變壓器的運行維護及故障處理技術分析

中節能（臨沂）光伏農業科技有限公司 羅貴濤

變壓器作為靜止的電氣設備，隨著高壓、自動化、大容量電力系統的發展與應用，對于設備的穩定性要求也不斷升高。作為電力系統的核心、可靠供電的基礎、安全用電的保障，變壓器要完成系統升壓、降壓功能，是系統中故障發生概率較高的電氣設備。因此，為避免出現電力癱瘓、安全風險等事故，應圍繞常見的故障問題分析處理技術，做好運行維護工作，使變壓器安全、穩定運行，提高電力系統穩定性。

1 變壓器的運行維護技術

1.1 紅外熱成像維護技術

在變壓器運行過程中，多數故障均與高溫有關，為將“防大于治”落實到運維工作的實處，可運用紅外熱成像技術及時發覺故障，為技術人員的故障判斷提供技術支持。具體而言，某公司在變壓器實際運維過程中，主要將其用于表面溫度判斷、圖像特征判斷、發熱缺陷分析，尤其是設備運行效率較高時。后期巔峰是紅外熱成像維護技術測量數據的合理時間，此時設備耗電進入高峰階段，根據紅外云圖，以及設備狀態的垂直與橫向對比，預估設備狀態，分析可能出現的故障問題，以此為基礎設計合理的維修周期。

1.2 數字孿生監測技術

數字孿生監測技術共分為五層架構，即數據、接口、組建、服務、應用。根據變壓器的數據運行情況，實現虛擬與現實的連接，搭建三維交互模型，借助可視化技術，獲得變壓器運行狀態的數字孿生體，并將相應的數據上傳至變壓器運維故障處理中心，依托大數據匹配分析的技術優勢，生成變壓器故障運維方案，保證變壓器運維安全。

數字孿生監測技術會對變壓器的日常運行狀態進行數據采集和檢測：通過對于變壓器的單日運行功率因數、電壓等數據進行檢測，進行變壓器運行風險判斷，并完成變壓器運行狀態及發展趨勢預測。根據變壓器內部已有的預制進行變壓器風險運行管理和判斷。結合風險判斷及預測結果，進行變壓器設備參數的智能調配，或是根據變壓器歷史運維數據，完成變壓器日常運行狀態管理和監測工作，提高變壓器故障處理效率。

數字孿生監測技術會對變壓器運行過程中的實時狀態進行檢測告警：差動保護告警。數字孿生監測技術會在中央處理器中根據綜合自動化系統處理通信裝置，獲得變壓器的高壓側相和低壓側相電流數據。根據低壓側單電流角度，在后臺自動完成恒壓源低壓通電電流、電壓等角度數據計算。計算結果會與變壓器運行狀態正常情況下角度數據進行對比，一旦檢測到變壓器電流角度異常數據，會立刻在變壓器顯示屏中進行告警，提醒變壓器運維人員進行故障檢測；多點接地故障告警。數字孿生監測技術會對于變壓器鐵芯絕緣電阻的運行狀態進行檢測，當該電阻值過低會立刻觸發接地故障告警裝置，并根據接地線的環流狀態，利用小套管完成多點接地狀態分析，確定故障區域，并自動完成故障信息推送[1]。

1.3 信息化日常檢查與巡視技術

新時期下，某公司在開展變壓器運維工作時，以信息化技術為載體，通過RFID、物聯網、智能傳感設備等技術的綜合運用，打造智慧日常巡檢模式，同步記錄運維數據并歸檔整理，為后續原因分析、故障處理提供堅實的數據基礎。其中，還結合BIM技術，根據構筑物結構以及電網系統，通過可視化模型優化巡視線路，目前嘗試引入智能機器人巡檢技術，實現變壓器運行狀態、外觀缺陷的精準檢查與分析，使技術人員集中時間與精力解決故障問題，提高設備運維效率。

2 變壓器的故障處理技術

2.1 短路故障及其處理技術

短路故障是變壓器的常見故障，主要表現為繞組變形、絕緣溫度過高，一旦出現該故障，將影響變壓器的熱穩定性與承受能力，增加設備擊穿、損毀風險，進而誘發電力系統故障。在處理變壓器故障時，要從故障現象出發，做好計算工作，分析原因，然后制定有效的處理方案。以某公司發生過的一起變壓器短路故障為例，額定工作電壓（35±2×2.5%）/10kV，設備銘牌見表1。

表1 設備銘牌

故障現象為：設備曾因高壓側A相外絕緣損壞返廠大修，后續運行期間，故障前出現過流速斷保護動作，跳開高壓側開關。經現場檢查發現：靠近設備B相低壓側附近存在一只燒焦老鼠，同側繞組頭尾引出線外絕緣燒毀嚴重，高壓側A相、B相外表面存在過熱痕跡；A相、B相高壓側繞組無載調壓抽頭位置存在電弧灼黑痕跡，引出線金屬連接處存在熔化現象；A、B相銅屏蔽線灼傷嚴重；A相電纜附近外表面被熏黑。

為判斷故障原因，設計落實有效的處理技術方案，在故障分析過程中需計算短路電流。根據故障現象與問題來看，初步判斷變壓器室密封不良，老鼠進入爬至低壓側B相繞組，該處先行發生短路，繼而引起短路電流并作用于低壓、高壓側繞組。其中，在變壓器低壓側短路電流計算公式為：

公式（1）中：ZT為變壓器阻抗（Ω）；U`k為阻抗電壓百分比，故障設備為0.1189；U2為低壓側系統的標稱電壓（kV），故障設備為10kV；ST為變壓器容量（kVA），故障設備為5000kVA。通過帶入故障變壓器的相關參數，低壓側短路電流為2.378Ω。設備低壓側三相短路穩定電流有效值計算公式為：

公式（2）中，Ik為低壓側三相短路穩定電流有效值（A）。將低壓側短路電流數值代入公式（2），Ik為2549.28A。在高壓側短路電流計算中，該側短路電流穩態值為：

公式（3）中，Id為變壓器高壓側短路電流穩態值（A）；In為高壓繞組額定電流（A）。經檢測，設備高壓繞組額定電流為82.5A，代入公式（3），得到Id為693.86A。

瞬態最高短路電流峰值計算公式為：

公式（4）中Idm為瞬態最高短路電流峰值（A）。將變壓器高壓側短路電流穩態值（693.86A）代入到公式（4）中，瞬態的峰值為1769.34A。由此而見，短路阻抗與短路電流之間呈反比關系，結合上述計算與現場檢查結果，變壓器故障原因確定為小動物誤入變壓器室引起，故落實以下處理措施。

首先，基于成本控制視角，處理變壓器外觀。由于A相和B相的外絕緣表面并未出現裂痕等損壞現象，故選用酒精布將其擦洗干凈，然后重新落實絕緣處理。某公司選用PRTV絕緣涂料規范噴涂。此項技術操作同樣用于處理A相高壓側纜頭附近灼黑痕跡處理。

其次，更換處理損壞內容。針對B相低壓側繞組頭尾引線出頭損壞這一現象，某公司組織工作人員重新綁扎再進行絕緣涂料噴涂處理，其中綁扎材料為絕緣性較強的玻璃纖維帶。針對A高壓側繞組引出線金屬連接位置出現的熔化現象，經現場分析發現其拆除難度較大，故選擇打磨處理熔化部分金屬表面，然后使用酒精將此處擦洗干凈；最后，對于A、B相的電纜銅屏蔽線的燒毀處理，則選用直管銅鼻子對接后用壓接鉗壓接好，并用絕緣膠帶重新綁扎好。經后續帶電監測跟蹤發現，設備運行穩定。

2.2 放電故障及其處理技術

放電故障包括局部放電、火花放電、電弧放電現象，不同現象的常見誘因不同。局部放電主要是因為絕緣部位受到電壓作用，比如油墨、縫隙等部位；火花放電則是因為設備內部接觸不良，比如金屬與其他零部件出現接觸等；電弧放電主要發生在繞組層間的絕緣被擊穿時，故其放電能量密度大、產氣速率高。針對此類故障，須規范開展試驗工作，記錄放電范圍、電量變化數據等，然后靈活使用油溶解性氣體分析法、外部特征監測法、紅外測溫法等科學診斷變壓器故障，準確識別類型。明確為放電故障后，可根據實際情況采用以下處理技術。

2.2.1 三相不平衡處理技術

在變壓器運行過程中，一旦發生三相不平衡現象，將對變壓器穩定性造成極大影響，導致放電故障出現的同時，也會增加設備損耗，降低設備效用，影響設備使用壽命。為避免變壓器油壓過高及變壓器損壞和燃燒等問題，對三相不平衡進行處理時，集中控制負荷功率，根據設備參數特點調整三相負荷。

2.2.2 滲漏油處理技術

當變壓器出現滲漏油現象時，將不可避免地造成滲出點臟污，當滲出點在帶電部位附近時，比如變壓器進出線套管，將在套管上積累一層污物，受潮時將引起“污閃”事故，導致套管外表面放電。不僅如此，漏油還會降低油位，使得油與空氣接觸發生酸化，增加油的深度[2]。

針對因滲漏油導致的變壓器放電故障，某公司組織技術人員對變壓器漏油情況進行檢查，針對不同部位的漏油現象開展差異化處理工作。若是發現油流出殼體后，小心安裝螺線管；若是發現變壓器分接開關有漏油，在緊固螺釘前，要先打開分接開關；若是設備蓋板漏油，固定蓋板大頭螺釘，然后檢查油的顏色，確認無質量問題。完成緊固等處理工作后，對變壓器密度進行檢測，若是增大意味著其表面存在裂紋，及時清理，并對變壓器內殼絕緣進行一并檢查，通用標準要求保溫層分級并檢查一致性，若絕緣電阻不滿足規定值，應增加絕緣電阻。

2.2.3 接地不良處理技術

接地電阻過大，或是地線松動，將造成接頭放電。因此，在處理變壓器放電故障時，須分析外界天氣環境對變壓器是否造成損壞，尤其是弱接地，優化接地裝置，避免出現不良接地現象，保護配電柜質量。處理前，準確測量接地并對比，確保分配器正常工作。

2.3 絕緣故障及其處理技術

變壓器涉及較多絕緣材料，隨著設備的長久使用，絕緣材料難免出現磨損、老化等現象，而這將降低設備整體絕緣性，從而引發故障。在對絕緣故障進行處理時，需全面分析設備絕緣是否受潮，設備當前是否存在滲漏點及其分布情況，然后制定相應的處理方案。某公司對曾出現過的絕緣故障，將電壓器油排至油罐，補焊處理高壓氣高壓側出現的滲漏點，更換損壞密封墊，保證設備密封性。除此之外，擰緊導電桿，壓緊螺母，使密封墊能夠固定在導電桿上，針對設備內部存在的氫氣，加熱過濾、真空脫氣，實現對氫氣成分的消除[3]。在此技術環節后，對變壓器進行熱油循環處理，通過高溫干燥徹底清除油中的氫氣、二氧化碳、一氧化碳，然后真空注油，觀察油色譜，規范開展試驗檢測，滿足現行標準要求后投入使用。

3 結語

為提高電力系統運行狀態的安全、穩定性，本文結合案例，分別論述了變壓器運行維修技術與故障處理技術。在運維方面，要注重新工藝的應用，優化日常檢查、強化監測智能化程度等，依托于全面、全過程運行維護將各類故障及其影響降至最低；在故障處理方面，要做好絕緣、放電、短路這類常見問題的處理，根據實際情況做好現場檢查、計算、原因分析，根據分析結果采取相應的處理方案，實現故障的高效率處理，提高系統運行可靠性、穩定性。