關于220kV變壓器的故障率特性分析

吳嘉榮

（廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東茂名，525000）

1 變壓器故障原因

縱觀實踐經驗，以及聯合相關文獻的查閱、分析，對于變壓器的故障分析上，變壓器出現的非計劃停運的問題，尤其強迫停運出現的故障部位著手，在220kV這一電壓等級的變壓器中，很多方面可以產生故障問題，發生率比較高的就是在線圈、套管、鐵芯、絕緣介質、冷卻裝置、調壓裝置、中性點設備以及油枕等。

電力科學研究院對于2010年-2020年期間，了解統計了220kV變壓器缺陷情況，結果顯示，變壓器運行中，頻繁產生故障的部件，主要是冷卻系統中的冷卻器、分接開關、套管以及儲油柜。通過進行劃分變壓器各種故障的嚴重程度，220kV變壓器是否可以正常穩定的運行，繞組、鐵芯充當著關鍵性作用。

2 變壓器故障類型分析

分析220kV變壓器的故障，屬于可靠性設計、制造、試驗、運行變壓器的關鍵性基礎，一般是可以采取構建變壓器的故障樹模型方式展開分析，也就是將220kV變壓器的故障事件，逐級的劃分成基本故障類型，由此形成相應的變壓器故障樹。構建220kV變壓器故障樹期間，頂事件主要就是指威脅大型變壓器安全運行的、急需安排檢修的故障情況，中間級事件即為引發頂事件的相關事件。

2.1 繞組故障

繞組故障即為出現于變壓器線圈、縱絕緣和段子中的故障。可以將繞組故障劃分成繞組斷線、繞組匝間短路、繞組高溫過熱幾種主要的故障模式。繞組故障屬于嚴重程度較大的一種變壓器故障，產生的因素多是繞組自身結構、絕緣不合理等導致。而且繞組短路屬于發生率較高的繞組故障，并且產生的影響程度更重，會影響到鐵心、引線、絕緣層等方面。

2.2 鐵芯故障

220kV變壓器運行正常與否，跟鐵芯以及繞組的質量具有緊密的關聯性，屬于進行電磁能量傳遞以及交換的關鍵部件。很多積累的實踐經驗顯示，磁路中的故障一直處于高發狀態中，也就是在變壓器的鐵芯、鐵軛及其夾件中的故障。局部過熱、懸浮放電屬于主要的故障模式。鐵芯多點接地、鐵芯局部短路以及散熱不良、磁飽和等，會導致局部過熱的問題；接地片熔斷、接地不良的問題，會導致懸浮放電的問題。

2.3 絕緣故障

絕緣系統中的變壓器油、絕緣紙、板以及絕緣件，構成產生油-紙絕緣系統，絕緣擊穿、圍屏放電、油流帶電屬于絕緣系統中常見的故障模式。同時，絕緣故障模式又包括了絕緣損傷類型、介損超標類型。變壓器出現絕緣故障的情況下，短時間內，可以正常的運行，但是會引起內部出現局部放電、輕度過熱等問題，如果增加故障的時間，就會導致加重絕緣損傷的現象，進而引發220kV變壓器內繞組局部短路以及絕緣件碳化等故障。

2.4 引線故障

在220kV變壓器中，引線屬于比較脆弱的，但是極其重要的組件，屬于內部繞組出線與外部接線的中間環節，接頭為焊接的，絕緣包扎處理引線外部避免產生接觸不良、短路問題，所以焊接的效果、絕緣狀態，會對引線故障產生重要的影響。出現引線故障的因素就是引線短路、引線斷路、引線接觸不良。引線相間短路為一種致命性故障，處理不及時，會導致繞組相間短路，擴大事故以后加重成災難性故障，甚至導致變壓器停運。

2.5 套管故障

變壓器內繞組與油箱外聯結引線中，套管為一種關鍵性保護裝置。很容易因外界的因素影響，例如風雨雪、電場、污染等，產生絕緣老化、瓷釉龜裂等問題，屬于變壓器高發故障的位置。套管炸裂、套管位移、局部放電以及開焊，屬于常見的故障類型。

2.6 分接開關故障

分接開關會因為較長時間受到絕緣油、高溫的影響，使得觸頭的表面部位容易產生表面氧化層，由此明顯的增加觸頭間的接觸電阻值，進而產生觸頭接觸不良的問題。一旦出現了接觸不良的情況，就會導致局部產生較高的溫度狀態，而且對于接觸表面構成明顯的破壞。分接開關具有較多的故障模式，其中比較典型的就是簡體爆炸、檔序錯亂、齒輪損壞以及觸頭燒損等。

3 變壓器故障的診斷方法

由上述可知變壓器的故障可根據故障部位分為多種類型，但其概括而言，可分為外部故障與內部故障兩大類，外部故障例如變壓器出現滲漏或部件損壞，則可通過直接觀察進行判斷，但內部故障需應用試驗進行深入分析，加以判斷明確。

對220kV變壓器的內部故障現階段主要應用三個方法完成診斷與分析，分別為直觀判斷、帶電檢測與停電試驗，三種方法在應用過程中具有一定的關聯性與前后程序性。在發現變壓器出現故障后，相關運維人員首先要對現場進行巡視檢查，從而生成直觀判斷，并將變壓器的異常情況進行上報。檢修試驗人員在接受異常上報情況分析后，可在現場的變壓器不停電環境下完成多種檢測，通過這種帶電檢測的方式可以確定變壓器是否存在故障以及故障部位的大致區域，進一步深入分析，可明確變壓器故障的性質以及故障嚴重情況。為了進一步確定變壓器故障的細節情況，相關運維人員可在變壓器停電試驗條件下對故障進行分析與處理，當變壓器為停建環境是對異常故障部位進行明確，并探討故障的類型以及具體情況，在這一過程中運維人員可根據實際需要選擇是否對變壓器應用放油入箱檢查。

3.1 直觀判斷

邊界運維人員在日常巡視與檢查的過程中，若發現220kV變壓器存在異常情況時，可應用直觀判斷，對變壓器的外在情況進行詳細檢查，具體可通過觀察變壓器外觀、變壓器運行時是否出現異響、變壓器的溫度與油位情況對變壓器此時的運行狀態進行評估與判斷，若通過初步判斷認為變壓器存在故障時，則需就直觀判斷結果明確故障的大概范圍、故障的具體類型以及是否嚴重。

3.2 帶電檢測

帶電檢測是指運維人員在變壓器運行狀態下對其進行檢測，現階段應用率較高的帶電檢測技術手段主要為油中含氣量檢測、三比值法、特征氣體檢測法、故障點溫度與功率判斷等。其中三比值法的應用率相對較高，三比值法作為檢測充油設備故障的方法之一，主要應用5種特征氣體的三對比值對變壓器設備或電抗器設備的運行故障情況進行判斷分析。在應用三比值法的過程中，對于具有一致性的比值范圍三對比值可通過有差別的編碼加以展現。

借助上述帶電檢測方法，運維人員可對變壓器的故障存在情況進行確認，并明確故障所屬類型以及是否嚴重，某些情況下通過帶電檢測可對故障點的溫度情況以及功率情況加以預估。

3.3 停電試驗

運維人員在帶電檢測后已經基本明確變壓器的故障類型與嚴重程度，因此在停電試驗前已形成關于變壓器故障的基本評估，但為了進一步準確觀察故障情況，對其進行深入分析，運維人員在有必要的情況下可對變壓器應用停電試驗，在停電試驗過程中深入分析變壓器的故障類型與故障情況，若實際情況需要還可對變壓器進行入箱檢查。

具體而言，停電試驗有利于進一步對變壓器的故障情況進行診斷與分析，在停電后可有針對性的選擇一種或多種檢驗加以檢測。可應用的檢驗包括：（1）電壓比測量和聯結組標號檢定；（2）應用極性試驗；（3）絕緣電阻檢測；（4）測量介質損耗因數及電容量；（5）檢測繞組電阻；（6）應用鐵芯絕緣試驗；（7）檢驗感應電壓和局部放電情況；（8）應用外施耐壓檢驗；（9）測量空載損耗和空載電流；（10）測量短路阻抗和負載損耗；（11）實施油流靜電檢測，（應用于強迫油循環冷卻方式）；（12）實施溫升測試 ；（13）監測負載情況 ；（14）實施空載涌流檢測。

4 220kV變壓器故障率特性研究

以實際案例的分析方法，通過對某地區220kV變壓器故障的歷史統計數據展開觀察，結果了解到，很多種多樣的原因（類型）可以導致變壓器故障，同時不同的電壓等級的變壓器故障原因各有差異。

統計220kV變壓器故障原因，故障臺數一共是10臺，其中包括兩臺故障原因是散熱器滲油，兩臺故障原因為嚴重的大蓋滲油，以及有沙眼的情況。另外，乙炔超標及材質問題、乙炔超標并受短路沖擊、潛油泵損壞、套管接點過熱、乙炔超標及內部匝間短路、鐵芯接地電阻降低引發油色譜數據不合格，這些故障原因導致的變壓器故障問題分別一臺。按照統計的結果，能夠了解到220kV等級變壓器故障原因的分布狀態是比較分散的，但是在投運第一年就出現故障問題的一共是3臺，主要是散熱器滲油、乙炔超標、沙眼引發大蓋滲油這些故障因素。能夠明顯的觀察到，產生這些問題的主要因素就是質量不達標。

按照220kV變壓器故障時刻，進行統計以及繪制故障率與投運年限的曲線，實施相應的曲線擬合處理。如下圖1所示，為統計后的原始數據及擬合后曲線圖情況。

圖1 220kV變壓器故障率統計情況

通過進行觀察此圖顯示，220kV變壓器故障問題，多是產生于第一年、十年以后。而且在第一年出現故障問題的主要因素就是，漏油、材質問題等在內的變壓器本身質量問題。十年以后產生的故障問題，導致的因素就是很多的情況下引發絕緣損壞，從而完成出現類似短路等問題。

5 結語

在應用電力變壓器的過程中由于多種因素的影響仍然存在一些待解決的問題，這些仍然沒有解決的問題可導致變壓器出現故障或影響運行，因此電力系統相關工作人員必須加強對變壓器設備的巡視力度，通過觀察變壓器的使用運行狀態直觀判斷變壓器是否存在運行故障，保證變壓器在運行過程中具有較好的運行效果，促進電力系統的可以更加安全穩定運行。基于此本文開始相關研究，通過分析220kV變壓器的故障原因及其故障率，能夠了解到，投運的前三年、十年以后，屬于故障率高發時間段。前三年的故障，集中于材質、工藝等因素導致不合格的情況，投運十年以后，故障產生的因素主要就是絕緣破壞以及維護不當等。通過掌握住引發故障的因素，就能找到科學的減少220kV變壓器故障率的舉措，維護電力系統安穩運行。為了將投運前三年變壓器故障率降低，需要著手于變壓器生產廠家，嚴控變壓器的材質以及工藝流程等程序，確保入網運行過程中質量，而且正式的投運之前，檢修人員應該嚴格的檢查好220kV變壓器，查看有無損傷絕緣套管和滲漏油問題，檢查分接頭以及螺栓有無緊固，落實相應的絕緣測試、空載和短路試驗等，測試項目全部合格之后，才可以正式的運用。在220kV變壓器已經達到質量標準以后，會明顯的降低前三年發生故障率。為了將日后的故障率降低，加強日常的管理以及定期檢查屬于重點，比如勤檢查聲音、溫度有沒有正常，對于變壓器的污垢雜質定期的清理干凈，防止出現閃絡放電等問題。