電氣試驗在變壓器故障分析中的應(yīng)用探究

陳星水

（杭州電力設(shè)備制造有限公司，浙江 杭州 310020）

隨著新時期的發(fā)展，人們對電能的需求量不斷增加。隨著電網(wǎng)的持續(xù)高負荷、滿負荷運轉(zhuǎn)，相應(yīng)的供電設(shè)備和裝置發(fā)生故障的頻率也相應(yīng)地增加。變壓器是電網(wǎng)中的一個重要部件，它直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。通常，變壓器發(fā)生故障的概率是比較低的。但是，如果在同一時間內(nèi)，多個變壓器發(fā)生故障，將會造成重大的電力事故。尤其是在不能迅速處置的情況下，造成的危害會更加嚴重，因此要加強對變壓器的技術(shù)管理，并嚴格、科學地進行維修。由于變壓器是電網(wǎng)運行中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果不能及時地處理其設(shè)備故障，將會對整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生很大的負面作用，所以在工作中要嚴格地執(zhí)行操作規(guī)定，提高保障維修能力，這樣才能更好地提高電力設(shè)備運行的安全系數(shù)，避免因為設(shè)備故障率過高而影響到正常的供電。

1 變壓器故障原因探究

變壓器產(chǎn)生一般故障有以下幾種。

1.1 繞組故障

當變壓器工作時，因電流短路，往往會造成繞組承受較大的非正常電功率，從而引起繞組的溫度迅速升高，降低線圈的強度，造成繞組失效。本文對近年來有關(guān)線圈失效的原因進行了分析，發(fā)現(xiàn)由短路引起的繞組失效是引起線圈變形的重要原因，而現(xiàn)有的供電和管理體系，只能進行脫機檢查，從某種意義上來說，它的靈敏度和精度都很差，給以后的工作和系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全工作造成了困難。本文采用頻譜和短路電阻法對繞組線進行了胸部掃描，發(fā)現(xiàn)變形范圍越窄，對其絕緣部位的損傷越大，對其消融成分的分析也就越正常，但在某種程度上，它的測量精度并不能得到很好的保障。

1.2 鐵芯故障

在電力設(shè)備的運轉(zhuǎn)中，隨著磁場的改變，硅鋼板的長度會隨著時間的變化而發(fā)生周期性的振動。當芯型參數(shù)增大時，會導致振蕩的頻率增大，從而導致電磁波的錯誤。在通常情況下，鐵芯的振蕩頻率是100赫茲，并加入了一個較高的高頻，使得它的振蕩信號呈正弦形，以保證其工作狀態(tài)。在變壓器運行時，應(yīng)使鐵芯達到可靠的接地狀態(tài)，防止出現(xiàn)懸空電勢和連續(xù)放電現(xiàn)象。如果接點超過2 個點，則因硅鋼板間的電流不均勻而形成環(huán)形電流，引起接地加熱，與可燃性氣體發(fā)生接觸，很容易發(fā)生放電和碳化。綜合來看，發(fā)生鐵芯失效的原因有四個：一是它的絕緣材料有破損和潮濕。二是由于變壓器上有油污，使得其絕緣特性更加惡化。三是外殼部分部件脫落，導致硅鋼板部分短路。四是由于鐵芯的絕緣涂層脫落等因素，使其在大氣中暴露，由此造成了鐵芯故障。

2 變壓器電氣試驗的原理以及相關(guān)方法

從國內(nèi)的發(fā)展來看，電氣測試是一項很有意義的技術(shù)，它可以有效對變壓器的各種故障問題進行有效的分析和診斷，并根據(jù)具體的情況，科學地設(shè)計出相應(yīng)的解決方法，并且在以后工作過程中增強故障隱患排查能力，從而降低故障率，確保其安全穩(wěn)定運行。絕緣測試的目的是測試絕緣體的絕緣性能，例如線圈的主絕緣、接地絕緣和垂直絕緣，以及交流耐壓測試。在進行電氣測試的過程中，可以將測試結(jié)果與工廠的數(shù)據(jù)和往年的數(shù)據(jù)進行比較，這樣可以確保在以后的工作中對數(shù)據(jù)進行科學的運用，并且在分析的過程中，工作效率也會得到顯著提高。

2.1 故障診斷的標準化

隨著技術(shù)的進步，電力系統(tǒng)的故障檢測技術(shù)也得到了進一步的發(fā)展。但是，目前國內(nèi)外對故障進行的診斷方法不盡一致，目前還沒有一個標準化的方法。通過對離線故障進行在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其與以往的離線故障數(shù)據(jù)存在一定的差異。由于環(huán)境溫度、風噪、雨水環(huán)境等多種因素的影響，使得實測的結(jié)果具有很大的偏差。

2.2 繞組故障

在變壓器中發(fā)現(xiàn)了線圈和磁芯的問題，多數(shù)線圈失效時功能失效，需要進行維修。由于線圈的輻射和熱輻射的故障，導致了變壓器的局部絕緣故障，從而使整個變壓器的負載增加，同時由于管路的堵塞，也會對線圈的運行造成一定的不利影響。由于變壓器的結(jié)構(gòu)上的問題，造成了電磁干擾。如果長期不進行維修，會導致線圈在工作過程中溫度上升，帶來較大的安全隱患。

2.3 絕緣套管故障

變壓器的絕緣套管失效取決于其出現(xiàn)的部位。在使用時，用隔離套對變壓器的輸出端起到防護作用，從而對線路進行防護。大部分的絕緣套管失效都是因為外層的絕緣套管破裂，從而導致高、低兩組導線短路或?qū)Ь€穿過變壓器的外殼，使絕緣套管失效，進而導致變壓器失效。在保溫設(shè)計中，由于不正確的隔熱結(jié)構(gòu)，會導致套管溫度升高，套管開裂，從而對設(shè)備的使用安全性產(chǎn)生不利的作用。在安裝調(diào)試和維護過程中，由于人為的原因，導致了套管的內(nèi)部積存了大量的油和灰塵，使變壓器長期處于污染的環(huán)境中，從而增大了變壓器的失效概率。

3 電氣試驗在變壓器故障處理當中的應(yīng)用策略

3.1 變壓器油的試驗

為了保證變壓器的絕熱和隔熱性能，從而確保其穩(wěn)定安全運行，在正式投產(chǎn)前，應(yīng)對其進行抽油采樣，并進行油層分析，確保所有測試數(shù)值均符合要求后，方可投入使用。在投入使用后一個多月，根據(jù)電控程序?qū)υ蜆悠愤M行追蹤和檢測，并對其進行碳氫化合物的含量進行檢測，以保證其工作的穩(wěn)定、可靠。

在變壓器工作狀態(tài)下，變壓器油是一種具有優(yōu)良絕緣特性的礦物油，它可以在變壓器線圈和線圈之間起到隔離的作用，從而減少變壓器在使用中出現(xiàn)的問題，提高變壓器的絕緣能力。在超載使用時，要密切關(guān)注輸油速率和碳氫化合物濃度的動態(tài)，特別是當乙炔濃度超出規(guī)定范圍時，很容易出現(xiàn)電弧放電。電氣測試員要逐步熟悉測試的方法與原則，從色澤、溫點、閃點、微水含量、酸價、油介損、油耐壓、油相層析等方面進行測試。通過對變壓器油的測試，綜合各種測試結(jié)果，可以更精確地判定出設(shè)備的失效形式。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，目前已逐漸將石油在線監(jiān)控裝置引入變電所的主、電流變壓器中，以達到對電網(wǎng)進行即時監(jiān)控與預(yù)警的目的。

3.2 電氣試驗中直流電阻試驗

變壓器的直流電阻測試是電氣測試中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的主要任務(wù)是檢測線圈的品質(zhì)和線圈是否完好，從而找出由機器應(yīng)力造成的導線斷股、接觸不良和匝間短路等故障。通過對直流電阻進行測試，可以提高設(shè)備維修的質(zhì)量和工作效率。尤其是當有負載的分接開關(guān)發(fā)生短路和變壓器連接時，可以及時地檢測和正確的判定。當前較為成熟的直流電阻計可實現(xiàn)三相電阻計的同時檢測，極大地提高了工作速度。在測試之前，要對變壓器的工作范圍進行檢測，并將其上部的溫度進行登記，保證三相線圈均在斷開的情況下，測試儀表的接地線和導線符合規(guī)定，在配線時，要充分考慮到極性對測試結(jié)果的影響，保證接線鉗的接觸面可靠，接線者在進行測試時要與高壓樁保持一定距離，防止因瞬間的壓力而導致接線者從高空墜下。測試完畢后，按照規(guī)定進行放電，并按照規(guī)定進行三相不均衡速率的測算，并與實測資料進行比較。當發(fā)生三相電壓不均衡時，首先要對實驗儀表及實驗線路進行檢查，確認正確后，再進行有負載的分接頭幾次，然后進行實驗。[1]

如果測試結(jié)果仍不滿意，可以對有載分接開關(guān)進行重新操作，對分接開關(guān)的油缸進行清潔，并對其與變壓器線圈的接頭進行檢查，并用負載分接開關(guān)進行重新處置，以消除變壓器線圈和套管接頭的外部問題。如果測試結(jié)果仍不能滿足要求，則應(yīng)對主變電套進行吊裝，并對其進行絕緣測試。通過直流電阻測試，可以掌握變壓器的運行情況，從而提高設(shè)備的運行效率。

3.3 交流耐壓試驗的應(yīng)用

交流電壓測試是衡量儀器絕緣性能最直觀、最高效的方法，是一種具有破壞性的測試方法。測試的重點是新投入使用的變壓器和經(jīng)過檢修的變壓器，測試其主絕緣是否能夠承受過電壓，例如：過電壓、運行過電壓、內(nèi)部過電壓等。通常采用感應(yīng)耐壓方法對變壓器縱向絕緣進行絕緣強度評定。在進行電氣測試之前，必須對其進行絕緣電阻檢測，通過后方可進行測試。要保證不受測試線圈的短路，高壓電線和地面要有適當?shù)陌踩g距，測試之前要對測試線路進行測試，設(shè)定保護電壓，在加壓過程中要留意加壓速率，并要注意是否有煙霧或異常的放電聲音。如有下降電壓立刻進行減壓檢測，確認沒有問題后，重新加壓一分鐘后，在一分鐘內(nèi)釋放并重新進行絕緣電阻檢測。當前，對變壓器的抗壓測試多為串口共振，在測試中要特別留意測試頻次為工頻，測試之前還要對變壓器的高壓套管進行檢查，對已滿油的變壓器進行大檢修后，要在一定的時間內(nèi)進行測試。對變壓器的耐壓性失效，必須進入工廠進行追蹤分解，全面了解其內(nèi)部構(gòu)造及工作機理，對其原因進行審慎的分析。[2]

3.4 短路試驗操作

變壓器的短路測試通常是在變壓器出廠之前進行的，因為受測試環(huán)境的制約，在設(shè)備安裝后，通常僅進行低壓的短路測試。大容量的電力系統(tǒng)，其可靠度主要依賴于其構(gòu)造及生產(chǎn)技術(shù)，其次是通過性能測試來了解其工作狀態(tài)。在短路時，電流對電線的彎曲和拉伸性能有很大的影響。在設(shè)計時，必須考慮到其耐短路性能；在投入使用之前，必須進行一次短路測試。短路測試時，采用橫接合等長線路，由裝置的高電壓端上加載，短路測試可以檢測出短路電阻、短路阻抗和短路損失。[3]

這種測試可以反映線圈的變形和位移，同時也是判定線圈的變形程度的一種輔助測試手段。變壓器的短路測試技術(shù)一直在發(fā)展，尤其是對短路的判定技術(shù)進行了研究。另外，在出現(xiàn)短路事故時，要根據(jù)變壓器油色譜分析、繞組直流電阻和電容、繞組頻率特性等方面的測試，來判斷故障的本質(zhì)，并制定相應(yīng)的防治對策。[4]

3.5 繞組的頻響分析

針對線圈的檢測，采用線圈頻域響應(yīng)分析方法，根據(jù)線圈的掃描特性與原始數(shù)據(jù)的差別，可以較好地判斷出線圈的實際狀態(tài)。它的基本原理就是確定頻響曲線的波谷和波幅的變化。而繞組的畸變主要是由機械力、電動勢、短路電流等引起的變壓器的大小和外形改變。在實際應(yīng)用中，線圈的畸變直接關(guān)系到整個控制的穩(wěn)定。為了減少變壓器的損失，必須考慮到變壓器的實際工作狀況，對線圈的變形進行適當?shù)恼{(diào)整。當線圈的頻率響應(yīng)法被用于探測線圈的畸變時，可以使用正弦波掃描技術(shù)來進行辨識，它的工作原理是將掃描頻率的一頭導入到地面上，然后由另外一頭對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行實時的測量，再由傳輸功能進行運算。通常情況下，在頻率改變時，需要對其對應(yīng)的傳輸功能進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，將其視為幅度-頻率反應(yīng)，而對應(yīng)的相位改變叫做相頻，即相頻反應(yīng)，即線圈的頻率特性。利用同主變電壓水平三相繞組頻響曲線進行了橫向比較，結(jié)果表明：在實際使用時，無需測量主變的頻率響應(yīng)，而且可以檢測線圈的變形，使用起來更加迅速。然而，與之對應(yīng)的缺陷也相對突出，例如三相線圈容易發(fā)生形變，從而造成判斷困難。[5]

4 結(jié)語

總之，為了保障電力系統(tǒng)的正常運行，必須對其進行電氣測試，并對其進行故障原因進行分析，從而達到綜合防治的目的，針對特定的問題和部位采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，以保障其正常運行和穩(wěn)定運行，從而在某種意義上降低了變壓器發(fā)生事故的概率，保障了地區(qū)的電力供應(yīng)。對變壓器的失效原因進行了詳細的分析與解釋，并提出了相應(yīng)的規(guī)范，以保證資料的準確性。在進行故障檢測時，先將變壓器所提供的資料進行故障處理，再依據(jù)實測資料找出問題所在，并依據(jù)所掌握的相關(guān)知識及測試數(shù)據(jù)，提出解決辦法，盡量減少故障，延長變壓器和系統(tǒng)的使用年限。電氣測試技術(shù)是目前在電力設(shè)備日常檢修和故障檢修中普遍采用的一種方法。在進行電氣測試時，如果出現(xiàn)了一些問題，要根據(jù)現(xiàn)場的具體狀況，采取相應(yīng)的措施，提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性。電氣測試工作者要不斷提高自身的技術(shù)水平，加深對新技術(shù)的掌握了解和實際運用，并實行全過程、全系統(tǒng)的技術(shù)管理，以保障其在長時間的工作中能夠保持良好的狀態(tài)。