电气试验在变压器故障分析中的应用

2023-12-21孙腾

今日自动化 2023年8期

孙腾

（国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，江苏苏州 215004）

1 变压器故障影响

变压器是电力系统的关键设备，其主要任务是升降电压以实现电能的高效传输和分配。因此，变压器的正常运行对电力系统的稳定性和可靠性至关重要。变压器故障可能导致以下情况：①电力系统的不可用性和不稳定性，对工业、商业和家庭用户造成不便和经济损失。②引发火灾、爆炸或电弧闪烁，对人员和设备构成严重的安全风险。而修复或替换受损的变压器需要高昂的成本，包括人工、材料及停机时间，这对电力系统的运营商和维护人员来说是极大的财务负担。③绝缘油泄漏或污染，对环境造成不利影响。油污染需要复杂的清理和恢复工作。④电能质量下降，如电压波动和谐波扩散。这可能对连接到电力系统的设备和机器产生不利影响。⑤与变压器相关的电力设备和生产设备停工，导致生产中断和损失。

2 电气试验在变压器故障分析中的作用

电气试验作为一种无损检测手段，在变压器故障分析中起着重要作用。其能够通过对变压器的电气性能和绝缘状态进行评估，帮助及早发现潜在问题，为预防维护和故障诊断提供有力支持。传统的故障检测方法可能需要对变压器进行拆解或干预，而电气试验可在不破坏设备的情况下进行，避免了额外的损害和停机时间。电气试验可对变压器的多个方面进行评估，包括绝缘状况、绕组连接、局部放电情况等。这有助于全面了解变压器的健康状态。通过定期进行电气试验，可以在故障发展到严重阶段之前发现问题。这有助于及时采取预防措施，避免故障扩大和进一步损坏。

电气试验提供的数据可以用于故障诊断和分析。通过分析试验结果，可以确定故障类型、故障原因及故障位置。电气试验的结果可以为维护计划的制订提供依据。根据试验数据，可以判断何时需要进行维修、更换部件或其他维护操作。电气试验可以评估变压器的安全性能，判断其是否满足电力系统的要求。这有助于确保变压器的正常运行，避免安全事故的发生。通过使用合适的电气试验方法和技术，可以全面评估变压器的电气性能和健康状况，帮助及早发现潜在问题并采取预防措施。这有助于提高变压器运行的可靠性和安全性，保障电力系统的稳定供电。

3 典型电气试验在变压器故障分析中的应用

3.1 绝缘电阻测量

绝缘电阻测量是一种常用的电气试验方法，用于评估变压器绝缘系统的状态。这个试验通过测量不同绝缘材料间的电阻来判断绝缘是否完好，从而预测潜在的故障风险。绝缘电阻测量可以帮助评估绝缘材料是否老化或受潮，可以判断绝缘系统是否完好。高绝缘电阻值表明绝缘状态良好，而低电阻值可能意味着绝缘材料存在问题。绝缘电阻测量可以帮助预测潜在的故障风险。异常的绝缘电阻值预示着未来可能发生的故障，从而及早采取维护和修复措施。对于新制造的变压器，绝缘电阻测量可以评估绝缘材料的质量。低电阻值表明制造过程中可能存在问题或绝缘材料的质量不良。在维修后，绝缘电阻测量可以用于评估维修效果。如果绝缘电阻值有所提高，表明维修成功地改善了绝缘状态。

3.2 绕组电阻测量

绕组电阻测量用于检测变压器绕组内部的连接情况和电阻值。绕组电阻是判断绕组是否正常连接及是否存在接触不良等问题的重要参数。绕组电阻测量可以验证绕组内部的连接是否正常。异常的电阻值表明绕组之间可能存在连接松动、断开或错误情况。绕组电阻测量可以帮助检测绕组之间的接触是否良好。接触不良可能导致电阻值偏高，从而影响变压器的性能。通过测量绕组电阻，可以评估绕组的状态是否正常。电阻值的变化可能表明绕组存在问题，如导体老化或损坏。异常的绕组电阻值表明内部可能存在故障，如绕组间短路、开路等。通过绕组电阻测量，可以初步判断故障类型。绕组电阻测量的结果可以用于制订维护计划。异常的电阻值可能需要采取维修、更换或其他维护措施。绕组电阻测量是综合考虑变压器内部连接和状态的重要手段，通过测量结果可以判断绕组是否正常工作，并为维护提供重要信息。

3.3 套管电阻测量

套管是变压器外部的绝缘保护层，其绝缘状态的良好程度对变压器的安全性能至关重要。套管电阻测量可评估变压器外壳的绝缘状态，高电阻值表示套管绝缘良好，而低电阻值可能意味着绝缘材料受损。随着时间的推移，套管绝缘材料可能会受老化或环境影响。套管电阻测量可以帮助判断绝缘材料的老化程度。套管可能会因为外部环境的影响而受到腐蚀或损伤。异常的电阻值表明套管可能存在腐蚀或物理损伤。

3.4 绝缘油分析

绝缘油分析是一种重要的电气试验方法，用于评估变压器的绝缘材料状态和变压器内部的健康状况。绝缘油在变压器中不仅是电气绝缘介质，还可以通过分析绝缘油中的物理、化学及电气参数来判断绝缘系统的状态，如是否老化、受潮或污染。通过分析油中的电阻率、介质损耗因数等参数，可判断绝缘材料的质量。异常的绝缘油分析结果表明内部可能存在故障，如局部放电、绕组短路等。气体分析和溶解气体分析可检测绝缘油中是否存在异常气体，从而判断是否存在故障。局部放电可能会导致绝缘油中产生气体，通过气体分析可初步判断变压器内部是否存在局部放电现象。绝缘油分析结果可为维护决策提供依据。根据分析结果，可以判断是否需要更换绝缘油、维修设备或采取其他维护措施。对于新制造的变压器，绝缘油分析可以评估绝缘材料的质量，判断是否符合要求。

3.5 局部放电测量

局部放电是变压器内部可能存在的一种隐蔽故障现象，其可能导致绝缘老化和继续恶化，最终引发变压器故障。局部放电测量是一种用于检测和评估变压器内部局部放电现象的电气试验方法。局部放电测量可以及早发现局部放电现象，从而预警潜在的故障。这有助于及时采取预防措施，避免局部放电发展成更严重的故障。局部放电测量可以评估绝缘系统的状态。异常的局部放电活动表明绝缘材料可能存在问题，如绝缘老化、缺陷或损伤。局部放电测量可以帮助诊断变压器内部故障类型和位置。通过分析局部放电的特征，可以初步判断是否存在局部放电引发的故障。局部放电测量结果可以为维护决策提供依据。如果局部放电活动明显，可能需要采取维修、更换或其他维护措施。在新制造的变压器中进行局部放电测量，可以评估绝缘质量，确保设备符合要求。局部放电测量应在变压器正常运行状态下进行，以获取真实的数据。应使用适当的传感器和测量设备进行测量，以获取准确的局部放电信号。

3.6 介质损耗因数测量

介质损耗因数测量用于评估绝缘材料的损耗特性和质量。在变压器故障分析中，介质损耗因数测量通常用于判断绝缘材料的状态和性能。介质损耗因数是一个表示绝缘材料损耗能力的参数，期与绝缘材料内部的摩擦、电导及电极附近的电场分布有关。介质损耗因数测量可以评估绝缘材料的状态。异常的损耗因数值表明绝缘材料可能存在问题，如老化、受潮或污染。介质损耗因数测量可以评价绝缘材料的质量。高质量的绝缘材料通常具有较低的损耗因数值。异常的损耗因数测量结果表明内部可能存在故障，如局部放电、绕组短路等。损耗因数的变化可能与故障有关。测量应在变压器正常运行状态下进行，以获取真实的数据。应使用适当的测量设备和方法，以确保获得准确的损耗因数值。损耗因数值可能会受到温度和频率等因素的影响，需要进行相应的校正。应与标准值或历史数据进行对比，以判断损耗因数是否异常。

4 电气试验的数据分析和故障诊断

电气试验的数据分析是指对电气设备在试验过程中所产生的数据进行处理、分析及解释，从中获取有用的信息和结论。电气试验涉及各种不同类型的设备，如变压器、发电机、电缆等，试验数据包括电流、电压、功率、温度等参数的测量结果。收集试验过程中所产生的各种数据，包括电气参数的测量值、试验设备的运行状态等，可确保数据的准确性和完整性。在数据分析和建模过程中，数据清洗、去噪及校准等操作至关重要，有助于确保数据的质量和准确性，从而使分析和建模的结果更可靠。根据试验的目标和设备特性，从原始数据中提取有用的特征。这些特征可能是某个时间段内的平均值、最大值、最小值，频域分析结果等。根据试验的目标，选择适合的数据分析方法。常用的方法包括统计分析、时间序列分析、频谱分析、回归分析等。运用统计学方法对数据进行分析，计算平均值、方差、相关性等统计指标，以了解数据的基本分布和趋势。如果试验数据具有时间维度，可以应用时间序列分析方法来寻找数据中的周期性、趋势及季节性变化。对试验数据进行频谱分析可以揭示隐含在信号中的频率成分，从而识别可能的故障或异常。如果试验数据间存在因果关系，可以使用回归分析来建立模型并预测未来的趋势或结果。通过分析数据的趋势和异常，可以尝试识别设备的故障原因。比如，温度升高可能暗示设备过载或散热问题。将分析结果解释为易于理解的形式，生成报告或图表，以便向相关人员传达分析结论和建议。电气试验数据分析有助于深入了解电气设备的运行状态、性能特点及可能存在的问题，从而指导维护、优化及决策。

电气设备在运行过程中可能会出现各种故障，故障诊断是指通过分析试验数据和设备表现，找出故障的根本原因。具体操作如下：①收集试验期间记录的所有相关数据，包括电流、电压、温度、振动等各种参数的测量结果。②在数据中寻找趋势和异常，比如电流或温度是否超过了正常范围，是否出现了不寻常的震动等。如果有可用的正常工作条件下的参考数据，可以将试验数据与这些数据进行比较，以便发现任何不寻常的差异。③使用频谱分析方法，将试验数据转换到频域，检测是否有特定频率的异常振动或电信号，这表明可能存在某种机械或电气故障。④根据设备的特性和试验数据，尝试识别已知的故障模式。例如，变压器中的绕组短路，可能导致电流异常增加。⑤如果试验数据是按时间记录的，可以使用时间序列分析来寻找周期性、趋势及季节性变化，这可能与某些故障有关。具备相关电气设备领域知识的专业人员能够更好地理解试验数据中的异常，并将其联系到可能的故障原因。