關(guān)于電力變壓器的故障分析討論

摘要：變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。本文以電力變壓器的故障診斷為研究對(duì)象，主要探討了電力變壓器的故障分類(lèi)及規(guī)律，并介紹了電力變壓器故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)，然后基于模糊理論對(duì)電力變壓器的故障診斷方法進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：模糊理論；變壓器；故障診斷

前言

變壓器是電力系統(tǒng)中極其重要的電器沒(méi)備，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)能否安全、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。變壓器一旦故障，將造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐，也是電力網(wǎng)的核心元件，其可靠運(yùn)行不僅關(guān)系到廣大用戶的電能質(zhì)量，也關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全程度。變壓器運(yùn)行的正常直接影響用戶生產(chǎn)和生活用電，并關(guān)系到用電設(shè)備的安全。因此，探討研究電力變壓器的故障診斷方法對(duì)于電力系統(tǒng)安全性的提高來(lái)說(shuō)意義非凡。

一 電力變壓器的故障分析

變壓器的故障分析及處理方法是電工和電氣技術(shù)人員必須掌握的一門(mén)實(shí)用技術(shù)。熟悉而準(zhǔn)確地排除變壓器、電氣故障，是每個(gè)電氣工作人員必須具有的基本功。電力變壓器故障發(fā)生率的降低及電氣設(shè)備可靠性的增加等不僅取決于制造設(shè)備及安裝設(shè)備的質(zhì)量、水平，還取決于對(duì)設(shè)備實(shí)施檢修維護(hù)工作的必要性。在常見(jiàn)的變壓器故障類(lèi)型當(dāng)中，劃分方式有很多：通過(guò)回路可以劃分成為磁路、油路以及電路三個(gè)類(lèi)型；通過(guò)主體結(jié)構(gòu)可以劃分為鐵芯、油質(zhì)、繞組等類(lèi)型的故障；以變壓器本體為依據(jù)可以劃分為外部故障、內(nèi)部故障。比如：油浸式變壓器，出口的短路故障是故障發(fā)生率最高的區(qū)域，并且對(duì)于電力變壓器產(chǎn)生的影響也最大，同時(shí)也有油滲漏故障、變壓器油流帶點(diǎn)故障以及互動(dòng)保護(hù)故障等潛藏其中。

隨著時(shí)間的不斷變化，故障的發(fā)生率也可以大致劃分成為早期、偶然以及損耗三個(gè)階段的故障。電力變壓器設(shè)備在投入使用的最初三年時(shí)間里發(fā)生的故障就是早期故障，其發(fā)生率較高，且隨著時(shí)間的推移，這一幾率會(huì)逐漸降低。導(dǎo)致早期故障發(fā)生的主要原因是變壓器設(shè)備在設(shè)計(jì)制造方面存在缺陷，如設(shè)計(jì)不科學(xué)、使用材料未達(dá)標(biāo)、焊接裝配不當(dāng)、質(zhì)量檢驗(yàn)粗糙等。在早期故障之后，變壓器就進(jìn)入到有用壽命期，偶然故障隨之發(fā)生。該故障的特點(diǎn)是穩(wěn)定且發(fā)生率很低，由一些偶然的、隨機(jī)的因素造成，如突然變壓器的技術(shù)參數(shù)超越極限值、在偶然因素的激發(fā)下材料弱點(diǎn)得以凸顯、運(yùn)行環(huán)境突然被改變、操作失誤及維護(hù)不當(dāng)?shù)?。在電力變壓器的使用末期，損耗故障自然就產(chǎn)生了，且隨著時(shí)間的推移，其發(fā)生率將越來(lái)越大。損耗故障發(fā)生的主要因素是電力變壓器內(nèi)部發(fā)生化學(xué)變化、物理變化等，從而引起疲勞、老化、腐蝕、磨損、阻抗增大等。

二 電力變壓器故障的診斷技術(shù)

1 變壓器繞組變形故障的測(cè)試與診斷。電力網(wǎng)設(shè)備最核心的組成部分之一就是電力變壓器，所以其運(yùn)行的可靠程度將直接決定著電力系統(tǒng)的安全水平。但是，由于受到設(shè)計(jì)工藝及制造技術(shù)、維護(hù)水平等因素的限制，造成電力變壓器時(shí)常發(fā)生故障，尤其是近年來(lái)頻繁發(fā)生的電力變壓器短路故障，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全帶來(lái)嚴(yán)重的消極影響。一旦電力變壓器繞組而產(chǎn)生機(jī)械的局部變形之后，變壓器內(nèi)部的電容和電感等參數(shù)的分布必將發(fā)生改變。因此，我們應(yīng)當(dāng)科學(xué)使用一定的故障診斷測(cè)試技術(shù)、方法，對(duì)變壓器的每一個(gè)特定繞組參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并仔細(xì)分析比較測(cè)試的結(jié)果，致力于診斷出電力變壓器繞組的傾斜、扭曲、移位以及鼓包等各種變形現(xiàn)象。站在測(cè)試手段的角度，我們最常使用的電力變壓器故障診斷方法包括低壓脈沖法、阻抗法及頻率響應(yīng)分析法等。

2 變壓器紅外診斷技術(shù)。變壓器故障的紅外診斷技術(shù)具體是指針對(duì)正在運(yùn)行的變壓器實(shí)施非接觸性的無(wú)損檢測(cè)，并對(duì)溫度分布場(chǎng)實(shí)施大面積的掃描，以對(duì)局部缺陷完成定點(diǎn)測(cè)溫工作，準(zhǔn)確識(shí)別變壓器設(shè)備表面的溫差變化，通常是0.1-0.5℃。與此同時(shí)，紅外儀器將有機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，準(zhǔn)確處理電力變壓器設(shè)備出現(xiàn)的紅外熱像，從而針對(duì)故障數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)、分析、存儲(chǔ)及顯示等各種技術(shù)功能。紅外測(cè)溫診斷技術(shù)并不會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)電力變壓器設(shè)備的高壓強(qiáng)電場(chǎng)帶來(lái)的干擾，所以并不會(huì)對(duì)正常運(yùn)行電力變壓器造成不利影響。且紅外診斷技術(shù)能夠確保診斷儀器跟帶電部位維持在足夠程度的安全距離上，所以這一故障診斷技術(shù)十分安全，并擁有較高的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。紅外診斷技術(shù)最常使用的故障診斷方法有相對(duì)溫差法、溫度辨析法、歷史數(shù)據(jù)分析法以及同類(lèi)比較法等。

三 基于模糊理論的故障診斷

1模糊診斷的原理。較專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，模糊系統(tǒng)有很多相似之處，其組成部分主要包括模糊知識(shí)庫(kù)、模糊推理機(jī)以及人機(jī)界面等。模糊理論正在持續(xù)地發(fā)展和完善，它的一些優(yōu)點(diǎn)逐漸得到人們的重視，如模糊理論能夠適應(yīng)一些不確定的問(wèn)題；專家的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)模糊知識(shí)庫(kù)語(yǔ)言變量的使用進(jìn)行傳達(dá)，跟人們的表達(dá)習(xí)慣更加接近；一個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)模糊理論得到若干個(gè)可能的解決方案，并能夠以這些方案擁有的模糊程度實(shí)現(xiàn)優(yōu)先排序等。模糊理論在對(duì)不確定性的問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)主要有兩種方法，即基于模糊理論及基于概率理論。作為有效處理不確定性信息的工具之一，模糊數(shù)學(xué)將有助于提高診斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。而電力變壓器的故障診斷就是運(yùn)用有效的診斷方法搜索各種故障征兆，并針對(duì)這些征兆的產(chǎn)生原因進(jìn)行科學(xué)解釋。在電力變壓器的故障診斷過(guò)程中，很多不確定的因素是普遍存在的，并以模糊性、隨機(jī)性的形式呈現(xiàn)，客觀反映出故障的不確定性，具體表現(xiàn)為邊界的不確定性、人為主觀解釋的不確定性。由于這兩種不確定性的因素是同時(shí)存在的，因而電力變壓器現(xiàn)有的絕對(duì)化故障診斷規(guī)則并不能適應(yīng)這種不確定性，造成故障診斷始終存在誤判，無(wú)法對(duì)電力變壓器的潛在故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和分析。模糊診斷最基本的流程分為三個(gè)階段：將氣體溶解到油里面，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)施模糊化處理；針對(duì)模糊集上面存在的相似關(guān)系開(kāi)展計(jì)算工作；實(shí)施動(dòng)態(tài)分類(lèi)步驟，以找尋分類(lèi)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。

2故障診斷的分析。使用模糊故障診斷方法的目的在于判斷電力變壓器是否存在故障。如大型的油浸式變壓器，其故障診斷的單一依據(jù)是產(chǎn)氣率，它并不能對(duì)故障的發(fā)生作出全面的提示，而以往的故障診斷技術(shù)方法僅考慮了氣體的注意值，因此我們應(yīng)當(dāng)將產(chǎn)氣率納入到故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行考慮，綜合分析特征氣體及其產(chǎn)氣率，以盡量提升油浸式電力變壓器的故障診斷精度。故障的診斷和辨別主要是對(duì)電力變壓器產(chǎn)生故障的情況進(jìn)行判斷，并分析出故障發(fā)生的類(lèi)型。可以直接采用國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)判斷導(dǎo)則，但這一方法存在兩點(diǎn)局限：一是在劃分比值區(qū)間時(shí)太過(guò)絕對(duì)化，很容易造成誤判；二是故障的反映不全面，在診斷復(fù)合故障方面不具備足夠高的準(zhǔn)確度。針對(duì)這樣的局限，我們應(yīng)當(dāng)科學(xué)使用模糊診斷技術(shù)和方法，克服電力變壓器故障診斷存在的不足，從而大力提升診斷的準(zhǔn)確率。

四 結(jié)語(yǔ)

造成電力變壓器故障的原因有很多，人為因素、外界因素、變壓器自身因素等等，當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，檢修人員在判斷變壓器故障的過(guò)程中，要對(duì)故障進(jìn)行全面的分析，以便制定出最為合理科學(xué)的應(yīng)對(duì)方案，從而保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這就需要我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦胁粩噙M(jìn)行理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，爭(zhēng)取挖掘出更加科學(xué)、更加有效的電力變壓器故障診斷方法，以高電力企業(yè)健康發(fā)展的速度。

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作者簡(jiǎn)介：

楊懷東：男；漢；工程師中級(jí)職稱；本科；研究方向：電力、電力工程監(jiān)理；供職單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)甘肅電力變壓器廠。