電力變壓器故障檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析

鮮開強(qiáng)

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司營銷服務(wù)中心，江蘇 南京 210019）

0 引 言

電力變壓器出現(xiàn)故障將導(dǎo)致作用區(qū)域停電，無法滿足穩(wěn)定供電的要求，甚至造成設(shè)備運(yùn)行失效，因此重視故障分析十分必要。通過研究近幾年電力變壓器出現(xiàn)的故障種類發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生不利后果的源頭與設(shè)備自動化程度息息相關(guān)。面對日益提升的技術(shù)，檢修人員應(yīng)當(dāng)積極研究技術(shù)應(yīng)用于實際作業(yè)間的聯(lián)系，優(yōu)化檢測的手段和方法，選擇適合的檢修技術(shù)，解決電力供應(yīng)方面的問題。同時注重汲取先進(jìn)的成功經(jīng)驗，研究更為節(jié)能環(huán)保的檢測方法，提升其檢測的可靠程度，保證在同一時間內(nèi)能夠檢測大量的樣品，縮短作業(yè)的時間。就目前技術(shù)發(fā)展來看，仍需要繼續(xù)立足于常見故障，了解其發(fā)生的原因，針對源頭問題完善故障檢測技術(shù)內(nèi)涵，提升變電器故障檢修的效率，快速定位故障位置，滿足經(jīng)濟(jì)型和資源型社會構(gòu)建的要求。

1 電力變壓器常見故障

1.1 滲 油

常見電力變壓器的種類是油浸式。此種變壓器的優(yōu)點是絕緣性能良好，造價相對低廉，能夠起到很好的導(dǎo)熱作用，基本上滿足散熱和絕緣方面的要求，對于提升操作人員的安全有著促進(jìn)作用。類變壓器很容易出現(xiàn)滲油的情況，滲出的油分不僅浪費(fèi)資源，而且會產(chǎn)生污染，影響設(shè)備周圍的大氣環(huán)境，不符合資源利用的要求。因此檢修人員應(yīng)當(dāng)充分研究故障可能出現(xiàn)的位置，在實際檢修中重復(fù)多次作業(yè)，在保證檢驗精度的基礎(chǔ)上，引入多種先進(jìn)的檢測技術(shù)，提升作業(yè)有效性。

1.2 繞 組

繞組現(xiàn)象發(fā)生的原因是有雜物進(jìn)入到變壓器工作設(shè)備內(nèi)。有些設(shè)備使用的年限較長，容易出現(xiàn)老化情況，當(dāng)繞組中出現(xiàn)其他影響工作的物質(zhì)則很可能降低絕緣效果，導(dǎo)致繞組故障。該故障很容易造成漏電，嚴(yán)重時可產(chǎn)生火災(zāi)，帶來不可挽回的損失。一般繞組故障需要直接更換組件，降低對電力變壓器的損害程度。

1.3 接頭過熱

接頭主要指變壓器與其他重要組件間的連通裝置，起到載流的作用，正常工作下的接頭可提升整體運(yùn)行的效率。若出現(xiàn)接頭故障，則應(yīng)當(dāng)關(guān)注接頭連接的穩(wěn)定程度，檢驗其接口處是否出現(xiàn)松動或出現(xiàn)雜物等情況，檢查導(dǎo)電薄膜層，從多個角度現(xiàn)場檢驗接頭處狀況。檢修人員要重視其檢修工作，接頭過熱將直接作用于電路導(dǎo)致短路，電路功率過大將熔斷電線形成斷路，變電器難以正常運(yùn)行。在帶來經(jīng)濟(jì)損失的同時，不利于提升人民的生活水平。

1.4 受 潮

受潮是由于周圍環(huán)境含水量過高，部分水蒸氣或小水滴滲透到內(nèi)部組件，改變絕緣狀態(tài)，使得整體結(jié)構(gòu)的絕緣效果大幅降低，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。技術(shù)人員要選擇合適的檢測工具和技術(shù)，合理分析水分進(jìn)入的原因并加以解決，提升運(yùn)行的安全性能。

1.5 多點接地

多點接地是常見的連接方式之一，對電力變壓器的安全運(yùn)行有著促進(jìn)作用。而在實際作業(yè)中，變壓器容易產(chǎn)生電流回路，鐵芯線圈受此影響出現(xiàn)故障，造成鐵芯發(fā)熱的問題，嚴(yán)重時變壓器油逐漸裂解成其他物質(zhì)，使整體結(jié)構(gòu)變形。結(jié)構(gòu)形態(tài)出現(xiàn)偏差將無法保障后期的運(yùn)行效果，降低安全性能。

1.6 電路故障

電力變壓器的核心結(jié)構(gòu)是電路，電路短路和斷路所對用的原因不同。電路短路是由于組件工作功率提升，分線路的電壓增加。也正是此種特殊性決定了短路判定的難度。檢修人員利用萬用表無法準(zhǔn)確了解電路的基本情況，需要高層次專業(yè)素養(yǎng)的支持，但在實際情況下無法滿足這一需求，因此技術(shù)人員要積極尋找可行的技術(shù)手段，切不可依靠自身經(jīng)驗確定電路故障的具體原因。

2 電力變壓器故障檢測技術(shù)

2.1 油氣分析與油化檢驗技術(shù)

油氣分析所使用的儀器是氣象色譜儀。檢測流程是先確定樣品來源，然后利用儀器自帶的分析功能找出隱形的內(nèi)部故障，有助于提升早期檢驗效果。使用油氣分析技術(shù)的基本原理是溫度與烴類反應(yīng)息息相關(guān)，通過儀器上顯示的產(chǎn)生速率判定基本材料中所含有的烴類種類。由于在一定的溫度區(qū)間內(nèi)變化活躍，且在此區(qū)間可能存在物質(zhì)共存的情況，因而檢測精度較低。使用氣象色譜儀需要較高的專業(yè)技能，而且整個流程較為復(fù)雜，需要操作多個環(huán)節(jié)，整體耗費(fèi)的時間較長，總體上說優(yōu)勢和缺點共存。為提升儀器的檢驗效果，技術(shù)人員需重點研究消除缺陷的辦法，優(yōu)化現(xiàn)有檢驗原理，避免由于檢驗周期的增加提高成本[1]。

油化檢驗技術(shù)是判定變壓器純凈度的重要方法。通過油擊穿電壓測試確定純凈度，與優(yōu)質(zhì)變壓器相比對，分別從純凈度、透明程度以及雜質(zhì)含量等方面研究其顯現(xiàn)的顏色。一般優(yōu)質(zhì)的變壓器所顯示的顏色是透明的黃色和淡藍(lán)色，若有雜質(zhì)或受潮，整個顏色呈現(xiàn)出渾濁的特點，改變了原來透明的特征。有些試驗還能夠顯示出絮狀物，說明變壓器上存在油泥，不利于延長使用壽命，降低了設(shè)備的運(yùn)行效率。利用油化檢驗技術(shù)將直接觀測到變壓器的使用狀況，研究人員可針對具體的表現(xiàn)形式研究改進(jìn)意見，以檢驗結(jié)果作為出發(fā)點，切實保證變壓器整體的潔凈程度[2]。

2.2 紅外光譜檢測技術(shù)

該技術(shù)可實現(xiàn)定量檢測，通過發(fā)射紅外線，檢驗變壓器中的氣體含量。結(jié)合儀器給出的能量變化曲線如圖1所示，與幅度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，從而得到氣體的具體含量。運(yùn)用此項技術(shù)可縮短檢測的時間，設(shè)備具備高度的靈敏性和準(zhǔn)確性，并且可長期作用于檢測工作中，延長設(shè)備和技術(shù)的使用壽命，無需必要維修環(huán)節(jié)即可完成多次檢測任務(wù)[3]。紅外光譜檢測技術(shù)的缺點是相較于其他氣體，對于氫氣的敏感度低，無法準(zhǔn)確測定氫氣的含量。

圖1 紅外線檢測報告圖

氫氣檢測有一種特殊的方法，能夠彌補(bǔ)紅外線光譜檢測技術(shù)的不足，其作用原理是利用聲光譜。聲效應(yīng)和光效應(yīng)的共同作用下，氣體將吸收一部分的聲光，通過檢測聲光被吸收的含量，確定氣體的吸收能力，從而判定是否為氫氣[4]。氫氣的濃度和含量的改變將直接影響光譜信息數(shù)據(jù)的變化，因此對于測量氫氣的具體數(shù)值有著積極作用。運(yùn)用該項技術(shù)將解決紅外光譜檢測技術(shù)無法準(zhǔn)確明晰反射光與散射光的種類問題，并且不受兩種光型的影響，提升了檢測的精確程度，對全面掌握變壓器內(nèi)部氣體起到輔助作用[5]。

2.3 火災(zāi)檢測技術(shù)

電氣設(shè)備發(fā)生火災(zāi)將嚴(yán)重影響設(shè)備。由于電力變壓器的特殊性，因此需要重點考慮火災(zāi)隱患檢測的技術(shù)和手段，結(jié)合其設(shè)備運(yùn)行所需的必要物質(zhì)，分析可燃?xì)怏w在變壓器油中的溶解效果，一般可采用以下幾種檢測方法。

2.3.1 點型電子定溫測量器

通過使用熱敏元件，利用溫度對阻值的影響，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)警信號臨界值時，電阻值驟降，電路電流逐漸提升為預(yù)警系統(tǒng)提供信號，從而保證預(yù)防的效果。

2.3.2 線型纜式感溫探測器

與點型電子定溫測量器作用機(jī)理相似，通過改變導(dǎo)線內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成火災(zāi)預(yù)警的任務(wù)。在原有導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將兩根導(dǎo)線間用熱敏材料包覆，并在纏繞的外邊包裹一層絕緣皮套，正常工作下兩根線間形成絕緣結(jié)構(gòu)，在溫度突破極值的情況下，熱敏材料失去阻隔的作用，兩根銅線直接相連，整體電路阻值減小，基本可看做短路。探測器感知到電路的變化，發(fā)出預(yù)警信號，提升火災(zāi)檢測防御力度。

2.3.3 可燃?xì)怏w探測器

利用此種火災(zāi)預(yù)檢裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動化微處理。檢測元件的形態(tài)屬于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)自然擴(kuò)散的態(tài)勢，通過設(shè)定報警濃度，提升響應(yīng)和預(yù)熱的時間，可作用于油枕和器身，保證在高能放電的作用時間內(nèi)即可掌握氣體的具體情況[6]。

2.4 電路故障分析技術(shù)

電路故障分析技術(shù)可解決鐵芯異常的問題。利用振動監(jiān)測的辦法，在變壓器外實施相關(guān)作業(yè)內(nèi)容，同時向機(jī)械設(shè)備內(nèi)部發(fā)射信號，利用振動信號的變化曲線分析特征信息，了解現(xiàn)階段電力變壓器的工作狀態(tài)。使用此種技術(shù)的基本原理是利用振動與磁致伸縮的作用機(jī)理，通過在硅鋼片上施加不同的壓緊力改變原有狀態(tài)，提升電磁力，進(jìn)而帶動鐵芯振動。振動的頻率與溫度聯(lián)系緊密，溫度升高，振動頻率加快。當(dāng)變壓器內(nèi)部多點接地出現(xiàn)故障后，會導(dǎo)致線路溫度上升，檢測效果明顯[7]。繞組出現(xiàn)故障也會導(dǎo)致鐵芯振動加快，變壓器負(fù)載提升將造成電流增大，電場力隨之提升，因而可通過振動頻率確定繞組和多點接地是否存在問題。繞組結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 繞組結(jié)構(gòu)示意圖

2.5 傳感器列陣技術(shù)

使用該檢測技術(shù)可直接提升檢測速度，縮短問題報告給出的時間，對檢測變壓器故障起到積極作用，保證在不影響變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)的情況下，顯示出運(yùn)行的具體情況。利用此種技術(shù)，需要檢測人員精確地掌握半導(dǎo)體氣敏傳感器的作用原理，理解顯示報告所指引的內(nèi)容，保證技術(shù)得以準(zhǔn)確應(yīng)用。

2.6 其他電氣故障檢測技術(shù)

除了上文敘述的檢測技術(shù)外，還有對絕緣電阻和介質(zhì)損耗方面的檢測。絕緣電阻檢測可針對周圍環(huán)境的變化，測試變壓器中是否有水分滲入，準(zhǔn)確反映出絕緣情況。同時研究人員可根據(jù)極化指數(shù)和吸收比確定變壓器的敏銳程度，判定是否可以正常工作。介質(zhì)一般指的是變壓器中的油質(zhì)，有水分進(jìn)入介質(zhì)中將導(dǎo)致受潮現(xiàn)象，根據(jù)介質(zhì)損耗檢測報告能夠清楚了解到局部組件的工作狀態(tài)，并確定油污的位置，為后續(xù)整修提供原始材料[8]。

2.7 技術(shù)準(zhǔn)確應(yīng)用的前提

技術(shù)得以準(zhǔn)確應(yīng)用要從人員素質(zhì)和定期檢修的角度出發(fā)。對于人員素質(zhì)，檢測人員首先要具備高度的責(zé)任意識，明確自身職責(zé)對于電力變壓器正常運(yùn)行的積極意義，了解不同變壓器的工作原理，細(xì)化每種故障檢測技術(shù)所適用的現(xiàn)實條件。管理人員要秉持著人本管理的原則，針對人員現(xiàn)階段的基本情況和技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀制定符合發(fā)展要義的管理條例，定期開展技術(shù)交流活動，提升人員對技術(shù)的認(rèn)知水平，同時建立考核制度，經(jīng)過周期考核的人員才能夠在現(xiàn)場發(fā)揮作用[9]。引導(dǎo)檢測人員從自身技術(shù)應(yīng)用水平出發(fā)，擴(kuò)展技術(shù)應(yīng)用的廣度，了解最新故障檢測技術(shù)，并能夠融入到現(xiàn)實作業(yè)中，達(dá)到多方面發(fā)展的效用。定期開展檢修工作有利于及時發(fā)現(xiàn)電力變壓器運(yùn)行的不良因素，在尚未影響設(shè)備運(yùn)行的情況下，將其控制在抑制前端，提升定期維護(hù)的質(zhì)量，保證在后續(xù)的運(yùn)行中能夠準(zhǔn)確作用，將功效發(fā)揮到最大。

3 電力變壓器故障檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，技術(shù)人員在研發(fā)新技術(shù)和升級原有技術(shù)的道路上從未停止，面對信息化時代的不斷深入，技術(shù)人員將立足于現(xiàn)階段變壓器故障檢測方法與工藝，融入其他方面的技術(shù)，在提升檢測效率的基礎(chǔ)上，簡化作用流程，保證整體過程的安全性。信息技術(shù)所衍生的其他先進(jìn)技術(shù)內(nèi)涵，對于實現(xiàn)自動化檢測起到促進(jìn)作用。由于人工智能技術(shù)所作用的范圍符合創(chuàng)新的要求，因此許多專家嘗試引入專家系統(tǒng)，理順故障產(chǎn)生的原因，并設(shè)置判斷規(guī)則，直接定位產(chǎn)生的原因，幫助檢測人員直接分析故障部位的具體情況，縮短問題處理的時間，提升資源的利用率，保證檢測工作的科學(xué)性和精準(zhǔn)度[10]。

技術(shù)發(fā)展的同時也為技術(shù)人員帶來了挑戰(zhàn)，發(fā)展智能技術(shù)要與人工作業(yè)相結(jié)合，并通過其他技術(shù)彌補(bǔ)智能化技術(shù)應(yīng)用的缺陷，刺激其不斷進(jìn)步和擴(kuò)充技術(shù)的作用深度，優(yōu)化現(xiàn)有檢測技術(shù)，提升故障檢測工作的效率和質(zhì)量。

4 結(jié) 論

電力變壓故障檢測滿足安全作業(yè)的要求。通過提升故障檢測的精準(zhǔn)度，逐步完善電力系統(tǒng)，保證各行各業(yè)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，提升社會發(fā)展水平。面對技術(shù)發(fā)展的大趨勢，技術(shù)人員要認(rèn)真研討智能化技術(shù)對優(yōu)化現(xiàn)有檢測技術(shù)的作用，深入研究技術(shù)革新的方式，達(dá)到全方位融合的效果，提升檢測的效率，同時降低檢測誤差，盡可能降低電力變壓器的故障率。