關于電力變壓器的故障分析討論

摘要：變壓器（Transformer）是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（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象，主要探討了電力變壓器的故障分類及規律，并介紹了電力變壓器故障診斷的關鍵技術，然后基于模糊理論對電力變壓器的故障診斷方法進行分析。

關鍵詞：模糊理論；變壓器；故障診斷

前言

變壓器是電力系統中極其重要的電器沒備，它的安全運行直接關系到電網能否安全、高效、經濟地運行。變壓器一旦故障，將造成的經濟損失巨大。電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐，也是電力網的核心元件，其可靠運行不僅關系到廣大用戶的電能質量，也關系到整個系統的安全程度。變壓器運行的正常直接影響用戶生產和生活用電，并關系到用電設備的安全。因此，探討研究電力變壓器的故障診斷方法對于電力系統安全性的提高來說意義非凡。

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人員必須掌握的一門實用技術。熟悉而準確地排除變壓器、電氣故障，是每個電氣工作人員必須具有的基本功。電力變壓器故障發生率的降低及電氣設備可靠性的增加等不僅取決于制造設備及安裝設備的質量、水平，還取決于對設備實施檢修維護工作的必要性。在常見的變壓器故障類型當中，劃分方式有很多：通過回路可以劃分成為磁路、油路以及電路三個類型；通過主體結構可以劃分為鐵芯、油質、繞組等類型的故障；以變壓器本體為依據可以劃分為外部故障、內部故障。比如：油浸式變壓器，出口的短路故障是故障發生率最高的區域，并且對于電力變壓器產生的影響也最大，同時也有油滲漏故障、變壓器油流帶點故障以及互動保護故障等潛藏其中。

隨著時間的不斷變化，故障的發生率也可以大致劃分成為早期、偶然以及損耗三個階段的故障。電力變壓器設備在投入使用的最初三年時間里發生的故障就是早期故障，其發生率較高，且隨著時間的推移，這一幾率會逐漸降低。導致早期故障發生的主要原因是變壓器設備在設計制造方面存在缺陷，如設計不科學、使用材料未達標、焊接裝配不當、質量檢驗粗糙等。在早期故障之后，變壓器就進入到有用壽命期，偶然故障隨之發生。該故障的特點是穩定且發生率很低，由一些偶然的、隨機的因素造成，如突然變壓器的技術參數超越極限值、在偶然因素的激發下材料弱點得以凸顯、運行環境突然被改變、操作失誤及維護不當等。在電力變壓器的使用末期，損耗故障自然就產生了，且隨著時間的推移，其發生率將越來越大。損耗故障發生的主要因素是電力變壓器內部發生化學變化、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

1 變壓器繞組變形故障的測試與診斷。電力網設備最核心的組成部分之一就是電力變壓器，所以其運行的可靠程度將直接決定著電力系統的安全水平。但是，由于受到設計工藝及制造技術、維護水平等因素的限制，造成電力變壓器時常發生故障，尤其是近年來頻繁發生的電力變壓器短路故障，對電力系統的運行安全帶來嚴重的消極影響。一旦電力變壓器繞組而產生機械的局部變形之后，變壓器內部的電容和電感等參數的分布必將發生改變。因此，我們應當科學使用一定的故障診斷測試技術、方法，對變壓器的每一個特定繞組參數進行測量，并仔細分析比較測試的結果，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象。站在測試手段的角度，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、阻抗法及頻率響應分析法等。

2 變壓器紅外診斷技術。變壓器故障的紅外診斷技術具體是指針對正在運行的變壓器實施非接觸性的無損檢測，并對溫度分布場實施大面積的掃描，以對局部缺陷完成定點測溫工作，準確識別變壓器設備表面的溫差變化，通常是0.1-0.5℃。與此同時，紅外儀器將有機結合計算機技術，準確處理電力變壓器設備出現的紅外熱像，從而針對故障數據實現統計、分析、存儲及顯示等各種技術功能。紅外測溫診斷技術并不會受到現場電力變壓器設備的高壓強電場帶來的干擾，所以并不會對正常運行電力變壓器造成不利影響。且紅外診斷技術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十分安全，并擁有較高的可靠性及經濟性。紅外診斷技術最常使用的故障診斷方法有相對溫差法、溫度辨析法、歷史數據分析法以及同類比較法等。

三 基于模糊理論的故障診斷

1模糊診斷的原理。較專家系統結構而言，模糊系統有很多相似之處，其組成部分主要包括模糊知識庫、模糊推理機以及人機界面等。模糊理論正在持續地發展和完善，它的一些優點逐漸得到人們的重視，如模糊理論能夠適應一些不確定的問題；專家的經驗通過模糊知識庫語言變量的使用進行傳達，跟人們的表達習慣更加接近；一個問題可以通過模糊理論得到若干個可能的解決方案，并能夠以這些方案擁有的模糊程度實現優先排序等。模糊理論在對不確定性的問題進行處理時主要有兩種方法，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，模糊數學將有助于提高診斷系統的穩定性、準確性。而電力變壓器的故障診斷就是運用有效的診斷方法搜索各種故障征兆，并針對這些征兆的產生原因進行科學解釋。在電力變壓器的故障診斷過程中，很多不確定的因素是普遍存在的，并以模糊性、隨機性的形式呈現，客觀反映出故障的不確定性，具體表現為邊界的不確定性、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存在的，因而電力變壓器現有的絕對化故障診斷規則并不能適應這種不確定性，造成故障診斷始終存在誤判，無法對電力變壓器的潛在故障進行準確的定位和分析。模糊診斷最基本的流程分為三個階段：將氣體溶解到油里面，對原始數據進行分析并實施模糊化處理；針對模糊集上面存在的相似關系開展計算工作；實施動態分類步驟，以找尋分類結構的最優化。

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是產氣率，它并不能對故障的發生作出全面的提示，而以往的故障診斷技術方法僅考慮了氣體的注意值，因此我們應當將產氣率納入到故障診斷系統進行考慮，綜合分析特征氣體及其產氣率，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電力變壓器產生故障的情況進行判斷，并分析出故障發生的類型。可以直接采用國家制定的標準判斷導則，但這一方法存在兩點局限：一是在劃分比值區間時太過絕對化，很容易造成誤判；二是故障的反映不全面，在診斷復合故障方面不具備足夠高的準確度。針對這樣的局限，我們應當科學使用模糊診斷技術和方法，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確率。

四 結語

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，當變壓器出現故障時，檢修人員在判斷變壓器故障的過程中，要對故障進行全面的分析，以便制定出最為合理科學的應對方案，從而保證電力系統的正常運行。這就需要我們在今后的工作中不斷進行理論研究和實踐經驗的總結，爭取挖掘出更加科學、更加有效的電力變壓器故障診斷方法，以高電力企業健康發展的速度。

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作者簡介：

楊懷東：男；漢；工程師中級職稱；本科；研究方向：電力、電力工程監理；供職單位：中國能源建設集團甘肅電力變壓器廠。