的分布状态是比较分散的，但是在投运第一年就出现故障问题的一共是3台，主要是散热器渗油、乙炔超标、沙眼引发大盖渗油这些故障因素。能够明显的观察到，产生这些问题的主要因素就是质量不达标。

按照220kV变压器故障时刻，进行统计以及绘制故障率与投运年限的曲线，实施相应的曲线拟合处理。如下图1所示，为统计后的原始数据及拟合后曲线图情况。

图1 220kV变压器故障率统计情况

通过进行观察此图显示，220kV变压器故障问题，多是产生于第一年、十年以后。而且在第一年出现故障问题的主要因素就是，漏油、材质问题等在内的变压器本身质量问题。十年以后产生的故障问题，导致的因素就是很多的情况下引发绝缘损坏，从而完成出现类似短路等问题。

5 结语

在应用电力变压器的过程中由于多种因素的影响仍然存在一些待解决的问题，这些仍然没有解决的问题可导致变压器出现故障或影响运行，因此电力系统相关工作人员必须加强对变压器设备的巡视力度，通过观察变压器的使用运行状态直观判断变压器是否存在运行故障，保证变压器在运行过程中具有较好的运行效果，促进电力系统的可以更加安全稳定运行。基于此本文开始相关研究，通过分析220kV变压器的故障原因及其故障率，能够了解到，投运的前三年、十年以后，属于故障率高发时间段。前三年的故障，集中于材质、工艺等因素导致不合格的情况，投运十年以后，故障产生的因素主要就是绝缘破坏以及维护不当等。通过掌握住引发故障的因素，就能找到科学的减少220kV变压器故障率的举措，维护电力系统安稳运行。为了将投运前三年变压器故障率降低，需要着手于变压器生产厂家，严控变压器的材质以及工艺流程等程序，确保入网运行过程中质量，而且正式的投运之前，检修人员应该严格的检查好220kV变压器，查看有无损伤绝缘套管和渗漏油问题，检查分接头以及螺栓有无紧固，落实相应的绝缘测试、空载和短路试验等，测试项目全部合格之后，才可以正式的运用。在220kV变压器已经达到质量标准以后，会明显的降低前三年发生故障率。为了将日后的故障率降低，加强日常的管理以及定期检查属于重点，比如勤检查声音、温度有没有正常，对于变压器的污垢杂质定期的清理干净，防止出现闪络放电等问题。