電氣試驗在變壓器故障分析中的應用探究

陳星水

（杭州電力設備制造有限公司，浙江 杭州 310020）

隨著新時期的發展，人們對電能的需求量不斷增加。隨著電網的持續高負荷、滿負荷運轉，相應的供電設備和裝置發生故障的頻率也相應地增加。變壓器是電網中的一個重要部件，它直接關系到電網的穩定和安全。通常，變壓器發生故障的概率是比較低的。但是，如果在同一時間內，多個變壓器發生故障，將會造成重大的電力事故。尤其是在不能迅速處置的情況下，造成的危害會更加嚴重，因此要加強對變壓器的技術管理，并嚴格、科學地進行維修。由于變壓器是電網運行中的一個關鍵環節，如果不能及時地處理其設備故障，將會對整個電網的穩定運行產生很大的負面作用，所以在工作中要嚴格地執行操作規定，提高保障維修能力，這樣才能更好地提高電力設備運行的安全系數，避免因為設備故障率過高而影響到正常的供電。

1 變壓器故障原因探究

變壓器產生一般故障有以下幾種。

1.1 繞組故障

當變壓器工作時，因電流短路，往往會造成繞組承受較大的非正常電功率，從而引起繞組的溫度迅速升高，降低線圈的強度，造成繞組失效。本文對近年來有關線圈失效的原因進行了分析，發現由短路引起的繞組失效是引起線圈變形的重要原因，而現有的供電和管理體系，只能進行脫機檢查，從某種意義上來說，它的靈敏度和精度都很差，給以后的工作和系統的穩定、安全工作造成了困難。本文采用頻譜和短路電阻法對繞組線進行了胸部掃描，發現變形范圍越窄，對其絕緣部位的損傷越大，對其消融成分的分析也就越正常，但在某種程度上，它的測量精度并不能得到很好的保障。

1.2 鐵芯故障

在電力設備的運轉中，隨著磁場的改變，硅鋼板的長度會隨著時間的變化而發生周期性的振動。當芯型參數增大時，會導致振蕩的頻率增大，從而導致電磁波的錯誤。在通常情況下，鐵芯的振蕩頻率是100赫茲，并加入了一個較高的高頻，使得它的振蕩信號呈正弦形，以保證其工作狀態。在變壓器運行時，應使鐵芯達到可靠的接地狀態，防止出現懸空電勢和連續放電現象。如果接點超過2 個點，則因硅鋼板間的電流不均勻而形成環形電流，引起接地加熱，與可燃性氣體發生接觸，很容易發生放電和碳化。綜合來看，發生鐵芯失效的原因有四個：一是它的絕緣材料有破損和潮濕。二是由于變壓器上有油污，使得其絕緣特性更加惡化。三是外殼部分部件脫落，導致硅鋼板部分短路。四是由于鐵芯的絕緣涂層脫落等因素，使其在大氣中暴露，由此造成了鐵芯故障。

2 變壓器電氣試驗的原理以及相關方法

從國內的發展來看，電氣測試是一項很有意義的技術，它可以有效對變壓器的各種故障問題進行有效的分析和診斷，并根據具體的情況，科學地設計出相應的解決方法，并且在以后工作過程中增強故障隱患排查能力，從而降低故障率，確保其安全穩定運行。絕緣測試的目的是測試絕緣體的絕緣性能，例如線圈的主絕緣、接地絕緣和垂直絕緣，以及交流耐壓測試。在進行電氣測試的過程中，可以將測試結果與工廠的數據和往年的數據進行比較，這樣可以確保在以后的工作中對數據進行科學的運用，并且在分析的過程中，工作效率也會得到顯著提高。

2.1 故障診斷的標準化

隨著技術的進步，電力系統的故障檢測技術也得到了進一步的發展。但是，目前國內外對故障進行的診斷方法不盡一致，目前還沒有一個標準化的方法。通過對離線故障進行在線監測，發現其與以往的離線故障數據存在一定的差異。由于環境溫度、風噪、雨水環境等多種因素的影響，使得實測的結果具有很大的偏差。

2.2 繞組故障

在變壓器中發現了線圈和磁芯的問題，多數線圈失效時功能失效，需要進行維修。由于線圈的輻射和熱輻射的故障，導致了變壓器的局部絕緣故障，從而使整個變壓器的負載增加，同時由于管路的堵塞，也會對線圈的運行造成一定的不利影響。由于變壓器的結構上的問題，造成了電磁干擾。如果長期不進行維修，會導致線圈在工作過程中溫度上升，帶來較大的安全隱患。

2.3 絕緣套管故障

變壓器的絕緣套管失效取決于其出現的部位。在使用時，用隔離套對變壓器的輸出端起到防護作用，從而對線路進行防護。大部分的絕緣套管失效都是因為外層的絕緣套管破裂，從而導致高、低兩組導線短路或導線穿過變壓器的外殼，使絕緣套管失效，進而導致變壓器失效。在保溫設計中，由于不正確的隔熱結構，會導致套管溫度升高，套管開裂，從而對設備的使用安全性產生不利的作用。在安裝調試和維護過程中，由于人為的原因，導致了套管的內部積存了大量的油和灰塵，使變壓器長期處于污染的環境中，從而增大了變壓器的失效概率。

3 電氣試驗在變壓器故障處理當中的應用策略

3.1 變壓器油的試驗

為了保證變壓器的絕熱和隔熱性能，從而確保其穩定安全運行，在正式投產前，應對其進行抽油采樣，并進行油層分析，確保所有測試數值均符合要求后，方可投入使用。在投入使用后一個多月，根據電控程序對原油樣品進行追蹤和檢測，并對其進行碳氫化合物的含量進行檢測，以保證其工作的穩定、可靠。

在變壓器工作狀態下，變壓器油是一種具有優良絕緣特性的礦物油，它可以在變壓器線圈和線圈之間起到隔離的作用，從而減少變壓器在使用中出現的問題，提高變壓器的絕緣能力。在超載使用時，要密切關注輸油速率和碳氫化合物濃度的動態，特別是當乙炔濃度超出規定范圍時，很容易出現電弧放電。電氣測試員要逐步熟悉測試的方法與原則，從色澤、溫點、閃點、微水含量、酸價、油介損、油耐壓、油相層析等方面進行測試。通過對變壓器油的測試，綜合各種測試結果，可以更精確地判定出設備的失效形式。隨著科學技術的發展，目前已逐漸將石油在線監控裝置引入變電所的主、電流變壓器中，以達到對電網進行即時監控與預警的目的。

3.2 電氣試驗中直流電阻試驗

變壓器的直流電阻測試是電氣測試中的一個關鍵環節，它的主要任務是檢測線圈的品質和線圈是否完好，從而找出由機器應力造成的導線斷股、接觸不良和匝間短路等故障。通過對直流電阻進行測試，可以提高設備維修的質量和工作效率。尤其是當有負載的分接開關發生短路和變壓器連接時，可以及時地檢測和正確的判定。當前較為成熟的直流電阻計可實現三相電阻計的同時檢測，極大地提高了工作速度。在測試之前，要對變壓器的工作范圍進行檢測，并將其上部的溫度進行登記，保證三相線圈均在斷開的情況下，測試儀表的接地線和導線符合規定，在配線時，要充分考慮到極性對測試結果的影響，保證接線鉗的接觸面可靠，接線者在進行測試時要與高壓樁保持一定距離，防止因瞬間的壓力而導致接線者從高空墜下。測試完畢后，按照規定進行放電，并按照規定進行三相不均衡速率的測算，并與實測資料進行比較。當發生三相電壓不均衡時，首先要對實驗儀表及實驗線路進行檢查，確認正確后，再進行有負載的分接頭幾次，然后進行實驗。[1]

如果測試結果仍不滿意，可以對有載分接開關進行重新操作，對分接開關的油缸進行清潔，并對其與變壓器線圈的接頭進行檢查，并用負載分接開關進行重新處置，以消除變壓器線圈和套管接頭的外部問題。如果測試結果仍不能滿足要求，則應對主變電套進行吊裝，并對其進行絕緣測試。通過直流電阻測試，可以掌握變壓器的運行情況，從而提高設備的運行效率。

3.3 交流耐壓試驗的應用

交流電壓測試是衡量儀器絕緣性能最直觀、最高效的方法，是一種具有破壞性的測試方法。測試的重點是新投入使用的變壓器和經過檢修的變壓器，測試其主絕緣是否能夠承受過電壓，例如：過電壓、運行過電壓、內部過電壓等。通常采用感應耐壓方法對變壓器縱向絕緣進行絕緣強度評定。在進行電氣測試之前，必須對其進行絕緣電阻檢測，通過后方可進行測試。要保證不受測試線圈的短路，高壓電線和地面要有適當的安全間距，測試之前要對測試線路進行測試，設定保護電壓，在加壓過程中要留意加壓速率，并要注意是否有煙霧或異常的放電聲音。如有下降電壓立刻進行減壓檢測，確認沒有問題后，重新加壓一分鐘后，在一分鐘內釋放并重新進行絕緣電阻檢測。當前，對變壓器的抗壓測試多為串口共振，在測試中要特別留意測試頻次為工頻，測試之前還要對變壓器的高壓套管進行檢查，對已滿油的變壓器進行大檢修后，要在一定的時間內進行測試。對變壓器的耐壓性失效，必須進入工廠進行追蹤分解，全面了解其內部構造及工作機理，對其原因進行審慎的分析。[2]

3.4 短路試驗操作

變壓器的短路測試通常是在變壓器出廠之前進行的，因為受測試環境的制約，在設備安裝后，通常僅進行低壓的短路測試。大容量的電力系統，其可靠度主要依賴于其構造及生產技術，其次是通過性能測試來了解其工作狀態。在短路時，電流對電線的彎曲和拉伸性能有很大的影響。在設計時，必須考慮到其耐短路性能；在投入使用之前，必須進行一次短路測試。短路測試時，采用橫接合等長線路，由裝置的高電壓端上加載，短路測試可以檢測出短路電阻、短路阻抗和短路損失。[3]

這種測試可以反映線圈的變形和位移，同時也是判定線圈的變形程度的一種輔助測試手段。變壓器的短路測試技術一直在發展，尤其是對短路的判定技術進行了研究。另外，在出現短路事故時，要根據變壓器油色譜分析、繞組直流電阻和電容、繞組頻率特性等方面的測試，來判斷故障的本質，并制定相應的防治對策。[4]

3.5 繞組的頻響分析

針對線圈的檢測，采用線圈頻域響應分析方法，根據線圈的掃描特性與原始數據的差別，可以較好地判斷出線圈的實際狀態。它的基本原理就是確定頻響曲線的波谷和波幅的變化。而繞組的畸變主要是由機械力、電動勢、短路電流等引起的變壓器的大小和外形改變。在實際應用中，線圈的畸變直接關系到整個控制的穩定。為了減少變壓器的損失，必須考慮到變壓器的實際工作狀況，對線圈的變形進行適當的調整。當線圈的頻率響應法被用于探測線圈的畸變時，可以使用正弦波掃描技術來進行辨識，它的工作原理是將掃描頻率的一頭導入到地面上，然后由另外一頭對所傳輸的數據進行實時的測量，再由傳輸功能進行運算。通常情況下，在頻率改變時，需要對其對應的傳輸功能進行適當的調節，將其視為幅度-頻率反應，而對應的相位改變叫做相頻，即相頻反應，即線圈的頻率特性。利用同主變電壓水平三相繞組頻響曲線進行了橫向比較，結果表明：在實際使用時，無需測量主變的頻率響應，而且可以檢測線圈的變形，使用起來更加迅速。然而，與之對應的缺陷也相對突出，例如三相線圈容易發生形變，從而造成判斷困難。[5]

4 結語

總之，為了保障電力系統的正常運行，必須對其進行電氣測試，并對其進行故障原因進行分析，從而達到綜合防治的目的，針對特定的問題和部位采取相應的應急措施，以保障其正常運行和穩定運行，從而在某種意義上降低了變壓器發生事故的概率，保障了地區的電力供應。對變壓器的失效原因進行了詳細的分析與解釋，并提出了相應的規范，以保證資料的準確性。在進行故障檢測時，先將變壓器所提供的資料進行故障處理，再依據實測資料找出問題所在，并依據所掌握的相關知識及測試數據，提出解決辦法，盡量減少故障，延長變壓器和系統的使用年限。電氣測試技術是目前在電力設備日常檢修和故障檢修中普遍采用的一種方法。在進行電氣測試時，如果出現了一些問題，要根據現場的具體狀況，采取相應的措施，提高電力系統的安全性、可靠性。電氣測試工作者要不斷提高自身的技術水平，加深對新技術的掌握了解和實際運用，并實行全過程、全系統的技術管理，以保障其在長時間的工作中能夠保持良好的狀態。