变压器故障分析及在线监测技术探究

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发布时间：2013-02-08 09:17:31  更新时间：2013-02-08 09:34:30

【摘要】:本文针对实际工作中常遇到的问题，介绍了电力变压器的常见缺陷和故障，并分析了这些故障对变压器的危害，制定出防范措施。并对消除故障的方法进行了归纳总结，此外还分析了变压器常用的在线监测技术，因此，具有一定的工程实用价值。

【关键词】: 变压器;故障分析;检测技术

前言

变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。它可以把一种交流电压、交流电流的电能转换成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能。变压器在电力系统中的主要作用是变换电压,以利于电能的传输。在电能的传输和配送过程中，电力变压器是能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路，是电网中最重要和最关键的设备。电力设备的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统，而电力变压器是这道防御系统中最关键的设备。变压器一旦遭遇严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，给社会造成巨大的经济损失。

一、电力变压器概述

现代化工业企业广泛采用电力作为能源，而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需的电流越小，因为电压将正比于电流。线损正比于电流的平方，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗，要制造电压很高的发电机，目前技术很困难，所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去，这种专门的设备就是变压器。另一方面，在受电端又必须用降压变压器将高压降低到配电系统的电压，故要经过一系列配电变压器将高压降低到合适的值以供使用。在电力系统中，变压器的地位十分重要，不仅所需数量多，而且性能好，运行安全可靠。

二、常见故障及其诊断措施

2.1绕组故障

主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。产生这些故障的原因有以下几点：①在制造或检修时，局部绝缘受到损害，遗留下缺陷;②在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物落入，使温度过高绝缘老化;③制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经受短路冲击，使绕组变形绝缘损坏;④绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热;⑤绝缘油内混入水分而劣化，或与空气接触面积过大，使油的酸价过高绝缘水平下降或油面太低，部分绕组露在空气中未能及时处理。

由于上述种种原因，在运行中一经发生绝缘击穿，就会造成绕组的短路或接地故障。匝间短路时的故障现象使变压器过热油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作;严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。发现匝间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。

2.2套管故障

这种故障常见的是炸毁、闪落和漏油，其原因有：①密封不良，绝缘受潮劣比，或有漏油现象;②呼吸器配置不当或者吸入水分未及时处理;③变压器高压侧(110kV及以上)一般使用电容套管，由于瓷质不良故而有沙眼或裂纹;④电容芯子制造上有缺陷，内部有游离放电;⑤套管积垢严重。

2.3铁芯故障

①硅钢片间绝缘损坏，引起铁芯局部过热而熔化;②夹紧铁芯的穿心螺栓绝缘损坏，使铁芯硅钢片与穿心螺栓形成短路;③残留焊渣形成铁芯两点接地;④变压器油箱的顶部及中部，油箱上部套管法兰、桶皮及套管之间。内部铁芯、绕组夹件等因局部漏磁而发热，引起绝缘损坏。

运行中变压器发生故障后，如判明是绕组或铁芯故障应吊芯检查。首先测量各相绕组的直流电阻并进行比较，如差别较大，则为绕组故障。然后进行铁芯外观检查，再用直流电压、电流表法测量片间绝缘电阻。如损坏不大，在损坏处涂漆即可。

2.4瓦斯保护故障

瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。下面分析瓦斯保护动作的原因及处理方法：①瓦斯保护动作的原因可能是因滤油、加油和冷却系统不严密，致使空气进入变压器;②因温度下降和漏油致使油位缓慢降低;或是因变压器故障而产生少量气体;③由于发生穿越性短路故障而引起;④由于保护装置的二次回路故障所引起。

2.5变压器自动跳闸的处理

当运行中的变压器自动跳闸时，运行人员应迅速作出如下处理：①当变压器各侧断路器自动跳闸后，将跳闸断路器的控制开关操作至跳闸后的位置，并迅速投入备用变压器，调整运行方式和负荷分配，维持运行系统及其设备处于正常状态;②检查掉牌属何种保护动作及动作是否正确;③了解系统有无故障及故障性质;④若属以下情况并经领导同意，可不经检查试送电：人为误碰保护使断路器跳闸;保护明显误动作跳闸;变压器仅低压过流或限时过流保护动作，同时跳闸变压器下一级设备故障而其保护却未动作，且故障已切除，但试送电只允许一次;⑤如属差动、重瓦斯或电流速断等主保护动作，故障时有冲击现象，则需对变压器及其系统进行详细检查，停电并测量绝缘。在未查清原因之前，禁止将变压器投入运行。必须指出，不管系统有无备用电源，也绝对不准强送变压器。

三、 变压器在线监测技术

变压器在线监测的目的，就是通过对变压器特征信号的采集和分析，判别出变压器的状态，以期检测出变压器的初期故障，并监测故障状态的发展趋势。目前，电力变压器的在线监测是国际上研究最多的对象之一，提出了很多不同的方法。

油中溶解性气体分析技术。由于变压器内部不同的故障会产生不同的气体，因此通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比，就可达到对变压器绝缘诊断的目的。几种典型的油中溶解气体，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析的特征气体。在检测出各气体成分及含量后，用特征气体法或比值法等方法判断变压器的内部故障。

局部放电在线监测技术。变压器在内部出现故障或运行条件恶劣时，会由于局部场强过高而产生局部放电(PD)。PD水平及其增长速率的明显变化，能够指示变压器内部正在发生的变化或反映绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡等。

振动分析法。振动分析法就是一种广泛用于监测这种变压器故障的有效方法。通过对变压器振动信号的监测和分析，从而达到对变压器状态监测的目的。

红外测温技术。红外热像技术是利用红外探测器接受被测目标的红外辐射信号，经放大处理，转换成标准视频信号，然后通过电视屏或监视器显示红外热像图。当变压器引线接触不良、过负荷运行等情况时都会引起导电回路局部过热，铁芯多点接地也会引起铁芯过热。

频率响应分析法。频率响应分析法是一种用于判断变压器绕组或引线结构是否偏移的有效方法。绕组机械位移会产生细微的电感或电容的改变，而频率响应法正是通过测量这种细微的改变来达到监测变压器绕组状态的目的。

绕组温度指示。绕组温度指示器就是用于监测变压器绕组的温度，给出越限报警，并在需要时启动保护跳闸。目前已开发出一种用于大型变压器绕组温度监测的新技术，即将一条光纤嵌入变压器绕组以便直接测量绕组的实时温度，从而改进变压器的预测建模技术，并达到实时监测变压器绕组温度状态的目的。

其他状态监测方法。低压脉冲响应测试(Low Voltage Impulse Response，LVIR)也是一种有效的变压器状态监测测方法，并且已经是一种用于确定变压器是否能通过短路试验的公认方法。此外，绕组间的漏感测试、油的相对湿度测试、绝缘电阻测试等也是变压器状态监测的常用方法。

总结

任何一种方法都有一定的应用范围，有些问题它可以解决，有一些则不能解决。当前通信技术的发展使人们充分认识到，在线监测是个跨学科、综合性的研究领域，多种方法相结合，综合运行目前各种技术和知识，构建统一的、综合的在线监测平台，将是未来局放在线监测的发展方向。