淺談變壓器故障診斷方法研究現狀

黑帥 盧廣旗 宋曉龍

【摘 要】變壓器的安全穩定運行直接關乎電網的供電可靠性甚至電力系統的穩定性。關于變壓器故障診斷的研究已經取得了很多進展，變壓器故障診斷方法有很多種，本文總結了目前關于變壓器故障診斷方法并分析了其優缺點。

【關鍵詞】變壓器；故障診斷；優缺點

一、引言

電力變壓器是電力系統中重要的元件，起著舉足輕重的作用，近年來受到了國內外學者們的廣泛關注。變壓器在電力系統中起到變換電壓等級的作用，升壓變壓器可以將電能從發電廠出口電壓升高到輸電網的電壓等級，降壓變壓器可以將電能從高電壓等級降到低壓等級供負荷使用。變壓器的安全穩定運行將直接影響電網的供電可靠性。

隨著智能電網和全球能源互聯網的提出，電網逐漸向更大、更堅強的方向發展，電力系統電力系統安全運行的不確定因素和潛在風險逐漸增加，電力行業的發展面臨的資源和壓力越來越大，為了滿足電網規模的擴大以及電網質量的要求，必須保證變壓器的安全可靠的運行。目前關于變壓器故障診斷方法包括以下幾種：

二、繞組變形診斷法

（一）短路阻抗法

其方法是檢測繞組在工頻下的阻抗及其漏抗，用被檢測量值大小的變化進而推斷繞組有沒有產生非常嚴重的變形，例如匝間的短路、開路以及線圈偏移等，另外，變壓器的短路阻抗與繞組幾何尺寸大小及相對的位置有密切關聯，使用在線的測量裝置測量變壓器阻抗的變化便可處理分析繞組相關狀況。變壓器繞組的結構影響這短路阻抗的值大小，繞組變形與否和變形程度皆可通過其值變化的大小來區別判定。而許多年的短路阻抗法現場使用經驗表明了該方法由于有外界條件限制，在現場是難以實現達到額定電流值，特別是對大中型變壓器而言，且該方法對相關量測試儀表的測量精度要求相當高，實際中常常很難取得需要的檢測靈敏度，且有時該方法在繞組變形極其嚴重情況下，診斷有顯著效果。

（二）低壓脈沖法（Low Voltage Impulse）簡稱為LVI法

其實在研究變壓器故障診斷時，可將其等效看成一個單輸入、單輸出的無源的電路。在其出現疊片間位置偏移等變形狀況時候，單位長度下相關分布參量L，R，C會有一定程度的變化，則對應的頻響特性也有相應變化。由此能夠得出，繞組變形的這種故障類型是由比較其頻響特性的方式來進行故障判別的。

（三）頻率響應分析法（Frequency Response Analysis Method）簡稱為FRA法

頻率響應分析法可以理解為是通過將電壓信號注入到被測變壓器的一側，然后摘錄下該側和剩余側上的電壓大小及相角，從而得到一組被測試變壓器繞組的頻響特性，即H、L，而在變壓器繞組變形前后，此頻響特性的變化將反映出繞組變形的相關信息。

頻率響應法應于檢測變壓器繞組變形的想法，是被加拿大國家的E.P.Dick引出的，隨之也在世界范圍內寬領域進行了推廣和采用，且相關專家學者表示說使用效果很好，且當與LVI法相比時，因為FRA法使用了更為前沿的掃頻式量測手段，量測得到的皆是幅值大小比較高、頻率提前可知道且小于1MHz的正弦波信號，這樣方便用數字分析手段來屏蔽擾動的影響，存在于信號傳遞期間的折反射情況也可用簡單的方法處理，因此其抗干擾能力很強，另外其正確的診斷復現性也比較容易確保。

三、常規實驗法

（一）絕緣類實驗

變壓器相關絕緣性實驗類別包含著繞組、鐵芯、直流的泄露、絕緣套管介質損耗、工作頻率耐電壓、局部放電實驗。能有效地檢測出器件絕緣子破裂、絕緣受潮、變壓器油嚴重受潮等故障。

（二）變壓器特性實驗

變壓器特性實驗大多包含的是度量其相關電氣參量，例如直流電阻、一二次側匝數比、空載、負載運行。測定直流電阻的實驗目的是為了診斷變壓器的通路是否有故障，這個實驗尤其是在診斷線圈接頭、開關觸頭開斷狀況等有很好的成效；量測一二次匝數比目的是的檢測大修、安裝變壓器運行狀況；變壓器空載、負載實驗則是在其出廠前通過量定變壓器的空載及負載參數判斷是否存在隱患。

四、振動分析法

當變壓器出現故障時，其內部會發出一些聲音和振動信號，通過對振動信號的分析就可以判斷變壓器是否發生故障。“振動分析法”就是利用這個來實現故障診斷的，其原理是在變壓器外殼處安裝振動傳感器，通過振動傳感器提取變壓器的振動信號，進過一系列的算法識別出變壓器的運行狀態。從而盡早發現變壓器繞組變形、松動等故障隱患，獲得隱患發展的變化趨勢和速度，為變壓器按需檢修提供定量分析數據。不耽誤變壓器的常態化運行，是使用振動分析法的顯著優點，且可很大程度加長變壓器的常態化運行的時間，從而在較適當時候進行設備維護。

五、油色譜分析法

當變壓器故障時，會伴隨著大量的可燃性氣體產生，這些氣體會溶解在變壓器油中，導致變壓器油色譜有明顯的改變，通過對變壓器油色譜的分析可以識別出變壓器發生了何種類型的故障。該種方法與其他方法相比不需要停云變壓器，可以實現變壓器的在線監測。

由于變壓器油中蘊含著大量的變壓器運行的狀態信息，因此變壓器油色譜分析方法是判斷變壓器故障應用最為廣泛的方法，無論是國家電網公司還是南方電網公司都使用了變壓器油色譜故障診斷系統。變壓器內部發生故障往往是故障點生熱的同時還伴隨著局部放電，因此就會產生一定的故障氣體。通過產生出來的故障氣體之間的比值可以初步判斷變壓器的故障類型。一些研究表明，變壓器內的材料老化時，二氧化碳與一氧化碳的比值大于7；當絕緣被破壞時，二氧化碳與一氧化碳的比值小于3。但如果想進一步了解變壓器的具體故障原因，則需要對產生的氣體進行更深入的分析，目前應用最廣泛的方法是三比值法，通過三組故障氣體比值進而判斷具體故障原因。

六、結論

國內外專家針對變壓器故障診斷問題提出了許多種解決方法，但都有各自的優點和不同程度的缺點，因此，如何研究一種能夠準確、不停電的變壓器故障診斷方法將是以后研究的重點。

【參考文獻】

[1] 汲勝昌，劉味果，單平，等.小波包分析在振動法監測變壓器鐵芯及繞組狀況中的應用[J].中國電機工程學報，2001，21（12）：24-27.

[2] 汲勝昌，李彥明，傅晨釗.負載電流法在基于振動信號分析法監測變壓器鐵心狀況中的應用[J].中國電機工程學報，2003，23（6）：154-158.

[3] 季國賓.電力變壓器振動特征監測與異常檢測研究[D].華北電力大學，2014：21-32.