電力系統常用變壓器故障檢測方法

于鴻潔

摘 要：北京電網近年的運行經驗表明，嚴重的變壓器事故往往造成用戶的大面積停電、設備的嚴重損壞，其造成的直接經濟損失往往達數百萬元甚至數千萬元，間接經濟損失更是不可估量。因而，保證變壓器的安全可靠運行將直接影響電網安全，對國民經濟的發展具有重要意義。該文通過對北京市電力公司多年運行經驗及具有代表性的變壓器故障檢測方法進行了詳細的分析，提出了變壓器故障診斷的常用方法及標準，并根據變壓器的常見故障及常見事故，提出了對應的故障檢測方法。

關鍵詞：電力系統 變壓器故障 檢測方法 電氣試驗

中圖分類號：TN14 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0070-02

1 電氣試驗

1.1 絕緣類試驗

變壓器絕緣類試驗項目主要包括繞組絕緣、鐵心絕緣、直流泄漏、繞組及套管介損、工頻耐壓、感應耐壓、局部放電試驗。

繞組絕緣電阻試驗，是用兆歐表搖測各繞組間、繞組對地之間的絕緣電阻值，分別記錄15S、60S、600S（需測極化指數時）絕緣電阻值，并計算吸收比、極化指數；根據絕緣電阻值與歷次試驗值、出廠值的比較，判斷變壓器整體絕緣變化情況；通過該試驗可以發現變壓器整體受潮缺陷及絕緣老化狀況，但對變壓器局部絕緣缺陷的診斷沒有太大意義。繞組直流泄漏電流的測試工作與繞組絕緣電阻試驗的原理基本一致，只是提高了試驗電壓，對檢查套管等外絕緣狀況具有一定作用。繞組介損試驗可對變壓器整體絕緣缺陷的發現比較有效，同時，對貫穿性局部缺陷也比較靈敏。套管介損試驗的主要目的是檢查套管的絕緣狀況。

工頻耐壓、感應耐壓均屬于考核變壓器絕緣水平的試驗，工頻耐壓主要考核變壓器主絕緣水平（即變壓器繞組線端對地、繞組間）的試驗方法；而感應耐壓試驗主要考核變壓器線圈匝間絕緣水平，同時，對于分級絕緣變壓器，該試驗同樣可考核變壓器線端對地及不同繞組之間的絕緣水平。工頻耐壓、感應耐壓試驗屬于破壞性試驗，一般僅在變壓器出廠、安裝或大修后進行，對于運行中變壓器，很少使用該手段對變壓器絕緣狀況進行檢測。

變壓器局部放電試驗在國外是20世紀60年代才開始進行研究的一種試驗方法，國內對該項試驗的研究起步較晚，變壓器廠家對該試驗的研究、實施開始于20世紀80年代，應用于現場起步于80年代中期，而真正推廣使用是在20世紀90年代。現在，變壓器局部放電試驗已成為考核變壓器制造、安裝、大修水平的一項重要指標，因而，現在所有電力公司在220 kV及以上變壓器在安裝、大修后均要求進行該試驗。同樣，當懷疑運行的變壓器存在放電性缺陷時，可通過該項試驗檢測其放電水平，在進行該項試驗同時配合進行局部放電定位工作。目前，局部放電定位技術主要是通過超聲波技術、結合放電的電信號進行的，國內各知名研究機構、大專院校對此技術都有深入研究，但到目前為止，尚沒有技術完全過硬的產品，原因在于定位的結果往往與變壓器結構有很大關系；國外，類似的技術、設備也很多，瑞典ABB公司制造過超聲波定位設備，其定位精度較高，但該設備只提供給ABB自己的變壓器制造工廠使用。北京市電力公司曾邀請ABB在中國的合資企業合肥ABB公司在現場對變壓器局部放電進行定位，效果較好。

1.2 變壓器特性試驗

變壓器特性試驗主要包括變壓器直流電阻、匝數比（變比）、變壓器空載、負載試驗。

變壓器直流電阻試驗主要是檢查變壓器導電回路是否存在缺陷，它特別對變壓器線圈接頭、變壓器開關觸頭接觸情況等的檢查具有較好效果。根據北京市電力公司近幾年的工作經驗，國家標準等一些行業標準對于變壓器直流電阻的要求偏松，不利于對缺陷的早期診斷。直流電阻試驗已成為變壓器檢測的一種常用，同時也是非常重要的一個手段。

測量匝數比的目的是（1）檢查繞組匝數是否正確；（2）檢查分接開關狀況；（3）檢查繞組有無匝間金屬性短路，匝數比主要用于大修、安裝后的檢測中。

變壓器空載、負載試驗主要是測試變壓器的空載、負載參數，因而該試驗主要作為出廠試驗項目，一般在現場不進行該試驗；但在懷疑鐵心故障或繞組匝間故障或繞組存在變形時，可進行該項試驗。

2 油務化驗

油務化驗目前主要包括油質化驗、油中氣體色譜分析，油質化驗主要是化驗油的電氣、物理性能，如擊穿電壓、含水量、酸值、PH值、閃點、介損、界面張力等項目，這些項目對檢測油的電氣性能具有重要意義，因此，油質化驗是變壓器預防性檢測的重要項目。

絕緣油在熱和電的作用下，分解出氫氣、一氧化碳、二氧化碳、以及多種小分子烴類氣體，設備內部故障的類型及嚴重程度與這些氣體分子的組成及產氣速率有著密切關系。目前油中氣體色譜分析就是利用這一關系判斷設備內部故障和監視設備的運行，已成為充油電氣設備安全運行不可缺少的手段。

3 變壓器頻率響應試驗

變壓器頻率響應試驗主要是測試變壓器繞組變形情況，該方法的研究開始于20世紀90年代，華北電力研究院在華北地區較早推出了這一方法，北京市電力公司在變壓器頻率響應試驗方面開展了大量工作，積累了判斷試驗結果的一些方法。該試驗主要是對變壓器線圈在10 kHz～1000 kHz的頻率范圍內施加正弦電壓信號，測量繞組在各頻率下的響應，由計算機繪制成繞組的頻率響應曲線（以下簡稱頻響曲線）。比較同電壓等級的不同相間、或者同繞組歷次的頻響曲線，可以定性地判斷變壓器繞組的變形狀況。

現在，該試驗已成為眾多電力公司在變壓器遭受短路沖擊或過電壓沖擊后判斷變壓器健康狀況的一個重要手段。根據變壓器繞組的分布參數電路分析，變壓器在高頻激勵下，其固有頻率很豐富，不容易確定，所以國內學術界對變壓器繞組變形試驗技術在認識方面還存在分歧。但是變壓器在制造完畢以后，如果繞組未發生變形，其在高頻信號激勵下的轉移參數是不會改變的（該測量系統采用的是電壓轉移比）。根據我們191臺變壓器繞組變形試驗的結果分析，確信這項技術基本能夠滿足運行單位對繞組變形分析的要求：它對變形的反應程度既不過分敏感，又能明確地體現出繞組的明顯變形。比較困難的是如何正確地試驗和分析。北京市電力公司使用的是由華北電科院研制的FRA-1型繞組變形儀器。現場試驗時測試系統所受的干擾因素難以把握、試驗時間比較緊張、繞組變形的具體情況也相當復雜，所以試驗和分析判斷很不容易。endprint

目前，變壓器繞組變形試驗多用于研究單位，大量采用這項技術，該局是國內進行最早、試驗次數最多和經驗較為豐富的生產運行單位之一，現就該研究者理解的變形試驗的用途進行例證。

（1）發現變壓器變形，并指導檢修。

例1，原田村1#變變壓器型式：SFSZ9-50000/110；額定電壓110/36.6/10.5 kV；阻抗電壓：（高-中）9.95%；（高-低）17.9%；（中-低）6.89%，由沈陽變壓器廠制造，1997年10月出廠；1998年11月投運。

2002年1月6日110 kV田村變電站35 kV出線田水-32線路電纜終端三相短路，造成該變電站101、301、201開關掉閘，1#變壓器停運。修試處對1#主變做絕緣試驗、油色譜分析化驗均未發現問題，但是通過線圈變形試驗發現中壓線圈及低壓線圈有較嚴重的變形。1月21日變壓器經過短時間的運行后退出，2月6日該變壓器在修試處吊罩解體檢查時發現中壓Am相、Bm相線圈各有兩處沿整個線圈的高度發生嚴重的徑向凸起變形，低壓a相、b相線圈也受中壓線圈擠壓造成輕微變形，變形線圈上端部層壓木板開裂起層。

例2，特鋼變電站110 kV原1#變壓器，長春變壓器廠92年產品，型號SFS7-50000/110，97年10月35 kV側出口短路、長時間過流（約1 min）后試驗表明35 kV側繞組Bm相嚴重變形，相間差分別為：Ea-b=6.2，Eb-c=5.9，Ea-c=3.4。吊罩發現中壓三相線圈尤其是Bm相嚴重燒損。返廠大修換線圈后中壓側恢復正常，結果分別為：Ea-b=1.7，Eb-c=1.4，Ea-c=2.5。

例3，北土城變電站110 kV原1#變壓器，瑞典89年產品，型號TORF183-108-165，98年7月低壓側因10kV出線某開關柜爆炸，引起出口短路。變形試驗表明低壓三相線圈發生明顯變形，結果分別為：Eab-bc=5.7，Eab-ac=4.4，Ebc-ac=5.2。返廠大修時發現高壓三相調壓線圈已經脫落，低壓三相繞組完全變形。

（2）現輕微變形后，可通過變壓器運行方式的改變，使其安全地暫時運行。

特鋼南站110 kV原2#變壓器，沈陽變壓器廠87年產品，型號SFS-31500/110，97年10月準備投運以前試驗，發現三側繞組以A相線圈（尤其是中壓側）為中心發生變形，中壓側頻響曲線相間差分別為：Ea-b=7.0，Eb-c=3.2，Ea-c=7.0。現在中壓側未帶負荷運行，等合適機會檢修。

（3）特殊情況下需緊急決策時，通過變形試驗分析繞組狀況，有很大作用。

突發事故后和多年惡劣環境下運行的變壓器繞組是否基本無變形，在運行單位的決策中很重要。呂村站原2#變壓器、懷柔站原1#變壓器（均為220kV等級），先后在運行中發生罕見的套管爆炸事故，最后就是根據繞組未發生變形和局部放電合格這兩個主要技術指標，決定立即投運的。

（4）不同廠家、型號和電壓等級的變壓器變形試驗結果進行比較和歸納，

通過比較和歸納，一定程度上可以發現變壓器繞組的結構是否穩定，從而對變壓器的質量進行評價。例如某些變壓器廠家的所有產品變形曲線相間吻合性一直很好；而某些變壓器廠家相對就差一些。這個結論基本符合大家對這些廠家產品的一貫評價。

4 在線檢測

上面所述電氣試驗、油務化驗均為離線、周期性的檢測項目，不能及時發現設備缺陷；在線檢測的目的主要就是為了達到對設備的實時檢測。就北京市電力公司在線檢測應用的現狀來看，在線檢測技術在近年雖有所發展，但還不能滿足實用的水平，故在此不加詳述。

綜上所述，加強變壓器故障的檢測對保證變壓器的安全運行具有重要意義，雖然現有的檢測手段不能對所有的故障都有效，但只要充分運用這些手段仍能夠發現大部分的潛伏性故障。對于突發性缺陷及外部事故造成變壓器故障，關鍵在于應用合適的檢測手段，能夠及時判明變壓器故障受損情況，為變壓器及時修復提供依據。通過該文的論述，我們可以得出以下結論。

（1）變壓器檢測數據出現異常時，對異常數據應仔細分析，不應只考慮按規程是否超標，以免喪失及時發現變壓器潛伏性故障的機會。

（2）對變壓器的檢測應打破專業界限，綜合分析各類檢測手段得來的數據。

（3）該文提出的幾項分析手段對于分析變壓器在故障后、事故后的受損情況具有實用價值，各項手段要綜合起來使用，方能得出正確的結論。

隨著技術的發展，變壓器檢測手段不斷增加，今后，對于變壓器故障的檢測必然會朝著在線檢測的方向發展，作為變壓器運行維護部門應加大在線檢測技術的研究及現場使用的投入。

參考文獻

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