配電變壓器聲音波形在故障分析中的應用

張營緘

（國網山東省電力公司濟南市長清區供電公司，山東濟南，250300）

0 引言

配電變壓器是整個供電系統的重要組成部分，其運行狀態對送電系統的穩定性和安全性具有決定影響，對居民的日常生活用電質量具有直接影響，所以供電企業應當加強對配電電壓器故障的日常維護和管理工作的重視。利用聲音波形分析故障，有利于實時監控配電變壓器的工作量，保證電壓器能夠正常輸送電能。

1 配電變壓器聲音與運行狀態的對應關系

供電企業的工作人員在對配電變壓器長期運行實踐進行觀察研究后發現，配電變壓器的聲波頻率在不同運行狀態下，存在明顯不同的對應關系。當配電變壓器處于正常運行狀態，由于交流電在通過變壓器繞組時，會在鐵芯中間產生周期性交變磁通，從而引起鐵芯振動，進而發出“嗡嗡”的聲音。當配電變壓器處于過負荷狀態，由于交流電通過變壓器繞組的電流過大，使得鐵芯中間交變磁通密度增加，導致鐵芯硅鋼片振動強度增大，從而發出比正常運行時略響的“嗡嗡”聲[1]。當大容量設備啟動時，因為電流負荷變化發生巨大變化且受到高次諧波作用，所以配電變壓器會瞬間發出較響的“哇哇”聲。除上述幾種情況外，當配電變壓器內部接觸不良或出現擊穿現象時，會發出類似于“吱吱”、“噼啪”的聲音；當供電系統出現短路現象時，由于會有大量非周期電流通過配電變壓器，使得磁通密度大幅度增加，導致鐵芯嚴重飽和，致使配電變壓器發出大且刺耳的噪音。

2 聲音波形在配電變壓器故障分析中的應用

2.1 利用聲音波形判斷配電變壓器故障

2.1.1 聲音表現為大且嘈雜

利用聲音波形對配電變壓器故障進行分析，能夠取得良好的檢測分析效果。當配電變壓器的聲音表現為音大且嘈雜時，說明是配電變壓器的鐵芯出現了問題，例如夾緊鐵芯的螺釘出現松動現象。當處于儀表指示正常、絕緣油顏色無變化、溫度要素無變化等情況下，若配電變壓器在運行時出現嘈雜聲音，那么工作人員應當立即改變該變壓器的運行狀態，并對停止后的變壓器進行故障檢查。

2.1.2 聲音表現為似水沸騰

如果配電變壓器在運行過程中，出現如同水沸騰一般的“咕嚕咕嚕”的氣泡聲，那么可能是變壓器的繞組出現故障問題。當配電變壓器繞組周邊零件形成一定溫度，就會出現發熱油化的現象，如果持續運行變壓器就會出現像水沸騰一樣的聲音，此時若不停止變壓器運行，就會導致配電變壓器短路，影響整個供電系統的電力輸送效率和質量。出現上述故障的原因主要是配電變壓器的分接開關接觸不良，導致變壓器內部繞組局部點嚴重過熱。

2.1.3 出現類似爆炸和放電的聲音

如果配電變壓器出現類似于“嘶嘶”的爆炸聲，這就說明配電變壓器的器身絕緣體出現擊穿故障，絕緣體的絕緣效果沒有真正發揮出來，不僅會出現漏電風險，還會影響整個配電變壓器的正常運行。另外，如果變壓器出現“吱吱”的放電聲，則說明配電變壓器的管套出現故障問題，只有當變壓器的輸電管道表面發生局部放電現象，才會出現這種聲音。出現上述現象的原因大致是因為配電變壓器長期處于外界環境中，當受到惡劣氣候條件的影響時，變壓器管道會出現電暈輝光、紫色小火花，如圖1所示。此時，工作人員應當及時去除管道周邊污漬并涂上一層硅油用作防護，檢測鐵芯與地面各項帶電部分的距離是否發生偏離[2]。

圖1 配電變壓器管道出現小火花

2.1.4 聲音波形呈現連續、規律性撞擊或摩擦

當配電變壓器在運行過程中，出現具有連續性、規律性的撞擊聲或摩擦聲，說明配電變壓器內部受到靜電影響。由于零部件在配電變壓器運行時會發生或大或小的振動頻率，有時會與內部機械設備或零件發生接觸、碰撞，從而導致靜電放電現象，進而形成上述不同聲音表現。此時，工作人員可以先對配電變壓器進行溫度測量，如沒有發生異常問題，便可以通過適當降低運行強度的方法來減少靜電因素的影響，促使配電變壓器和供電系統皆能安全穩定運行。

2.2 聲音數據對比法

由于配電變壓器處于不同工作狀態會發出不同聲音，所以工作人員可以通過利用聲音波形對聲音數據進行對比，來反應配電變壓器的運行狀態。對此，工作人員首先應當將配電變壓器處于正常運行狀態下的聲音波形和各種不同運行狀態下的聲音波形全部記錄下來，利用計算機將其制成聲音波形數據模型庫。其次，要在配電變壓器上安裝一個專門的聲音采集裝置對聲音進行采集，將采集到的聲音信息數據統一傳輸至主站調度端。然后，由負責監控的工作人員利用計算機等高新設備對變壓器進行實時監控，對其運行產生的聲音進行分析，并將其分析結果與聲音波形數據模型庫進行對比。最后，結合配電變壓器實際運行情況進行具體分析，從而得出變壓器是否出現故障問題。

工作人員在建立聲音波形數據模型庫時，可以借鑒以下幾點建議，以此保證數據的精準性和科學性：第一，全面掌握配電變壓器的負荷情況，配電變壓器的負荷情況主要包括峰值達到負荷頂峰、平均負荷、谷值產生一定負荷以及空載情況下產生的聲波。第二，根據供電系統產生的電壓進行分析，供電系統會在正常條件、超越極限、產生諧振等情況下產生電壓，工作人員要對不同情況產生的電壓進行系統分析。第三，厘清聲音波形產生原因，由于配電變壓器受到溫度影響也會產生聲音波形，所以工作人員在記錄聲音波形時，應當分清聲音波形的具體產生原因，當變壓器處于零攝氏度以下、零攝氏度到六十攝氏度之間、超過六十攝氏度這幾個溫度階段時，會產生聲音波形。第四，配電變壓器發生故障問題時產生的聲音類型主要有：當電磁出現共振現象時，配電變壓器的聲音會隨之發生變化，此時的聲音波形會與正常運行狀態下的波形不同；當配電變壓器處于超負荷運行時，會發出“咯咯”的聲音波形；當配電變壓器內部零件出現脫落現象時，聲音波形會變得十分紊亂；當配電變壓器的接頭被燒斷時，會呈現出“吱吱”的聲音波形；當配電變壓器表面出現裂紋時，則會有“嘶嘶”的聲音波形；當配電變壓器出現短路現象時，聲音波形相較于上述五種情況會有明顯改變[3]。

2.3 通過溫度產生的聲音波形判斷故障

通過上述分析可知，配電變壓器的溫度發生變化時，也會產生聲音波形，如果變壓器的溫度不斷上升，其內部零部件就會因為高溫而出現油化現象，從而發出“滋滋”或“咕嚕咕嚕”的聲音波形。通常情況下，會引起配電變壓器發生高溫的原因大致有以下幾種：1.變壓器內部層間出現短路現象；2.鐵芯發生短路故障；3.出現磁漏現象；4.長時間處于超負荷狀態；5.沒有安裝散熱裝置或長時間沒有對其進行維護。當配電變壓器出現高溫時，工作人員一定要盡快查明原因，及時采取針對性解決措施，如果是變壓器內部出現問題，應立即停止使用，以此保證配電變壓器能夠穩定安全運行，從而保證供電系統輸送電能的高效性。