變壓器故障及其檢測、維修方式探討

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，也是故障發(fā)生較高的的電力設(shè)備，因此其運(yùn)行狀態(tài)的好壞是決定電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。做好變壓器的運(yùn)行狀態(tài)的檢測，發(fā)現(xiàn)故障及時排查，是電力維修領(lǐng)域的重要工作內(nèi)容。本文圍繞變壓器故障及其檢測、維修方式展開探討，期望對于電網(wǎng)運(yùn)行具有實用價值。

關(guān)鍵詞：變壓器故障；檢測維修；方法研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.037

變壓器具有的重要性，表現(xiàn)在變壓器的油性能、氣體機(jī)理以及故障產(chǎn)生的特征等。針對變壓器狀態(tài)的評估，可以發(fā)現(xiàn)變壓器的故障隱患，利于對變壓器的診斷，找到故障的原因和故障的部位，通過決策樹和貝葉斯的變壓器綜合故障診斷法，提高變壓器的故障精度。

1 變壓器故障診斷

變壓器的類型包含了油浸式變壓器等，在電力工業(yè)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，主要構(gòu)造包括了油箱、冷卻裝置等，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此出現(xiàn)故障的概率較大，一旦發(fā)生故障，可以通過對聲音、氣味和檢測實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行維修方式的判別。

（1）油浸式變壓器的故障，可以分為主體結(jié)構(gòu)的故障（繞組、鐵芯、油質(zhì)、附件）、回路故障（電路、磁路、油路）等。其中鐵芯、分接開關(guān)、繞組等故障屬于一般常見故障。變壓器的內(nèi)部故障還可以按照出現(xiàn)的原因分為電氣回路缺陷，絕緣損傷等潛伏性故障。變壓器的最危險，故障率也最高的當(dāng)屬變壓器的出口短路的故障，一旦發(fā)生會出現(xiàn)變壓器的滲漏、保護(hù)誤動等。

不同類型的故障，產(chǎn)生的危害也不同，有的是過熱，有的是滲漏，有的是放電。

（2）出口短路故障位于變壓器的出口部位，受到短路故障的影響，變壓器的熱量導(dǎo)致絕緣的發(fā)熱損害。受到短路沖擊的時候，由于電流過小，保護(hù)技術(shù)動作帶來了繞組的變形，變壓器如果繼續(xù)運(yùn)行，就會發(fā)生故障和事故。

繞組故障位于變壓器的核心部位，變壓器的輸入和輸出，帶來了電氣回路的故障模式，如絕緣老化、繞組受潮，短路、短路的情況發(fā)生，繞組的松動和變形發(fā)生，相間的變形短路情況的發(fā)生等等。變壓器的繞組發(fā)生了松動和變形，導(dǎo)致了絕緣在損傷的情況下，雖然還能夠運(yùn)行，但是實質(zhì)上卻已經(jīng)出現(xiàn)出現(xiàn)了內(nèi)部的損傷，導(dǎo)線被損傷，抗短路的沖擊能力被降低。

鐵芯的故障，主要是鐵芯的質(zhì)量的問題造成的。故障的模式包括鐵芯的多點接地，接地不良、芯片的短路等等，故障發(fā)生的原因主要是由于鐵質(zhì)的夾件發(fā)生了松動，鐵芯被碰接，出現(xiàn)了松動后，接地不良，絕緣老化，安裝不正等，最終導(dǎo)致鐵芯發(fā)熱，損傷增大。鐵芯故障以短路和多點接地為主，在多點接地中，鐵芯的局部會發(fā)熱，過熱導(dǎo)致了鐵芯接地引線的燒斷，強(qiáng)磁場中形成的渦流使得鐵芯的局部過熱，呈現(xiàn)介質(zhì)損壞和超標(biāo)的情況，局部的過熱燒壞了鐵芯的絕緣，出現(xiàn)鐵芯的故障。

分接頭開關(guān)的故障是絕緣的距離不足導(dǎo)致的材料上堆積了油泥受潮引起的。觸頭的接觸不良使得電阻增大，帶來過電壓下的相間短路，使得絕緣支架的緊固金屬出現(xiàn)了懸浮放電的故障。

由于油浸式變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此當(dāng)故障出現(xiàn)的時候，因密封不嚴(yán)導(dǎo)致的絕緣性能降低，使得電阻在切換的時候容易出現(xiàn)擊穿或者燒斷的情況，因為滾輪卡死造成過渡位置短路的情況更是時有發(fā)生。

絕緣故障一般發(fā)生在大型的強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的大型變壓器中，由于變壓器經(jīng)過油泵的加速傳遞到冷卻油道，在油與固體的絕緣界面形成了靜電電荷的分離，積累起正負(fù)電荷，電荷在積累到一定的場強(qiáng)的時候，會發(fā)生放電，導(dǎo)致固體的絕緣受到損傷。

2 變壓器故障維修

以油浸式變壓器內(nèi)部的故障模式及維修為例，可以分為機(jī)械、熱、和電三種形式。機(jī)械式的表現(xiàn)方式一般是熱故障和電故障，過熱故障表現(xiàn)為高能放電、火花放電等。在熱和電的作用下，各種氣體被分解出來。

2.1 油浸式變壓器故障診斷方法

由于氣體的產(chǎn)氣速率較為重要，在故障開始的時候往往以低能量的潛伏性開始，但是如果總量超過注意值，則會考慮使用產(chǎn)氣的速率進(jìn)行故障的判斷。另外還有故障的消耗能量、故障部位以及故障點的溫度，同時分析故障的部位以及故障的溫度等。

通過對設(shè)備的類型、符合的情況以及故障的類型進(jìn)行綜合的分析后，將設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，得到氣體的逸散作用等分析結(jié)果。

2.2 比值診斷法的分析

不同性質(zhì)的故障產(chǎn)生在溶解油中，可以作為對故障類型進(jìn)行判斷的依據(jù)。熱性故障的氣體包括CH4、C2H4，電性故障主要包括C2H2，故障點的溫度越高，C2H4的比例就越高，火花放電的故障主要產(chǎn)生在C2H2，其次是C2H4，局部放電可以根據(jù)放電故障的類型進(jìn)行氣體的色譜分析法進(jìn)行判斷。

2.3 IEC三比值法

針對氣體中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行相近的氣體組成系數(shù)相近的氣體，組成三對比值，不同的編碼可以顯示為不同的故障類型，經(jīng)過改良后的三比值法進(jìn)行溶解的氣體分析和判斷。

三比值法設(shè)施對變壓器的故障進(jìn)行判斷的較為簡單方便的方法，目前被廣泛使用，但是也有不足，就是達(dá)到各組分進(jìn)行有理由判斷的

話，會存在故障的問題，但是如果停氣后，成分的比值會發(fā)生變化，不宜使用三比值法。另外由于故障本身存在模糊性，因此在不同程度上進(jìn)行多種故障狀態(tài)的顯示，容易引起誤判。

2.4 無編碼比值故障診斷方法

由于三比值法存在盲點故障的缺陷，因此判斷方法上相對復(fù)雜。采用無編碼比值法進(jìn)行判斷，在一定程度上克服了三比值法的編碼缺失，采用盲點故障的去電進(jìn)行故障類型判斷。

3 基于貝葉斯決策樹對變壓器故障進(jìn)行診斷的方法

利用該方法進(jìn)行變壓器的狀態(tài)的評估，會發(fā)現(xiàn)變壓器存在的隱患往往可以作為變壓器故障診斷分析的依據(jù)。例如變壓器油中的組分含量以及高度非線性的映射關(guān)系，可以通過模型算法的數(shù)據(jù)樣本的建立來進(jìn)行變壓器的故障診斷過程。根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線或者離線的歷史數(shù)據(jù)以及背景資料的計算，應(yīng)用人工智能算法，將故障的性質(zhì)、程度以及類別加以分析，得到明確的故障原因和系統(tǒng)關(guān)系，為運(yùn)行人員提出維修計劃提供參考。

決策樹的方法具有速度快、精度高的優(yōu)勢，尤其是大型的電氣設(shè)備，部件之間存在錯綜復(fù)雜的耦合關(guān)系，不確定因素充斥其間，故障原因可以分為多故障、關(guān)聯(lián)故障等復(fù)雜形勢。采用貝葉斯和決策樹作為故障診斷的方法，可以對故障原因和故障部位進(jìn)行推理和計算。

所謂決策樹采用的分類和預(yù)測的方法，代表一種邏輯判斷，每個邏輯判斷的分支結(jié)果都有屬性。所有類別均可表示為葉節(jié)點的分析和取得。決策樹分為分類樹和回歸樹。

對用于變壓器故障診斷的決策樹模型進(jìn)行優(yōu)化，將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法引入到?jīng)Q策樹算法中，在變壓器故障診斷領(lǐng)域中，經(jīng)常會由于主觀或客觀、內(nèi)部或外部原因，判斷變壓器故障類型的分類和故障部分，發(fā)揮貝葉斯與決策樹算法各自的優(yōu)勢，提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確度，防止試驗數(shù)據(jù)的缺失或者出現(xiàn)壞數(shù)據(jù)，提高分類的準(zhǔn)確率和魯棒性，證明了該方法的可行性和有效性。

4 結(jié)語

本文對變壓器故障類型和診斷方法進(jìn)行了分析和論證，目前來說變壓器的故障判斷已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗積累，進(jìn)入完善階段，故障性質(zhì)分析也漸漸成熟，但是在整體故障定位功能方面還存在不足，還不夠完善，今后在診斷的準(zhǔn)確度的提高，故障信息的獲取方面，還需進(jìn)一步的研究和完善。

作者簡介：羅建英（1971-），女，山西陽高人，講師，研究方向：機(jī)電專業(yè)教育教學(xué)。