變壓器類電力設備的狀態監測與故障診斷

羅守根

[摘 要]：變壓器類電力設備的狀態監測與故障診斷技術的發展對于相關電力設備的安全、穩定、有效的運行是很有幫助的，這項技術已經經過了幾十年的發展，技術水平日趨成熟，這讓電力設備的運行狀態也得到了保障。然而，基于相關電力設備運行過程中的不確定性與無規律性，也給這項技術的發展留下障礙，本文將對這幾個方面展開具體探討。

[關鍵詞]：變壓器 電力設備 狀態監測 故障診斷

一、發展狀態監測和故障診斷技術的意義

變壓器的結構：信號溫度計、銘牌、吸濕器、儲油柜、油表、安全氣道、氣體繼電器、高壓套管、低壓套管、分接開關、油箱、鐵心、線圈、放油閥。變壓器最主要的用途是在輸電配電技術領域，電力系統中變壓器是容量最大的電氣設備。變壓器是利用電磁感應原理對交流電壓，交流電流等進行數值變換的一種常用電氣設備，它主要用于輸配電方面，稱為電力變壓器。除此之外，變壓器也被廣泛地用于電工測量，電焊，電子技術領域中。鐵心和繞組是變壓器最基本的組成部分，鐵心構成變壓器的磁路系統，一般均用0.35mm冷軋硅鋼片疊裝環繞組成變壓器的系統，繞組一般均用銅或鋁線制成，繞組套裝在鐵心上，鐵心與繞組之間必須有良好的絕緣。變壓器最新發展趨勢是采用鐵基，鈷基等晶臺材料代替硅鋼。

變壓器類電力設備已經被越來越多的應用到各個相關領域中，正是基于其使用的普遍性，維護好其運行性能是很有必要的。變壓器類電力設備的狀態監測及故障診斷已經越來越被人們重視，越來越多的部門和研發機構在嘗試開發出與之關聯的項目。只有做好電力設備的狀態監測與故障診斷，才能讓這些設備更好的發揮它的功效，安全可靠穩定的運行。

二、狀態監測和故障診斷技術的發展

輸配電系統中的變壓器一般均為三相電力變壓器，且結構型式目前主要為油浸式，它除了鐵心及繞組外還有油箱、變壓器油、散熱裝置及保護裝置等部分。在變電站中負載經常由兩臺或多臺三相電力變壓器并聯供電，其原因為：（1）變電站所供的負載一般來講總是在若干年內不斷發展不斷增加的，隨著負載的不斷增加可以相應的增加變壓器的臺數，這樣做可以減少建站安裝時的一次投入。（2）當變電站所供的負載有較大的晝夜變化或季節波動時，可以根據負載的變動情況，隨時調整投入并聯運行的變壓器臺數，以提高變壓器的運行效率。（3）當某臺變壓器要檢修時，可以切換下來，而用備用變壓器投入并聯運行以提高供電的可靠性。為了使變壓器能正常地投入并聯運行，各并聯運行的變壓器必須滿足以下條件：（1）一二次繞組電壓應相等，即變比應相等；（2）連接組別應相同；（3）短路阻抗應相等。注：有關變壓器的標準中規定，并聯運行的變壓器其短路電壓比誤差應控制在正負0.5%的范圍內。國家標準規定：并聯運行的變壓器其短路變壓比不應超過10%。投入并聯運行的各變壓器中，最大容量與最小容量之比不易超過三分之一。

變電器的狀態監測及故障診斷技術的研究最早始于西方工業發達的國家，因當時整體技術水平相對還較為落后，人們對于這項技術還沒有深刻而全面的認識，變電站的狀態監測與故障檢驗技術的發展一度受到阻礙。然而，隨著20世紀80年代到90年代間，計算機技術、傳感技術等高新科技的產生，這使得電力設備的狀態監測和故障診斷技術發生了突飛猛進的變化，很多發達國家，如美國、日本、德國，它們先后研發出了油中溶解氣體在線監測系統、泄露電流的在線監測系統等高新技術手段，這讓狀態監測和故障診斷技術有了很大提升。

三、變壓器的狀態監測和故障診斷

1）變壓器的日常維護

2）運行聲音是否正常；

3）油位、油色、油溫是否正常；

4）各處有無滲漏油現象；

5）干燥器硅膠是否該更換；

6）散熱器有無冷熱不勻現象；

7）金屬外殼接地線是否牢靠；

8）變壓器室門窗是否齊全、通風是否良好；

9）絕緣套管有無裂紋、放電痕跡及其他異常現象；防爆膜應完整無裂紋、無存油；

10）中性線端子有無過熱現象；

11）瓦斯繼電器是否動作；

12）控制、保護、檢測裝置是否正常，三相電壓是否平衡；

13）運行電流是否在額定范圍內。

四、變壓器的常見故障及處理方法

故障現象 可能原因 處理方法

聲音異常 過負荷 壓負荷或更換大容量變壓器

鐵芯緊固件松動 緊固

大容量設備起動時 限制起動電流

系統短路或接地 排除故障點

滲漏油 焊縫有裂紋 補焊

密封墊老化 更換

三相電壓

不平衡 密封墊壓力不正 將各處壓力調整均勻

三相負載不平衡 降低接地電阻值

繞組局部發生匝間或層間短路 停機檢查處理

正常負荷和正常冷卻方式下，變壓器油溫不斷升高 穿芯螺絲絕緣損壞 吊芯檢查

硅鋼片間絕緣破壞

繞組局部或層間短路

內部接點有故障

繼電保護動作 重瓦斯動作 停機檢查

過流跳閘 校驗整定值、了解負荷量

速斷跳閘 排除大電流故障點

電力變壓器是用來改變交流電壓大小的電氣設備，根據電磁感應原理，把某一等級的交流電壓變換成另一等級的交流電壓，以滿足不同負荷的需要，變壓器的電力系統、供配電系統中占有很重要的地位。因此，變壓器在運行中，值班人員應進行巡視檢查，了解和掌握變壓器的運行情況，發現問題及時解決，力爭把故障消除在萌芽狀態。

五、狀態監測和故障診斷技術存在的問題

基于變壓器類電力設備結構的復雜性，使得狀態監測和故障診斷技術仍然存在相應的問題。在變壓器的運行過程中，各項運行參數間并沒有必然的邏輯關系和連接，一旦產生故障，可能起因與很多不同的方面有關，有時多個故障又可能是由同一個原因造成的。這種運行過程中的不確定性和無規律性給變壓器的狀態監測和故障診斷技術帶來很大障礙，這也是阻礙這項技術發展的最主要原因。

結 語：變壓器類電力設備的狀態監測與故障診斷直接關系到設備運行的安全與穩定性，這項技術的發展對于相關電力設備的有效運行無疑是一個保障。然而，變壓器類電力設備本身的復雜性讓對其的檢查與診斷工作變的障礙重重。隨著現今計算機技術、傳感技術等高新技術的發展，這能夠很大程度為電力設備的監測與診斷技術提供更好的基礎，并且不斷推動這項技術的發展與革新。

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