浅谈变压器在线故障诊断不足与对策

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摘 要：本文着重分析变压器常见故障产生因素及对应的在线检测手段，分析不同检测方法的优缺点及相应补救措施。

关键词：变压器 故障诊断

1引言

一个电力设备的故障将会致使与之相关联的的整个供电线路的瘫痪。各行各业生产动力对电力依赖性的增加，对整个供电系统的安全性及稳定性提出了更高要求。如何有效提高电力系统可靠性是当今社会共同关注的焦点。常规电器设备的检修需将设备断电，这将极大减缓工业快速发展的脚步[1]。于是在不断电的前提下，实时监测各个供电设备的运行状态，及时发现供电设备潜在的问题，使供电设备能保持良好的运行状态是各国竞相研究的问题。各种在线智能检测设备及方法相继问世，取得了明显的经济效益。

2变压器常见故障

2.1变压器过热

过热故障是变压器常见问题之一。过热故障产生的原因是运行中缺乏监视，运行状态检查实时性不达标导致变压器发生过载时无法及时发现[2]。变压器发热源有绕组、分接开关、引线等。变压器绕组受其制作工艺影响，绕组冷却油路的不通顺，使绕组绝缘性能失效导致局部放电、短路，最终导致绕组内部温度上升，出现局部过热；变压器的作用在于调压，调压通过调压开关来回拨动实现，调压开关的频繁调用，使其触头间相互摩擦加剧，分接开关的触头产生机械磨损，触头间接触松动，相应的接触电阻变大，致使其发热严重，最终影响到变压器正常运转。

2.2变压器放电故障

变压器放电的电弧会击打绝缘层，造成绝缘成局部老化甚至击穿绝缘层，严重影响绝缘层使用寿命。同时放电产生的高温会导致变压器油发生分接产生，甲烷，乙炔、氧化氢等活性气体，这些气体对局部受损绝缘层有腐蚀作用，增大绝缘热击穿的概率。根据放电量能量密度将变压器放电故障分为局部放电和火花放电故障[3]。

局部放电产生原因是变压器油中的气泡或外部绝缘材料的空腔。他们介电常数小，容易引起放电，局部放电能量小，但其恶性循环会最终导致设备击穿。

火花放电产生原因是变压器内部某金属构件接触不良，导致在变压器内部的磁场中形成悬浮电位最终引起火花放电。

2.3变压器渗漏油故障

渗漏油故障是变压器最常见的问题。其多数是由于制造过程的不严谨而产生的缺陷或选用劣质材料的缘故。除此之外，检修的不及时及环境、负载等多种因素 影响也会造成变压器的渗漏问题。

2.4变压器受潮

变压器大多安装在露天环境中，若变压器内的连接帽密封性能不达标、呼吸器内部存放的干燥器失效、防爆管密封失效都会使外部水分伴随湿空气进入变压器内部，这些水分会致使变压器内部铁质发生氧化作用，产生杂质，铁质材料氧化后的杂质进入变压器油内，怎加变压器内部放电的几率。

2.5变压器油绝缘故障

变压器油常年处于强电场中，此外由于内部放电影响，内部温度升高，绝缘油会发生氧化分解，使绝缘油中杂质气泡增多，与此同时这些杂质气泡会加速绝缘油的氧化分解，如此恶性循环，变压器油会加速劣化，产生油泥附着于固体表面，干扰变压器的散热，导致变压器内部温度升高，加速绝缘器件的老化。

3变压器故障在线检测方法

变压器是供电系统的中重要组成部分之一，变压器常见的故障内部放电、变压器过热、绝缘层破损击穿、铁心多点接地、调压开关失效、绝缘油氧化等，尽管在主变压器上已经配置了许多继电用于保护变压器免受破话，但这些继电器只是在变压器发生故障后用于切除故障，避免事故扩大，不能起到未雨绸缪的作用。因此，实时掌握变压器的运行状态，发觉其存在隐患和故障显得尤为重要。

3.1变压器油中气体分析法

变压器内绝缘油、绝缘材料长期处在电、热、氧、水的复杂环境中，这些外部因素的作用会是绝缘油绝缘材料氧化分解产生化学气体，通过对绝缘油绝缘材料组成成分的化学分析，可以间接的评定绝缘故障和老化的程度。绝缘油中气体检测可以在变压器运行的同时进行，不影响变压器的正常运行，并且对故障初期的检测有灵敏度较高，因此使用广泛，具有良好的经济和社会效益。

实现变压器内部气体成分检测的关键是内部气体的提取，常见方法有两种，一是借助合成材料透过膜的透气性将气体过滤到气室中，或者先对油进行取样然后吹气替换出溶解在油内的气体。

绝缘油中通过气体组成判断故障的方法是阈值比较法，主要是分析到的各种气体组分的浓度和国标规定的值作对比，超过额定值时再查阅历史数据，确认该气体浓度是否异常。必要时可多次采集，对比分析，评定该气体的产气速率。

特别需要注意的一点是，若检测对象为检修后的变压器，在检测分析初期会发现故障特征气体明显增长的现象，造成故障没有消除的假象，该现象是由油浸材料中残油释放了故障特征气体至检修后已脱气的油中导致的，为此，检测初期应该增加采样频率，估算设备内部残油所溶解的残气含量，去除该含量后再与国标进行对比分析。

这种判定故障的方法相对简单，操作流程明了，但在实际操作中暴露了其弊端。因为评定标准是依据国标判断，在实际操作时会发现编码不全，编码边界过于绝对等问题，且不同的变压器有自身相应的特征，用统一的标准去评定不同的变压器，这出发点就存在不足。针对这一问题，国内外学者经过多年研究提出人工智能评定故障的概念。

3.2红外线测温及热成像仪检测

变压器红外线测温检测主要是评定故障发生时，变压器内部温度场分布与正常工作状态下的不同，分析故障源附近组建表面温度与你正常工作时差异值的大小，从未评定故障的严重程度。

红外成像仪可以检测变压器内部各个组件的温度变化，可以判读变压器冷却装置是否发生故障、整个箱体的散热是否正常等。 正常工作状态下，变压器周围的热图像是一温度均匀的温度场，变压器各组成元件的温度应基本平衡，绝缘油不应当有过热现象，变压器箱壳温度应大致相同。

该评定方法简单实用，但其与绝缘油中气体分析法类似，存在评定标准的问题，故障温度临界点的设置，因此也可采用人工智能算法，前期积累故障时温度场信息及正常状态下温度场信息，通过人工智能算法给出合理的故障温度临界点。

3.3变压器局部放电的在线检测

变压器局部放电在线检测的判据是以变压器绝缘部件中其局部放电量的多少评定，放电量大于材料承受上限时则发生故障破坏。该方法能够准确判破坏性或危险性的局部放电。

局部放电在线检测时会遇到变压器内部的强磁场干扰，严重影响检测设备的灵敏度和可靠性，因此减少干扰信号是局部放电检测技术的难点。

国内专家学者提出多端调节的方法抑制脉冲型干扰，该方法通过在变压器多点采取故障信息，通过差动平衡法抑制或消除相间干扰和本相干扰。

4总结与展望

本文以电网中主要核心部件变压器为研究对象，分析其常见故障及产生机理；在此基础上分析了三种常见的故障检测方法，了解了这些故障检测方法的基本原理，探究其存在的缺陷及相应的补救措施。面对变压器复杂的症状，单一的故障评定标准难以满足要求，我们需要进一步探究更合理的检测方法及更科学的评定标准。■

参考文献

[1] 董梁. 变压器故障的诊断研究[J]. 装备制造技术， 2010， （1）：110-111.

[2] 高权. 电力变压器故障分析与诊断[D]. 华北电力大学（河北）， 2009.

[3] 刘恒. 电厂变压器常见故障诊断及在线监测技术[J]. 中国新技术新产品， 2010， （15）：159-159.