電力系統(tǒng)常用變壓器故障檢測方法

于鴻潔

摘 要：北京電網(wǎng)近年的運(yùn)行經(jīng)驗表明，嚴(yán)重的變壓器事故往往造成用戶的大面積停電、設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，其造成的直接經(jīng)濟(jì)損失往往達(dá)數(shù)百萬元甚至數(shù)千萬元，間接經(jīng)濟(jì)損失更是不可估量。因而，保證變壓器的安全可靠運(yùn)行將直接影響電網(wǎng)安全，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。該文通過對北京市電力公司多年運(yùn)行經(jīng)驗及具有代表性的變壓器故障檢測方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了變壓器故障診斷的常用方法及標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)變壓器的常見故障及常見事故，提出了對應(yīng)的故障檢測方法。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 變壓器故障 檢測方法 電氣試驗

中圖分類號：TN14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0070-02

1 電氣試驗

1.1 絕緣類試驗

變壓器絕緣類試驗項目主要包括繞組絕緣、鐵心絕緣、直流泄漏、繞組及套管介損、工頻耐壓、感應(yīng)耐壓、局部放電試驗。

繞組絕緣電阻試驗，是用兆歐表搖測各繞組間、繞組對地之間的絕緣電阻值，分別記錄15S、60S、600S（需測極化指數(shù)時）絕緣電阻值，并計算吸收比、極化指數(shù)；根據(jù)絕緣電阻值與歷次試驗值、出廠值的比較，判斷變壓器整體絕緣變化情況；通過該試驗可以發(fā)現(xiàn)變壓器整體受潮缺陷及絕緣老化狀況，但對變壓器局部絕緣缺陷的診斷沒有太大意義。繞組直流泄漏電流的測試工作與繞組絕緣電阻試驗的原理基本一致，只是提高了試驗電壓，對檢查套管等外絕緣狀況具有一定作用。繞組介損試驗可對變壓器整體絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)比較有效，同時，對貫穿性局部缺陷也比較靈敏。套管介損試驗的主要目的是檢查套管的絕緣狀況。

工頻耐壓、感應(yīng)耐壓均屬于考核變壓器絕緣水平的試驗，工頻耐壓主要考核變壓器主絕緣水平（即變壓器繞組線端對地、繞組間）的試驗方法；而感應(yīng)耐壓試驗主要考核變壓器線圈匝間絕緣水平，同時，對于分級絕緣變壓器，該試驗同樣可考核變壓器線端對地及不同繞組之間的絕緣水平。工頻耐壓、感應(yīng)耐壓試驗屬于破壞性試驗，一般僅在變壓器出廠、安裝或大修后進(jìn)行，對于運(yùn)行中變壓器，很少使用該手段對變壓器絕緣狀況進(jìn)行檢測。

變壓器局部放電試驗在國外是20世紀(jì)60年代才開始進(jìn)行研究的一種試驗方法，國內(nèi)對該項試驗的研究起步較晚，變壓器廠家對該試驗的研究、實(shí)施開始于20世紀(jì)80年代，應(yīng)用于現(xiàn)場起步于80年代中期，而真正推廣使用是在20世紀(jì)90年代?，F(xiàn)在，變壓器局部放電試驗已成為考核變壓器制造、安裝、大修水平的一項重要指標(biāo)，因而，現(xiàn)在所有電力公司在220 kV及以上變壓器在安裝、大修后均要求進(jìn)行該試驗。同樣，當(dāng)懷疑運(yùn)行的變壓器存在放電性缺陷時，可通過該項試驗檢測其放電水平，在進(jìn)行該項試驗同時配合進(jìn)行局部放電定位工作。目前，局部放電定位技術(shù)主要是通過超聲波技術(shù)、結(jié)合放電的電信號進(jìn)行的，國內(nèi)各知名研究機(jī)構(gòu)、大專院校對此技術(shù)都有深入研究，但到目前為止，尚沒有技術(shù)完全過硬的產(chǎn)品，原因在于定位的結(jié)果往往與變壓器結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系；國外，類似的技術(shù)、設(shè)備也很多，瑞典ABB公司制造過超聲波定位設(shè)備，其定位精度較高，但該設(shè)備只提供給ABB自己的變壓器制造工廠使用。北京市電力公司曾邀請ABB在中國的合資企業(yè)合肥ABB公司在現(xiàn)場對變壓器局部放電進(jìn)行定位，效果較好。

1.2 變壓器特性試驗

變壓器特性試驗主要包括變壓器直流電阻、匝數(shù)比（變比）、變壓器空載、負(fù)載試驗。

變壓器直流電阻試驗主要是檢查變壓器導(dǎo)電回路是否存在缺陷，它特別對變壓器線圈接頭、變壓器開關(guān)觸頭接觸情況等的檢查具有較好效果。根據(jù)北京市電力公司近幾年的工作經(jīng)驗，國家標(biāo)準(zhǔn)等一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對于變壓器直流電阻的要求偏松，不利于對缺陷的早期診斷。直流電阻試驗已成為變壓器檢測的一種常用，同時也是非常重要的一個手段。

測量匝數(shù)比的目的是（1）檢查繞組匝數(shù)是否正確；（2）檢查分接開關(guān)狀況；（3）檢查繞組有無匝間金屬性短路，匝數(shù)比主要用于大修、安裝后的檢測中。

變壓器空載、負(fù)載試驗主要是測試變壓器的空載、負(fù)載參數(shù)，因而該試驗主要作為出廠試驗項目，一般在現(xiàn)場不進(jìn)行該試驗；但在懷疑鐵心故障或繞組匝間故障或繞組存在變形時，可進(jìn)行該項試驗。

2 油務(wù)化驗

油務(wù)化驗?zāi)壳爸饕ㄓ唾|(zhì)化驗、油中氣體色譜分析，油質(zhì)化驗主要是化驗油的電氣、物理性能，如擊穿電壓、含水量、酸值、PH值、閃點(diǎn)、介損、界面張力等項目，這些項目對檢測油的電氣性能具有重要意義，因此，油質(zhì)化驗是變壓器預(yù)防性檢測的重要項目。

絕緣油在熱和電的作用下，分解出氫氣、一氧化碳、二氧化碳、以及多種小分子烴類氣體，設(shè)備內(nèi)部故障的類型及嚴(yán)重程度與這些氣體分子的組成及產(chǎn)氣速率有著密切關(guān)系。目前油中氣體色譜分析就是利用這一關(guān)系判斷設(shè)備內(nèi)部故障和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行，已成為充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行不可缺少的手段。

3 變壓器頻率響應(yīng)試驗

變壓器頻率響應(yīng)試驗主要是測試變壓器繞組變形情況，該方法的研究開始于20世紀(jì)90年代，華北電力研究院在華北地區(qū)較早推出了這一方法，北京市電力公司在變壓器頻率響應(yīng)試驗方面開展了大量工作，積累了判斷試驗結(jié)果的一些方法。該試驗主要是對變壓器線圈在10 kHz～1000 kHz的頻率范圍內(nèi)施加正弦電壓信號，測量繞組在各頻率下的響應(yīng)，由計算機(jī)繪制成繞組的頻率響應(yīng)曲線（以下簡稱頻響曲線）。比較同電壓等級的不同相間、或者同繞組歷次的頻響曲線，可以定性地判斷變壓器繞組的變形狀況。

現(xiàn)在，該試驗已成為眾多電力公司在變壓器遭受短路沖擊或過電壓沖擊后判斷變壓器健康狀況的一個重要手段。根據(jù)變壓器繞組的分布參數(shù)電路分析，變壓器在高頻激勵下，其固有頻率很豐富，不容易確定，所以國內(nèi)學(xué)術(shù)界對變壓器繞組變形試驗技術(shù)在認(rèn)識方面還存在分歧。但是變壓器在制造完畢以后，如果繞組未發(fā)生變形，其在高頻信號激勵下的轉(zhuǎn)移參數(shù)是不會改變的（該測量系統(tǒng)采用的是電壓轉(zhuǎn)移比）。根據(jù)我們191臺變壓器繞組變形試驗的結(jié)果分析，確信這項技術(shù)基本能夠滿足運(yùn)行單位對繞組變形分析的要求：它對變形的反應(yīng)程度既不過分敏感，又能明確地體現(xiàn)出繞組的明顯變形。比較困難的是如何正確地試驗和分析。北京市電力公司使用的是由華北電科院研制的FRA-1型繞組變形儀器?，F(xiàn)場試驗時測試系統(tǒng)所受的干擾因素難以把握、試驗時間比較緊張、繞組變形的具體情況也相當(dāng)復(fù)雜，所以試驗和分析判斷很不容易。endprint

目前，變壓器繞組變形試驗多用于研究單位，大量采用這項技術(shù)，該局是國內(nèi)進(jìn)行最早、試驗次數(shù)最多和經(jīng)驗較為豐富的生產(chǎn)運(yùn)行單位之一，現(xiàn)就該研究者理解的變形試驗的用途進(jìn)行例證。

（1）發(fā)現(xiàn)變壓器變形，并指導(dǎo)檢修。

例1，原田村1#變變壓器型式：SFSZ9-50000/110；額定電壓110/36.6/10.5 kV；阻抗電壓：（高-中）9.95%；（高-低）17.9%；（中-低）6.89%，由沈陽變壓器廠制造，1997年10月出廠；1998年11月投運(yùn)。

2002年1月6日110 kV田村變電站35 kV出線田水-32線路電纜終端三相短路，造成該變電站101、301、201開關(guān)掉閘，1#變壓器停運(yùn)。修試處對1#主變做絕緣試驗、油色譜分析化驗均未發(fā)現(xiàn)問題，但是通過線圈變形試驗發(fā)現(xiàn)中壓線圈及低壓線圈有較嚴(yán)重的變形。1月21日變壓器經(jīng)過短時間的運(yùn)行后退出，2月6日該變壓器在修試處吊罩解體檢查時發(fā)現(xiàn)中壓Am相、Bm相線圈各有兩處沿整個線圈的高度發(fā)生嚴(yán)重的徑向凸起變形，低壓a相、b相線圈也受中壓線圈擠壓造成輕微變形，變形線圈上端部層壓木板開裂起層。

例2，特鋼變電站110 kV原1#變壓器，長春變壓器廠92年產(chǎn)品，型號SFS7-50000/110，97年10月35 kV側(cè)出口短路、長時間過流（約1 min）后試驗表明35 kV側(cè)繞組Bm相嚴(yán)重變形，相間差分別為：Ea-b=6.2，Eb-c=5.9，Ea-c=3.4。吊罩發(fā)現(xiàn)中壓三相線圈尤其是Bm相嚴(yán)重?zé)龘p。返廠大修換線圈后中壓側(cè)恢復(fù)正常，結(jié)果分別為：Ea-b=1.7，Eb-c=1.4，Ea-c=2.5。

例3，北土城變電站110 kV原1#變壓器，瑞典89年產(chǎn)品，型號TORF183-108-165，98年7月低壓側(cè)因10kV出線某開關(guān)柜爆炸，引起出口短路。變形試驗表明低壓三相線圈發(fā)生明顯變形，結(jié)果分別為：Eab-bc=5.7，Eab-ac=4.4，Ebc-ac=5.2。返廠大修時發(fā)現(xiàn)高壓三相調(diào)壓線圈已經(jīng)脫落，低壓三相繞組完全變形。

（2）現(xiàn)輕微變形后，可通過變壓器運(yùn)行方式的改變，使其安全地暫時運(yùn)行。

特鋼南站110 kV原2#變壓器，沈陽變壓器廠87年產(chǎn)品，型號SFS-31500/110，97年10月準(zhǔn)備投運(yùn)以前試驗，發(fā)現(xiàn)三側(cè)繞組以A相線圈（尤其是中壓側(cè)）為中心發(fā)生變形，中壓側(cè)頻響曲線相間差分別為：Ea-b=7.0，Eb-c=3.2，Ea-c=7.0?，F(xiàn)在中壓側(cè)未帶負(fù)荷運(yùn)行，等合適機(jī)會檢修。

（3）特殊情況下需緊急決策時，通過變形試驗分析繞組狀況，有很大作用。

突發(fā)事故后和多年惡劣環(huán)境下運(yùn)行的變壓器繞組是否基本無變形，在運(yùn)行單位的決策中很重要。呂村站原2#變壓器、懷柔站原1#變壓器（均為220kV等級），先后在運(yùn)行中發(fā)生罕見的套管爆炸事故，最后就是根據(jù)繞組未發(fā)生變形和局部放電合格這兩個主要技術(shù)指標(biāo)，決定立即投運(yùn)的。

（4）不同廠家、型號和電壓等級的變壓器變形試驗結(jié)果進(jìn)行比較和歸納，

通過比較和歸納，一定程度上可以發(fā)現(xiàn)變壓器繞組的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，從而對變壓器的質(zhì)量進(jìn)行評價。例如某些變壓器廠家的所有產(chǎn)品變形曲線相間吻合性一直很好；而某些變壓器廠家相對就差一些。這個結(jié)論基本符合大家對這些廠家產(chǎn)品的一貫評價。

4 在線檢測

上面所述電氣試驗、油務(wù)化驗均為離線、周期性的檢測項目，不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷；在線檢測的目的主要就是為了達(dá)到對設(shè)備的實(shí)時檢測。就北京市電力公司在線檢測應(yīng)用的現(xiàn)狀來看，在線檢測技術(shù)在近年雖有所發(fā)展，但還不能滿足實(shí)用的水平，故在此不加詳述。

綜上所述，加強(qiáng)變壓器故障的檢測對保證變壓器的安全運(yùn)行具有重要意義，雖然現(xiàn)有的檢測手段不能對所有的故障都有效，但只要充分運(yùn)用這些手段仍能夠發(fā)現(xiàn)大部分的潛伏性故障。對于突發(fā)性缺陷及外部事故造成變壓器故障，關(guān)鍵在于應(yīng)用合適的檢測手段，能夠及時判明變壓器故障受損情況，為變壓器及時修復(fù)提供依據(jù)。通過該文的論述，我們可以得出以下結(jié)論。

（1）變壓器檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，對異常數(shù)據(jù)應(yīng)仔細(xì)分析，不應(yīng)只考慮按規(guī)程是否超標(biāo)，以免喪失及時發(fā)現(xiàn)變壓器潛伏性故障的機(jī)會。

（2）對變壓器的檢測應(yīng)打破專業(yè)界限，綜合分析各類檢測手段得來的數(shù)據(jù)。

（3）該文提出的幾項分析手段對于分析變壓器在故障后、事故后的受損情況具有實(shí)用價值，各項手段要綜合起來使用，方能得出正確的結(jié)論。

隨著技術(shù)的發(fā)展，變壓器檢測手段不斷增加，今后，對于變壓器故障的檢測必然會朝著在線檢測的方向發(fā)展，作為變壓器運(yùn)行維護(hù)部門應(yīng)加大在線檢測技術(shù)的研究及現(xiàn)場使用的投入。

參考文獻(xiàn)

[1] 電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程[S].

[2] 王越朋，王朋，楊瑩.變壓器故障診斷與維修[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[3] 2001年全國110 kV及以上電壓等級變壓器類設(shè)備運(yùn)行情況及事故統(tǒng)計分析[S].

[4] 張志猛，張建忠，李永剛，等.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障診斷的研究[J].河北電力技術(shù)，2008.endprint