電力系統中6 kV 變壓器短路故障診斷與維修

汪 琳

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163711）

0 引言

在深入對電力系統的異常現象分析時發現，變壓器短路故障是造成系統異常的主要構件。同時，電力變壓器也是電力系統中最主要的供電設備，可以將其作為一種呈現靜止狀態的電氣設備，在系統中主要將某一數值的交流電流或電壓，通過某種處理方式，將其轉換成不同數值的一種或多種電流或電壓[1]。根據我國電力局對市場內各大供電單位反饋數據的統計可知，隨著電力市場發展規模的提升、供電范圍的增加，由于變壓器故障造成的電力系統運行異常事故正逐年呈提升趨勢。盡管電力單位在發現故障后已在短時間內采取有效措施進行故障處理，但每年電力事故數量仍未能降低。為了解決此方面問題，此次研究將以電力系統中的6 kV 變壓器為例，設計一種針對此變壓器的故障診斷與維修處理方法，布置變壓器在線監測環境，獲取并處理電力系統變壓器運行數據；引進頻響法，對變壓器在運行中的線路繞組情況進行變形測試，根據變形測試結果，對其短路故障進行在線診斷。選擇與之匹配的故障處理與維修方式，以此種方式，及時發現電力系統故障，實現在最快時間內進行故障的診斷，為系統的穩定與安全運行提供技術保障，保證變壓器運行的安全性與穩定性。

1 6kV 變壓器短路故障診斷與維修方法設計

1.1 在線監測與處理電力系統變壓器運行數據

為了實現對電力系統中6 kV 變壓器短路故障的有效診斷，需要在電力系統運行過程中，對其中的變壓器運行數據進行在線監測[2]。變壓器運行在線監測環境如圖1 所示。

圖1 變壓器運行在線監測環境

設定變壓器運行指標，由電力控制終端與在線監測傳感器進行變壓器運行數據的反饋，實時感知運行前后數據是否存在顯著性變化。將存在顯著變化及其前后監測數據作為訓練集合，對此部分數據進行正態分布校驗。

當檢驗后數據滿足整體反饋信息的正態分布需求時，使用ANOVA 工具，進行反饋數據的分析，計算數據的平均算數值，判斷算數值是否存在顯著差異，輸出存在顯著差異的算數值集合，將其作為監測結果數據[3]。當校驗后的數據不滿足正態分布條件時，可以使用Kruskal-Wallis 方法，計算反饋數據的極差值、方差值、中位值等特征性數值的分布是否存在差異，當存在差異時，輸出差異數值，將其作為監測數據。

為了保證監測數據的高精準優勢，可在初步完成的監測數據的輸出后，在所選的訓練集數據中，隨機進行n 次數據的采樣，采樣后選擇m 個數據樣本，生成n 個待訓練子集[4]。對n 進行訓練后得到n 個決策樹，對每個決策樹進行分類處理，根據處理后信息的增益值，選擇訓練結果中的最大值作為樣本特征值，對其進行持續分裂處理。通過此種方式，可以得到樣本在訓練過程中的特征情況，將具有相同特征的樣本數據劃分為一類數據，輸出a 個樣本特征子集，將其作為監測中得到的異常運行數據，以完成對電力系統的在線監測、數據獲取與處理等操作。

1.2 基于頻響法繞組變形測試的短路故障在線診斷

完成對變壓器運行情況的在線監測后，引進頻響法，對變壓器在運行中的線路繞組情況進行變形測試，根據變形測試結果，對其短路故障進行在線診斷[5]。在此過程中，需要先確定變壓器三相繞組中某一側存在短路故障，在繞組的一端注入掃頻信號，在另一端對注入信號傳輸過程進行測量，根據測量的過程，可生成一個信號傳遞函數，函數表達式如下：

式中：C 為信號傳遞函數；s 為掃頻信號；K 表示為測量有效距離；τ為信號在傳輸過程中的振動幅度。當檢測結果顯示繞組發生了形變后，可以將此時繞組的狀態量進行離散化處理，定位繞組發生形變的相位點，以此種方式，掌握變壓器出現異常或短路故障的具體位置，從而實現對電力系統中6 kV 變壓器短路故障的在線診斷。

1.3 基于故障決策結果的維修處理方法

在完成對6 kV 變壓器短路故障診斷與故障決策后，進行電力變壓器故障原因的分析，經過綜合決策與故障的系統化可知，電力系統中變壓器出現短路故障的主要原因包括低壓側出口保護裝置短路、氣室開關設計不合理導致的跳閘。由于后者產生的變壓器短路問題，可以采取自行更換的措施進行故障處理，但在自行更換過程中要注意對變壓器生產供應廠家型號進行咨詢，確保更換后的構件可以滿足電力系統可持續運行需求。針對前者故障，可以采用低相位繞組替換的方式進行故障排除。當繞組出現變形問題后，可以采用固定繞組并對其進行擰緊處理的方式，避免電路繞組由于松懈出現短路異常。

2 實例應用分析

為了證明設計的方法可以在實際應用中起到優化電力系統穩定性的作用，將以某電力系統故障實例作為研究對象，展開分析。

在2021 年10 月，某電力單位中，有效容量為4050 MV·A、6 kV 的三相電力變壓器其中380 V 一側出現開關跳閘現象，直接導致主變壓器出現跳閘。采用設計的方法進行6 kV 變壓器故障排查。先按照設計的方法，進行變壓器運行的在線監測，根據傳感器反饋的信號與信號傳導波形圖發現，變壓器一側三相線路出現短路故障。為了進一步定位短路故障位置，確保對故障的有效處理與解決，引進基于頻響法繞組變形測試法，按照設計的流程，對故障區域進行測試。此方法是用于檢測電力變壓器繞組是否發生形變的主要方法，通過對不同相位變壓器在運行中繞組振動幅度的分析，并通過相位橫向與縱向的比較，可以精準掌握故障位置，以此為依據，便可以實現對電力系統中6 kV變壓器短路故障的在線診斷。

按照上文所述的方法，獲取6 kV 變壓器在運行過程中的振幅（單位為dB）與振動頻率（單位為Hz），將獲取的數據繪制成曲線，6 kV 變壓器短路故障繞組頻響測試結果如圖2 所示。

根據圖2 所示的測試結果，可以精準判定變壓器三相繞組存在的短路點。將所得數值與標準數值進行比對，比對后發現三相繞組存在明顯的變形現象。在完成對故障現象的診斷后，參照1.3 所述的短路故障處理方法，進行6 kV 變壓器短路故障處理與變壓器維修。經過電力企業、變壓器生產廠家與省級電力公司等單位的共同決策，將此變壓器進行返廠大修處理，并聯系廠家緊急調送一臺相同規模的電力變壓器，按照規范進行現場安裝、調試。投入使用后，按照上述方法，進行6 kV 變壓器繞組頻響測試，繪制如圖3 所示的故障處理后測試圖。

圖2 6 kV 變壓器短路故障繞組頻響測試結果

圖3 6 kV 變壓器短路故障處理后繞組頻響測試結果

根據圖3 所示的測試結果可以看出，6 kV 變壓器短路故障現象已完全被排除，三相繞組運行穩定，無變形現象，滿足電力企業輸電需求。

3 結束語

從在線監測與處理電力系統變壓器運行數據、基于頻響法繞組變形測試的短路故障在線診斷、基于故障決策結果的維修處理方法3 個方面，對電力系統中6 kV 變壓器短路故障診斷與維修方法展開設計研究。完成設計后，以某電力系統故障實例作為研究對象，設計實驗，根據實驗結果證明設計的故障診斷與維修方法，在實際應用中，不僅可以起到短路故障的精準排查作用，同時也可以實現對故障的有效處理。希望通過此次的研究，為我國電力產業的發展與建設提供技術層面的有效指導與幫助。