分析有效診斷變壓器故障的方法

李德榮,蔚 科

（國網(wǎng)山東汶上縣供電公司,山東濟(jì)寧,272500）

0 引言

變壓器發(fā)生故障時(shí)，最常用與最有效的辦法就是油中溶解氣體分析與預(yù)防性試驗(yàn)方法。采用油中溶解氣體分析對(duì)變壓器故障的診斷，在很大程度上可以克服傳統(tǒng)辦法的工作周期較長等缺陷，其油中溶解氣體分析辦法可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)變壓器發(fā)生故障的原因，并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)與進(jìn)行壽命的預(yù)測。

1 診斷變壓器發(fā)生故障常用方法

1.1 預(yù)防性試驗(yàn)方法

目前，診斷變壓器發(fā)生故障最常用的方法是預(yù)防性的試驗(yàn)方法，預(yù)防性試驗(yàn)方法的有效性對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果有著較顯著并具有確定性的效果。正確的變壓器故障診斷方法是建立在獲取正確與準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，并且是通過多種不同的實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 油中溶解氣體分析

在變壓器的故障診斷中采取氣相色譜法分析，其工作原理是從正在運(yùn)行的變壓器中取出要試驗(yàn)的油樣，并對(duì)取出的油樣品中的氣體進(jìn)行分析和分離，最后根據(jù)其試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)變壓器發(fā)生故障的原因和類型進(jìn)行判斷與分析。相對(duì)于預(yù)防性試驗(yàn)方法，其是把氣相色譜法分析放在首要的地位，與此同時(shí)，在對(duì)變壓器故障診斷時(shí)，預(yù)防性試驗(yàn)對(duì)變壓器故障診斷具有確定性影響,。

1.3 變壓器故障診斷的情況

根據(jù)變壓器的實(shí)際情況，對(duì)其變壓器故障進(jìn)行診斷，其中包括三個(gè)情況，第一，是在變壓器正常通電的情況下，對(duì)其接線進(jìn)行預(yù)防性的試驗(yàn)。第二，是由于變壓器的破損造成的被迫停電，并對(duì)其進(jìn)行的維修與檢測。第三，是由于電路出現(xiàn)的短路情況造成的停電情況。

1.4 變壓器故障診斷的測試技術(shù)

在變壓器故障診斷的測試技術(shù)中，最常用的方法就是對(duì)變壓器中的油中溶解氣體進(jìn)行分析和試驗(yàn)，以對(duì)其進(jìn)行故障的診斷與判斷故障的類型，此方法具有很強(qiáng)的靈敏性和有效性。采用對(duì)變壓器中的油樣分析方法，主要是針對(duì)變壓器在運(yùn)行過程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性的故障，這一方法在很大程度上減少和避免變壓器的損壞，也是現(xiàn)代最實(shí)用有效的電氣試驗(yàn)辦法。

1.5 氣相色譜分析法的有效利用

在氣相色譜分析法利用的過程中，也存在一定的缺陷。由于在對(duì)變壓器的油樣進(jìn)行試驗(yàn)的同時(shí)，其屬性特征較為復(fù)雜，很難利用氣相色譜分析法對(duì)其位置進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，與此同時(shí)，還會(huì)造成錯(cuò)誤判斷而引起不必要的維修。所以，在利用氣相色譜分析法的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)使其與電氣試驗(yàn)有效結(jié)合，并對(duì)其分析判斷，才能對(duì)故障做出準(zhǔn)確有效的判斷。

2 變壓器發(fā)生故障的原因

2.1 變壓器發(fā)生故障的內(nèi)部原因

由于變壓器需要長時(shí)間的運(yùn)行工作，所以在一定程度上很難避免發(fā)生故障，其變壓器的構(gòu)造不良也是引起故障的原因。與此同時(shí)，從工作人員的工作方面而言，其部分工作人員的工作技能和工作素質(zhì)較低，也是造成變壓器發(fā)生故障的重要因素之一。

2.2 變壓器發(fā)生故障的外部原因

變壓器發(fā)生故障原因，其自然災(zāi)害是不可避免的，也是不可抗拒的。而由于在前期的安裝、檢測與維修的工作過程中所遺留的問題也是后期故障發(fā)生的重要因素之一，尤其是由于變壓器在長時(shí)間的運(yùn)行工作過程中，所導(dǎo)致的材質(zhì)老化劣化以及絕緣體的不耐性等也成為電壓器發(fā)生故障重要因素。而變壓器故障的發(fā)生，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，例如造成大面積的停電等，并且其維修恢復(fù)的時(shí)間較長。因此，需要及時(shí)的發(fā)現(xiàn)變壓器故障并及時(shí)找出解決措施。

3 常見的變壓器故障分析

3.1 導(dǎo)電回路的過熱故障

導(dǎo)電回路過熱故障主要是因?yàn)槠湟€發(fā)生不良情況和線圈導(dǎo)線接頭焊接的質(zhì)量不合格或是虛接，以及由于電路運(yùn)行造成的電路負(fù)荷等，這些都可能造成導(dǎo)電回路過熱故障情況的發(fā)生。

3.2 絕緣水平下降

絕緣水平下降主要是因?yàn)樽儔浩鬟M(jìn)水并受潮、變壓器油使用的油質(zhì)質(zhì)量較差、變壓器的局部運(yùn)行過熱等原因，導(dǎo)致了絕緣體的壞損和絕緣材料的熱量解質(zhì)。其中變壓器中的電氣材質(zhì)主要包括絕緣材質(zhì)與金屬導(dǎo)體等兩大類型，而其中的絕緣材質(zhì)主要包括絕緣油與絕緣紙兩類，絕緣油是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等碳?xì)浠衔飿?gòu)成的，而絕緣紙的主要成分是纖維素，主要是由高分子碳水化合物構(gòu)成的，例如糖與多糖類的單體等。絕緣紙熱分解時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生二氧化碳與一氧化碳等低分子的物質(zhì)。而絕緣材質(zhì)熱分解時(shí)，在分解過程中，如遇到水，其發(fā)生化學(xué)作用下，會(huì)產(chǎn)生氫氣。

3.3 產(chǎn)氣故障

產(chǎn)氣故障可以分過熱與放電兩種類別。其放電故障又可分為多種形式，主要有局部放電與其他形式的放電故障等多種形式。發(fā)生過熱故障的原因有三個(gè)，主要包括導(dǎo)體引起的故障、磁路短路引起的故障以及接點(diǎn)接觸不良發(fā)生的故障等原因。與此同時(shí)，熱點(diǎn)的溫度與產(chǎn)氣成分的不同都對(duì)其濃度產(chǎn)生不同的效果，局部的放電與熱點(diǎn)以及電弧放電時(shí)候產(chǎn)生的產(chǎn)氣濃度特征在很大程度上也不相同。

3.4 調(diào)壓開關(guān)故障

調(diào)壓開關(guān)故障主要是因?yàn)檎{(diào)壓開關(guān)接頭安裝的不夠到位，導(dǎo)致發(fā)生調(diào)壓開關(guān)的接頭引線松動(dòng)、開關(guān)接頭燒焦、開關(guān)觸頭的壓力不足、調(diào)壓開關(guān)切換開關(guān)接頭接觸不良、過度的電阻導(dǎo)致引線短路以及調(diào)壓時(shí)出現(xiàn)滑檔等情況。另外還有滲油的情況，滲油是切換開關(guān)中變壓器油滲到變壓器本體里，而引起本體油色譜發(fā)生了異常。

3.5 變壓器繞組變形

發(fā)生變壓器繞組變形的主要原因，是由于在繞組的運(yùn)輸過程中不注意或是沒有采取良好的安全措施，而導(dǎo)致繞組發(fā)生了變形和位置的移動(dòng)。變壓器的繞組變形或是散架，都會(huì)引起出口的短路與抗拒短路的能力比較差，其抗拒短路的能力較低，會(huì)導(dǎo)致變壓器的嚴(yán)重?zé)龤Щ蚴菗p壞。

3.6 電容套管故障

電容套管故障主要是是因?yàn)殡娙萜鞯倪M(jìn)水受潮和油品的介質(zhì)損耗或是整體性的介質(zhì)損耗，其制造的質(zhì)量也相對(duì)較差以至于內(nèi)部存在嚴(yán)重的局部放電等原因。電容套管故障是變壓器在正常運(yùn)行的過程中，由于接觸到不良的環(huán)境，而造成套管的絕緣材質(zhì)與絕緣紙的嚴(yán)重?fù)p壞等情況的發(fā)生。

4 變壓器運(yùn)行狀態(tài)的測試與檢測方法

4.1 直流電阻的測試

相較于其他系統(tǒng)的測試，其直流電阻的測試辦法相對(duì)較簡單，其直流電阻的優(yōu)點(diǎn)在于可以更加直觀簡明的檢查繞組、引線及調(diào)壓開關(guān)等導(dǎo)電的回路是否正常運(yùn)行。與此同時(shí)，直流電阻還可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)繞組的焊接質(zhì)量是否合格以及引線接頭和調(diào)壓觸頭的連接是否可以正常運(yùn)行等。

4.2 油色譜分析

油色譜分析的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)變壓器內(nèi)部的熱量是否存在過量的情況進(jìn)行判斷，并對(duì)內(nèi)部嚴(yán)重的放電情況以及電弧放電產(chǎn)生的故障等作出及時(shí)的判斷。油色譜分析是分析判斷變壓器發(fā)生故障的重要方法之一。

4.3 絕緣性能的測試

絕緣性能的測試主要是通過絕緣電阻、吸收的比率、極化的指數(shù)、介質(zhì)的損壞、電容量等物質(zhì)的測試，便可以掌握變壓器絕緣性能的水平以及鐵芯對(duì)絕緣體的影響。與此同時(shí)，其介質(zhì)的損壞程度與油簡化的試驗(yàn)都可以反應(yīng)出絕緣材質(zhì)的質(zhì)量水平。

4.4 繞組變形的測試與局部放電的測試

目前，局部放電是變壓器發(fā)生故障的重要因素之一，而隨著局部放電的測試技術(shù)日益發(fā)展，，其方法的多樣性也日益增加，其中包括離線測量、在線監(jiān)測、以超聲波為基礎(chǔ)的測試原理以及利用紅外線對(duì)局部放電進(jìn)行測量等多種方法。但由于現(xiàn)如今的局部放電測量技術(shù)還未發(fā)展成熟，所以在很大程度上還應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)。而對(duì)變壓器的故障發(fā)生后進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其繞組變形是導(dǎo)致故障發(fā)生的最直接因素之一。變壓器的繞組變形如若在檢查過程中并未發(fā)現(xiàn)，并仍用于變壓器的運(yùn)行中，也會(huì)導(dǎo)致變壓器故障與事故的發(fā)生，影響不嚴(yán)重的情況下只是造成停電，影響較為嚴(yán)重的情況下會(huì)造成繞組的燒毀和線圈的燒毀。

5 分析診斷變壓器故障的技術(shù)

5.1 三比值法

三比值法是變壓器在正常運(yùn)行下最重要的診斷方法。其三比值法的工作材料是利用氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙烴等氣體進(jìn)行檢測，并且利用這五種氣體的合理比例來對(duì)變壓器內(nèi)部故障的診斷。三比值法的優(yōu)點(diǎn)在于其檢測出來的數(shù)據(jù)較為簡單明了，并且分類也較為詳細(xì)，更加便于操作人員的實(shí)際操作，但同時(shí)，三比值法也存在了一定的缺陷，例如編碼缺損與邊界處理絕對(duì)等問題。而經(jīng)過相關(guān)的測試，其三比值法的測試結(jié)果，其準(zhǔn)確率只有百分之六十左右。

5.2 特征氣體分析判斷法

特征氣體分析判斷法在很大程度上可以反映促使絕緣材質(zhì)分解的故障電熱源的事物本質(zhì)。與此同時(shí)，絕緣材質(zhì)的不同，其故障點(diǎn)產(chǎn)生氣體的特征也不相同。在絕緣紙的熱分解過程中，其主要的特點(diǎn)是故障點(diǎn)的局部能量與碳?xì)浠衔飪烧咧g形成正比例，前者密度越高，其后者的不飽和度就越高，而從相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，故障點(diǎn)溫度與乙烯和乙烷的比例呈正方向發(fā)展，而故障點(diǎn)溫度與甲烷比例為反比。特征氣體分析判斷法的優(yōu)點(diǎn)在于促使故障的判斷更加直觀、方便與簡單。相對(duì)其他的故障診斷方法，特征氣體分析判斷法一般不考慮比值方法，并且其方法在實(shí)際的使用中，應(yīng)當(dāng)與其他方法有效的結(jié)合。

5.3 大衛(wèi)比值法

大衛(wèi)比值法相對(duì)于比值法，其優(yōu)點(diǎn)在于保留了一些不完整的比值限值和無法比值的數(shù)據(jù)。大衛(wèi)三角形比值法的工作原理是比值點(diǎn)落在某個(gè)區(qū)域內(nèi)，那么該區(qū)域所對(duì)應(yīng)的故障類型就是比值對(duì)應(yīng)的故障類型。但是當(dāng)比值點(diǎn)處在故障區(qū)域的中間位置或是邊界線，大衛(wèi)比值法就無法正確的反應(yīng)故障的原因。

5.4 智能方法

智能方法主要有兩個(gè)具體方法，其中包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、范例推理法等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的工作原理是在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上利用變壓器油中色譜分析方法，對(duì)故障做出準(zhǔn)確的診斷，但由于輸入輸出關(guān)系的復(fù)雜性，使其網(wǎng)絡(luò)性也逐漸下降。范例推理法是一種較為簡單的鄰搜法，并可以在大范圍內(nèi)進(jìn)行問題的搜索，現(xiàn)如今的范例推理法大多數(shù)是以歐氏距離為基礎(chǔ)而進(jìn)行的范例搜索。

6 結(jié)語

變壓器在電力運(yùn)行系統(tǒng)中，是最關(guān)鍵與重要的電氣設(shè)備之一，其對(duì)電壓的變換、電能分配與轉(zhuǎn)移有著重要的地位，并且變壓器的良好運(yùn)行也是維護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、可靠運(yùn)行、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素和重要的保障。因此，研究有效并及時(shí)的診斷變壓器的故障方法，是現(xiàn)如今首要解決的關(guān)鍵問題。

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