10kV配电变压器故障及对策探究

王 生 甘 鹏 嵇雨轩 任 达

（国网电力科学研究院有限公司）

0 引言

变压器在电力系统中有着非常重要的作用，具体分析如下［1-4］。

电压转换：变压器的主要作用是将高电压（如110kV、220kV等）的电能转换为低电压（如10kV、400V等），以便安全供电到不同类型的负载。这种电压转换是电力系统中的必要步骤，因为高电压输送电能更远，但对于终端用户低电压更安全。

电能分配：变压器在电力系统中充当了电能的分配器。它们将来自高压输电线路的电能分配给不同地区、城市和建筑物，确保电力平稳供应，以满足各种用电需求。

电压稳定性：变压器能够提供电压稳定性，确保在负载变化时，终端用户接收到稳定的电压。这对于保护电子设备、机械设备和其他敏感设备非常重要，以防止电压波动对其造成损害。

功率传输效率：通过将电能在合适的电压水平传输，变压器有助于提高电力传输效率。这减少了电流损耗和线路功率损耗，从而降低了能源浪费和成本。

电力系统调节：在电力系统中，变压器还可用于电力调节和管理。它们可以通过改变变比来调整电压，以适应电力系统的不同运行条件，确保系统的稳定性和可靠性。

隔离和安全：变压器具有电气隔离功能，可以隔离高电压侧和低电压侧，以提高电力系统的安全性。这种隔离功能有助于防止电击、短路和其他安全问题。

应急备用电源：某些情况下，变压器可以用作应急备用电源。它们可以通过连接备用电源到低电压侧，为关键设施提供电力，如医院、消防站和紧急通信中心。

综上所述，10kV配电变压器在电力系统中扮演了关键的角色，它们不仅实现了电能的分配和转换，还确保了电力系统的稳定性、效率和安全性。因此，对于变压器的故障预防和及时处理至关重要，以保障电力供应的可靠性和连续性。本文将深入探讨10kV配电变压器可能出现的故障及相应的对策，以确保电力系统的平稳运行。

1 10kV配电变压器常见故障

1.1 过载

过载是10kV配电变压器常见的故障之一，它指的是变压器长时间或瞬时承受超出其额定容量的负荷电流。这种情况可能导致严重的问题，包括变压器损坏、设备过热、供电不稳定等。

1.2 短路

短路是10kV配电变压器常见的故障之一，它指的是电路中两个或多个电线之间发生意外的低阻抗连接，导致电流快速增加。短路故障可能引发电弧、局部放电、机械应力、绝缘破坏等问题。

1.3 绝缘损坏

绝缘损坏是10kV配电变压器常见的故障之一，它指的是变压器的绝缘系统遭受破损、老化或失效，导致绝缘性能下降或完全失效。绝缘损坏可能引发电火灾、电击风险和设备故障，因此对其进行及时的检测、识别和修复至关重要。

1.4 温度异常

温度异常是指10kV配电变压器内部温度异常升高或异常下降的故障情况。这种故障可能由多种因素引起，包括内部故障、外部环境条件变化等。温度异常可能导致变压器性能下降、设备损坏甚至引发火灾等严重后果。

1.5 其他常见故障

10kV配电变压器还可能遇到其他常见故障。以下是一些可能的故障类型和应对策略。

（1）短路故障：短路是电流在电路中绕过正常路径的现象，可能会导致电路过载、电弧故障和变压器损坏。应对策略包括使用短路保护装置、定期检查绝缘和维护电缆和连接器。（2）绝缘故障：绝缘故障可能导致绝缘材料损坏，从而影响变压器的性能和安全性。定期进行绝缘测试和维护，及时更换受损的绝缘材料。（3）油漏和油污：变压器通常包含绝缘油，油漏或油污可能导致绝缘性能下降和设备损坏。应定期检查油位、清洁油污、修复漏油问题。（4）冷却系统故障：冷却系统的故障可能导致变压器过热。维护冷却系统，包括冷却风扇、散热器和冷却油循环，以确保正常运行。（5）电弧故障：电弧是一种强大的电火花，可能导致火灾和设备损坏。使用电弧检测和灭弧装置，以及定期的电气设备检查，可以减少电弧故障的风险。（6）异常振动和噪音：异常振动和噪音可能表明设备不稳定或存在机械故障。定期检查设备的机械部分，如绝缘子、螺栓和紧固件，以确保它们的正常运行。（7）电压波动：变压器可能受到电压波动的影响，这可能导致供电不稳定。使用电压稳定器或电压调节装置来维持稳定的电压输出。 （8）湿度和污染：潮湿的环境和空气中的污染物可能对变压器产生不利影响。保持变压器干燥并在需要时清洁外壳可以减少这些问题。 （9）空载运行：长时间的空载运行可能导致变压器性能下降。确保变压器在额定负荷下运行，以避免空载运行。对于这些常见故障，定期检查、维护和使用适当的保护装置是保持10kV配电变压器安全和可靠运行的关键。故障预防和及时的故障诊断可以减少停电时间、维修成本和设备损坏。

2 对策与改进建议

2.1 增加备用容量

对于10kV配电变压器故障及对策，增加备用容量是一种常见的解决方案之一。这意味着在系统设计和规划阶段，额外的备用变压器容量被考虑和配置，以应对变压器故障时的电力供应需求。增加备用容量的主要目的是确保在主变压器故障或维修期间，备用变压器可以补充电力供应，以保持正常的配电系统运行。

备用变压器容量的计算和配置：在设计配电系统时，需要评估负载需求，并确定备用变压器的适当容量。这涉及考虑负载类型、负载数量和负载的增长趋势等因素。合理选择备用变压器容量可以确保在故障发生时能够满足负载需求。并联操作备用变压器：在一些情况下，可以将备用变压器与主变压器并联操作，以提供更大的供电能力。这可以通过适当的电气连接和控制实现，并需要进行合适的配电系统设计和保护措施。自动切换装置和控制系统：安装自动切换装置和控制系统可以实现在主变压器故障发生时自动切换到备用变压器。这样能够减少停电时间并确保电力供应的连续性。自动切换装置需要可靠的逻辑和保护功能，以保证切换过程的安全性和稳定性。定期维护和检查：不仅主变压器，备用变压器也需要进行定期的维护和检查，以确保其性能和可靠性。这包括绝缘系统的维护、冷却系统的正常运行、绝缘性能的测试等。故障诊断和预测：使用先进的监测技术和故障诊断系统，可以对变压器进行实时监测和评估，以及进行故障预测。这有助于及时发现潜在故障迹象，并采取预防措施，以尽量避免变压器故障的发生。增加备用容量是一种有效的策略来增强10kV配电变压器的可靠性和容错能力。然而，需要综合考虑系统设计、成本效益、可行性和实际需求等因素来确定最佳的备用容量配置方案。

2.2 定期维护保养

定期维护保养是预防和应对10kV配电变压器故障的重要措施之一。通过定期执行维护保养计划，可以确保变压器的正常运行，并提前发现和解决潜在故障问题。以下是与定期维护保养相关的对策。

（1）检查绝缘状况：定期检查变压器的绝缘状况，包括绝缘材料、绝缘子和绕组，以确保其良好的绝缘性能。可以进行绝缘电阻测试和局部放电测试，以检测绝缘的退化和潜在故障。（2）清洁和过滤：定期清洁变压器的外部和内部，包括绝缘子、连接器和风扇。清除灰尘、杂物和污渍可以改善变压器的散热效果和绝缘性能。此外，使用合适的过滤器可以防止杂质进入变压器。（3）检查油位和油质：定期检查变压器油的级别和质量。确保油位适当，并检测油中是否存在杂质、水分和气体。需要根据变压器类型进行合适的油分析，如油色谱分析和溶解气体分析。（4）检查冷却系统：定期检查冷却系统的运行情况，包括风扇、冷却器和冷却油循环。保持冷却系统清洁，定期清除堵塞物和检查风扇的正常运转。（5）检查电气连接：定期检查变压器的电气连接，包括电缆、连接器和接地系统。确保连接牢固、电缆无损坏，且接地系统良好接地。 （6）检查螺栓和紧固件：定期检查变压器的螺栓、紧固件和支撑结构，确保它们处于良好的状态。松动或损坏的螺栓会影响变压器的机械稳定性。 （7）故障诊断和录波分析：在定期维护保养过程中，可以进行故障诊断和录波分析，以检测任何异常状况或故障迹象。这可以通过使用录波仪、故障录波器和电力质量分析工具来实现。

定期维护保养的频率和具体操作取决于变压器的使用情况、环境条件和制造商的建议。制定合理的维护计划，并按计划执行维护保养措施，可以延长变压器的使用寿命、提高可靠性，并减少故障的发生。

2.3 引入先进的保护与监测装置

引入先进的保护与监测装置是在10kV配电变压器故障及对策中的一项关键措施。这些装置可以实时监测变压器的运行状态，发现故障迹象，并采取相应的保护措施。以下是与引入先进的保护与监测装置相关的对策。（1）温度监测装置：安装温度监测装置可以实时监测变压器的温度变化。这些装置可以提供温度报警和保护功能，以避免变压器过热和损坏。（2）压力监测装置：使用压力监测装置可以监测变压器内部气体或油的压力。异常的压力变化可能表明变压器存在问题，如内部故障或泄漏。及时的压力报警可以防止加剧故障并采取必要的维修措施。（3）湿度监测装置：湿度监测装置可用于监测变压器内部的湿度水平。高湿度环境可能会影响绝缘性能并引发故障。湿度监测装置可以提供湿度报警并触发相应的防护操作。 （4）气体监测装置：安装气体监测装置可以检测变压器内部发生的气体异常。变压器内部故障通常会产生特定的气体，如甲烷、乙烯和一氧化碳等。气体监测装置可以实时监测这些气体的存在，并触发维护措施以防止潜在的故障发生。（5）电流和电压监测装置：部署电流和电压监测装置可以持续监测变压器的电流和电压波形。异常波形可能表明变压器内部存在故障，如短路或过载。及时的电流和电压监测可以提前检测到这些问题。（6）远程监控系统：引入远程监控系统可以实现对变压器的远程监测和故障诊断。这样可以通过网络连接远程监测设备并及时获取变压器的运行状态和警报信息。远程监控系统使得运维人员能够快速响应故障，并采取适当的措施，减少停电时间和设备损害。通过引入先进的保护与监测装置，运维人员可以获得关键的运行数据，以及故障和预警信息。这将帮助提高对10kV配电变压器故障的响应能力，降低故障发生的风险，并提高系统的可靠性和安全性。

3 结束语

在电力系统中，配电变压器扮演着至关重要的角色。10kV配电变压器作为配电网的关键设备，负责将高压电能转换为适用于低压配电的电能。然而，10kV配电变压器在长期运行中，可能会出现各种故障，给供电可靠性和运行效率带来威胁。通过本文的探究，我们希望引起相关领域从业人员的关注，并促进对10kV配电变压器故障及对策的研究和实践。只有不断加强故障预防、监测和处理措施，才能保障电力系统的安全稳定运行，满足社会对可靠供电的需求。