電力變壓器常見故障原因分析及處理措施

呂曉東，鄭 雄

（廣州西門子變壓器有限公司，廣東 廣州 510530）

1 電力變壓器的意義

在電力系統中，電力變壓器是電網設備必不可少的一部分，為保證整個電力系統安全運行，從外觀上看，電力變壓器主要是由套管、引線、儲油柜、冷卻裝置、器身、油箱箱體等組成。電力變壓器作為發電廠和變電所最重要的運行設備，保證了電網系統的電能輸送。其中，高、低壓引線及套管為系統提供所需要的電壓和電流，保證整個電力系統的穩定性；儲油柜能在變壓器帶不同負荷條件下調節變壓器油箱內的儲油量和油位高度；冷卻裝置能夠對電能傳輸中鐵心和繞組產生的熱量進行散熱處理，保證器身運行在合適的溫度下；變壓器鐵心和繞組安裝于油箱內，需要有足夠的機械強度，并且能保證良好的散熱效果。因此，在電力變壓器運行中，變壓器各部件的質量是保證電力系統安全運行最重要的前提條件。圖1 為電力變壓器構造。

2 電力變壓器常見故障原因分析

2.1 自動跳閘和自動重合閘故障

對于我國電力系統來說，電力變壓器的安全運行是至關重要的，尤其是在日常的運維過程中，工作人員需要對整臺電力變壓器進行電氣、油樣等全方位的檢查，確保每一臺電力變壓器的穩定性。但是在實際運行中，時常會因為電量保護和/或非電量保護設置不盡合理，從而觸發自動跳閘和自動重合閘現象，這是一種比較常見的故障現象，需要及時進行設置和處理。因此，為了避免電力變壓器自動跳閘和自動重合閘故障的發生，需要積極加強日常的檢修工作。

2.2 發生短路故障

電力系統在日常的運行維護過程中能夠有效檢測出比較常見的電路故障和隱患，并予以解決，從而保證了整個電力系統的穩定性。但在日常檢測時，還是有些電回路處理不當從而發生的短路現象。其中，短路是由于內部引線連接不當，而導致了短路故障的發生，也可能是產品在原廠設計、生產過程中的疏漏環節，導致在運行中發生短路故障。因此，為了避免在運行中發生短路故障，需要安排專業人員在變壓器的生產源頭進行設計評審、監督生產過程中的工藝流程，并嚴格根據按照廠家要求的電路原理圖，開展運維過程中的工作，保證供電的可靠性。圖2 為電力變壓器短路。

2.3 材料絕緣故障

電力系統和制造廠家在相關原材料的選擇中，需要對相關原材料的絕緣性能進行測試，保證原材料優質的絕緣性能。只有在保證了原材料優質絕緣性能的條件下，才能有效保證電力系統的穩定性。在日常的檢修和電氣試驗過程中，經常會發現因絕緣材料失效而出現的電路故障，嚴重降低了電力系統的安全供電。因此，為了避免相關絕緣材料絕緣失效故障的發生，工作人員需要積極加強絕緣材料的檢測。對于有潛在缺陷和老化的絕緣材料，需要進行及時處理和更換[1]。

2.4 油位檢測故障

電力系統在進行日常的運行中，對于油箱方面的檢測也需要密切注意油位的變化。電力變壓器的油在運行中起到冷卻和絕緣作用，變壓器器身浸沒在合格的變壓器油中，才能安全運行。如果由于油箱滲漏或溫度的原因，導致油位過低，外面的潮濕空氣進入油箱內，器身暴露于潮濕空氣中，器身的絕緣性能將受到破壞，危及變壓器的安全運行。在日常檢查中，由于對于油位的監測不到位，從而導致了電力變壓器故障的案例時有出現[2]。因此，在日常的檢修過程中，工作人員需要積極應對不同狀態下的油位進行檢測和評估，避免因油位過低而造成變壓器事故。圖3 為電力變壓器身。

圖3 電力變壓器器身

3 電力變壓器常見故障處理措施

3.1 優化變壓器自動跳閘現象

我國電力系統日常的電力變壓器巡檢，有相應檢修規程和導則，如DL/T 573—22021“電力變壓器檢修導則”[3]，工作人員需按該導則的相應條款要求對電力變壓器開展巡檢工作。對于日常檢修過程中出現的自動跳閘的現象，需要積極對電力變壓器的保護參數進行優化。電力變壓器在運行時，與電力變壓器相連接的斷路器發揮出了重要的作用。在保障電力變壓器穩定供電的情況下，需要在斷路器上安裝相應的繼電保護裝置，對出現的自動跳閘現象進行有效的監控，從而保證了整個電網系統的安全穩定。例如，南方某地區電力系統在進行日常的變壓器優化過程中，對電力變壓器有全面地排查和評估，如果在日常運行中出現了電力變壓器自動跳閘現象，工作人員會及時對此情況進行分析，并給出合理的優化方案。在未來的電力變壓器維護中，工作人員需要加強自動保護方面的學習，保證電力變壓器的穩定，有效提升整個電力系統的水平，從而有效實現電力變壓器在電網中的價值[4]。

3.2 做好變壓器短路檢修評估

電力系統在對電力變壓器日常的檢修中，工作人員需要加強相關電氣性能參數的檢測。變壓器短路是一種比較常見的運行故障，在發生外線路短路故障時，電力變壓器內部會承受強大的短路電流，該電流取決于外線路參數和變壓器的自身阻抗，可能會高達變壓器額定電流的數倍，甚至更高，從而危及變壓器的內部結構，導致不可恢復的破壞。基于變壓器在系統中的重要性和價值高、維修周期長等特點，在變壓器發生短路故障后，及時對變壓器的狀態進行評估是十分必要的。按電力行業的相關標準和規程要求，以及國家電網公司的重大反事故措施，在發生短路故障后，要求對變壓器進行電氣試驗和油樣分析，特別是變壓器繞組的頻響分析，縱向和橫向比較繞組的變形量，判斷變壓器繞組在承受短路故障后的狀態，以便作出是否可以繼續投入運行，或者密切監控、返廠維修等決定。該評估方案在電網系統近20 年中得到廣泛應用，有效地降低了變壓器在承受短路故障后帶病投運并導致后續重大事故發生的風險性，保證電力系統的穩定性[5]。圖4 為工作人員對電力變壓器進行日常檢修及維護。

圖4 工作人員在對電力變壓器在進行日常下檢修和維護

3.3 加強絕緣材料的選擇

絕緣材料的質量直接決定了變壓器的壽命，絕緣材料的選擇涉及變壓器的合同談判、設計、采購、儲存、生產工藝等各環節。為保證絕緣材料的選用合理和質量控制，在變壓器的合同談判期間就應確定關鍵原材料的性能參數和品牌；在變壓器設計時，應充分考慮變壓器的運行條件和工況要求，綜合電場、磁場、溫度場等設計條件，合理選擇滿足變壓器在技術協議要求的全生命周期（如30 年）內的絕緣材料有效運行；在變壓器制造廠家開展原材料采購時，應嚴格按合同和簽署的技術協議要求進行采購，必要時，應安排品控人員到原材料廠家進行生產過程監控；絕緣材料到達變壓器制造廠家后，要按絕緣材料廠家要求的溫度、濕度合理儲存，并在規定的時間內及時使用；在制造過程中，要嚴格按變壓器廠家成熟的工藝規范，對絕緣材料進行干燥、成型處理，確保與設計參數保持一致。根據筆者多年的經驗，在變壓器制造廠家嚴格控制原材料的選型和工藝要求，對設備的后續安全運行極其重要，對設備的運行成本也是最合理的。一味追求產品的銷售價格低廉，勢必影響原材料的選用和工藝控制，最終會降低變壓器的可靠安全運行，甚至導致運行事故的發生[6]。

3.4 合理評估變壓器安全風險

變壓器在運行期間，雖然按標準和規程要求進行了定期的電氣性能試驗，但仍會有些潛在的風險和故障。隨著傳感器、數據模型、數據處理和通訊的發展，在線監測技術在運行的電力變壓器上得到了廣泛的推廣和應用，甚至出現了與實際運行一致的“數字化孿生變壓器”[7]。在線監測設備可有針對性地監測變壓器的運行狀態，對可能影響變壓器運行安全的參數進行實時監控，根據設定的閾值，作出合理的聲、光報警，甚至直接將變壓器退出運行。在現階段，變壓器油的特征氣體分析、鐵心、夾件對地電流、套管的電容和介損測試，以及變壓器的負荷、頂層油溫、油位、冷卻器狀態等均可以有效地實現監測。綜合監測到的變壓器運行參數，基于成熟的專家診斷系統，合理評估變壓器的缺陷，判斷變壓器的運行狀態和風險，及時調整變壓器的負荷，為決策層對設備的后續運行工況作出決定，提供了充實的依據。這個系統和模式的實施，多次對事故發出了提前預警，避免了重大事故的發生。

4 結語

綜上所述，隨著我國電力系統的不斷完善和發展，一些影響、危及電網安全的隱患在逐漸顯現出來，電力變壓器在電網系統中的安全運行越來越重要。本文基于電力系統中常見的故障現象，分析了故障發生的原因，從變壓器產品的技術協議、設計、原材料選用、生產工藝等制造廠家的環節，和產品在運行中利用現行成熟、先進的在線監測設備等手段，提出了對應的處理、防范措施，為提高變壓器設備的可靠運行，提升電力系統的安全穩定，對設備運行和監測是有重要指導意義的。