技術解析 | 電力變壓器故障分析及診斷技術研究
2022年1月26日 15:08瀏覽：2653
變壓器是電力系統中的重要設備之一，其運行狀態的好壞直接決定了電力系統的安全性與穩定性，但是由于電力變壓器長期處于運行狀態下，因為老化、外力破壞等因素，產生故障是不可避免的。電力變壓器的故障機理以及故障原因十分復雜，對故障診斷工作帶來了極大的困難。對于電力變壓器進行故障分析和診斷，能夠幫助檢修人員更快地找到潛在隱患，及時采取相應措施，避免大型故障的產生，從而有效提升配電網的供電率。
繞組故障：指的是各個繞組之間存在短路，繞組線匝之間發生匝間短路。
套管故障：指的是絕緣套管出現閃絡或者因為破損而產生接地短路。
按照嚴重程度，可以把熱性故障劃分為輕度過熱、低溫過熱、中溫過熱以及高溫過熱這四類現象。過熱故障常常會釋放H2、CH4、C2H4、C2H2 等氣體，其中CH4 和C2H4 為主要氣體。如果過熱故障與絕緣材料存在關聯，則會釋放出大量CO 和CO2。
根據回路進行劃分一般說來主要包含了電路故障、磁路故障以及油路故障三種，對于這三種故障，有的可能反映的是熱故障，有的屬于電故障，有的則可能同時具備兩種故障的特征。
按照相關規范中的要求，電力變壓器油中溶解氣體的注意值和正常極限值如表1 所示，將油中特定溶解氣體具體測定值與表中的數據進行對比可以判斷變壓器內部是否存在故障，同時還可以按照總烴產氣的速率來作出判斷。
當診斷出電力變壓器是否存在故障之后，就應該對其故障類型作出定位，一般選擇DGA 來作初步分析。按照油中溶解氣體的具體特征能夠幫助我們判定變壓器故障部分周圍的變化情況，故障區域產生的烴類氣體與故障部位能量密度的大小緊密聯系，變壓器故障一般定性分析詳細情況如表2 所示。
鑒定了變壓器故障性質與故障類型之后，還應該對其故障的內在特性進行分析，對故障產生不同的溫度變化作出預測，得到故障部位產生氣體的主要成分比值，同時找出其中各個因素之間的關系，這里通常來說使用的是三比值法，按照表3 中所列出的五種氣體比值范圍，就可以對變壓器故障性能進行較為準確的判斷，能夠在很大程度上幫助分析及處理變壓器故障[2]。
隨著現代光電技術的飛速發展，變壓器紅外診斷技術得到了非常普遍的應用，變壓器紅外診斷技術指的是利用紅外線原理，通過專業的儀器對電力變壓器內部實施紅外探測，之后再結合探測結果進行相關分析，從而對變壓器故障進行準確的判斷。根據測試得出的紅外波長能夠對變壓器故障部位的溫度進行判斷，表4 中詳細列出了紅外線波長與物體溫度之間的關系。
紅外診斷技術包含了溫差判斷法、相對溫差法和圖像特征分析法等，通常情況下紅外診斷技術都是應用于變壓器熱故障中，一般分為外部與內部兩種情況的熱故障。
其一是外部熱故障，這一故障部位常常暴露于設備之外，可以直接觀察到，主要包含：因為外部接頭接觸不良產生的故障、絕緣層被損壞、老化等性能下降引發的故障、漏磁造成的渦流以及冷卻系統問題等造成的熱故障。上述故障都能夠通過紅外熱成像來進行判斷同時可以準確找到故障發生區域。其二是內部熱故障，這種類型的故障常見于變壓器內部，紅外診斷技術即使能夠利用熱成像來對故障區域進行初步的判斷，但是要準確的找到其發生部位還存在一定的困難。變壓器內部熱故障通常來說在線圈、開關或者一些電路元件中產生，發生過熱問題之后非常容易擴散到其他部件上，對變壓器的其他部分產生不良影響。因為變壓器結構相對復雜，在得到熱成像之后還必須要同時進行其他檢測試驗來進行分析，才能夠準確的找出故障發生部位和故障類型。
在變壓器可能存在的眾多故障類型中，短路故障占據了其中的很大部分，短路故障發生之后對變壓器造成的損壞非常之大，甚至還會直接燒毀變壓器，導致較大的經濟損失。繞組變形是引發短路故障的一個主要因素，所謂繞組變形即是當繞組受力以后，軸向與輻向發生了結構上的變化，這樣的變化無法逆轉。繞組變形在一定程度上對變壓器結構產生了改變，對其絕緣性能也有非常大的影響，屬于一種危險的潛伏故障。可以采取繞組變形測試法來掌握變壓器內部繞組變形的具體狀況。
第一是短路阻抗法，在較低電流環境下測量變壓器的單相工頻短路阻抗，將變壓器在不同時間段的短路阻抗進行分析對比，結合其變化規律來作出最終判斷。
第二是低壓脈沖法，指的是在變壓器繞組的一端給予標準脈沖信號，同時對這一端子和其他端子的電壓信號進行記錄，之后將時域內的激勵與響應作出對比分析，便能夠對繞組變形狀態進行判斷[3]。
在上文中所論述的是現階段經常使用的浸式變壓器，在對其進行故障分析和診斷的過程中，還能夠根據其溫度變化、油液氣味的變化來進行檢查，從而能夠第一時間發現并解決問題。
第一是根據其溫度變化進行診斷，在電力變壓器的實際運行時一般都帶有發熱現象，當存在短路故障時，其發熱量就會急劇上升，直接體現在溫度的提升上，所以在進行故障診斷時，除了要利用聲音進行分析，也能夠站在溫度的角度進行判定[4]。變壓器故障發生率最高的往往是絕緣層老化破損的部位，為了最大限度的確保電力變壓器運行的穩定性，必須要對其溫度變化進行仔細檢查。為了實現這個目標，可以在變壓器內部插入一支溫度計來獲得實時讀取溫度的速度，并進行自我檢測、如果油溫出現異常現象，則必須第一時間停止任何操作，同時檢查是否是因為繞組短路而引起的，另外還要查看變壓器冷卻系統的工作狀態，進而讓其快速降溫。
第二是電力變壓器內部油液氣味發生變化，在變壓器穩定運行時常常會產生如同銅與鐵灼燒之后的氣味，如果其中存在其他不明氣味，現場作業人員以及管理人員必須要對變壓器展開深入調查，以盡快發現故障原因。因為故障發生之后，防爆管的防爆膜開始破碎，空氣中的水分子進入油箱內部，導致絕緣油發生改變。
不僅可以利用上文中闡述的幾種方法對變壓器的故障進行判定，另外也可以結合電力變壓器的油位變化和釋放氣體等途徑來作出分析。
近年來，電力變壓器故障時常發生，尤其是在一些雷雨頻發的地區，要針對變壓器故障進行提前分析和診斷，通過科學有效的措施來避免故障甚至大型事故的發生，確保電網的安全穩定運行。
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