10kV配電變壓器故障及對策探究

王 生 甘 鵬 嵇雨軒 任 達

（國網電力科學研究院有限公司）

0 引言

變壓器在電力系統中有著非常重要的作用，具體分析如下［1-4］。

電壓轉換：變壓器的主要作用是將高電壓（如110kV、220kV等）的電能轉換為低電壓（如10kV、400V等），以便安全供電到不同類型的負載。這種電壓轉換是電力系統中的必要步驟，因為高電壓輸送電能更遠，但對于終端用戶低電壓更安全。

電能分配：變壓器在電力系統中充當了電能的分配器。它們將來自高壓輸電線路的電能分配給不同地區、城市和建筑物，確保電力平穩供應，以滿足各種用電需求。

電壓穩定性：變壓器能夠提供電壓穩定性，確保在負載變化時，終端用戶接收到穩定的電壓。這對于保護電子設備、機械設備和其他敏感設備非常重要，以防止電壓波動對其造成損害。

功率傳輸效率：通過將電能在合適的電壓水平傳輸，變壓器有助于提高電力傳輸效率。這減少了電流損耗和線路功率損耗，從而降低了能源浪費和成本。

電力系統調節：在電力系統中，變壓器還可用于電力調節和管理。它們可以通過改變變比來調整電壓，以適應電力系統的不同運行條件，確保系統的穩定性和可靠性。

隔離和安全：變壓器具有電氣隔離功能，可以隔離高電壓側和低電壓側，以提高電力系統的安全性。這種隔離功能有助于防止電擊、短路和其他安全問題。

應急備用電源：某些情況下，變壓器可以用作應急備用電源。它們可以通過連接備用電源到低電壓側，為關鍵設施提供電力，如醫院、消防站和緊急通信中心。

綜上所述，10kV配電變壓器在電力系統中扮演了關鍵的角色，它們不僅實現了電能的分配和轉換，還確保了電力系統的穩定性、效率和安全性。因此，對于變壓器的故障預防和及時處理至關重要，以保障電力供應的可靠性和連續性。本文將深入探討10kV配電變壓器可能出現的故障及相應的對策，以確保電力系統的平穩運行。

1 10kV配電變壓器常見故障

1.1 過載

過載是10kV配電變壓器常見的故障之一，它指的是變壓器長時間或瞬時承受超出其額定容量的負荷電流。這種情況可能導致嚴重的問題，包括變壓器損壞、設備過熱、供電不穩定等。

1.2 短路

短路是10kV配電變壓器常見的故障之一，它指的是電路中兩個或多個電線之間發生意外的低阻抗連接，導致電流快速增加。短路故障可能引發電弧、局部放電、機械應力、絕緣破壞等問題。

1.3 絕緣損壞

絕緣損壞是10kV配電變壓器常見的故障之一，它指的是變壓器的絕緣系統遭受破損、老化或失效，導致絕緣性能下降或完全失效。絕緣損壞可能引發電火災、電擊風險和設備故障，因此對其進行及時的檢測、識別和修復至關重要。

1.4 溫度異常

溫度異常是指10kV配電變壓器內部溫度異常升高或異常下降的故障情況。這種故障可能由多種因素引起，包括內部故障、外部環境條件變化等。溫度異常可能導致變壓器性能下降、設備損壞甚至引發火災等嚴重后果。

1.5 其他常見故障

10kV配電變壓器還可能遇到其他常見故障。以下是一些可能的故障類型和應對策略。

（1）短路故障：短路是電流在電路中繞過正常路徑的現象，可能會導致電路過載、電弧故障和變壓器損壞。應對策略包括使用短路保護裝置、定期檢查絕緣和維護電纜和連接器。（2）絕緣故障：絕緣故障可能導致絕緣材料損壞，從而影響變壓器的性能和安全性。定期進行絕緣測試和維護，及時更換受損的絕緣材料。（3）油漏和油污：變壓器通常包含絕緣油，油漏或油污可能導致絕緣性能下降和設備損壞。應定期檢查油位、清潔油污、修復漏油問題。（4）冷卻系統故障：冷卻系統的故障可能導致變壓器過熱。維護冷卻系統，包括冷卻風扇、散熱器和冷卻油循環，以確保正常運行。（5）電弧故障：電弧是一種強大的電火花，可能導致火災和設備損壞。使用電弧檢測和滅弧裝置，以及定期的電氣設備檢查，可以減少電弧故障的風險。（6）異常振動和噪音：異常振動和噪音可能表明設備不穩定或存在機械故障。定期檢查設備的機械部分，如絕緣子、螺栓和緊固件，以確保它們的正常運行。（7）電壓波動：變壓器可能受到電壓波動的影響，這可能導致供電不穩定。使用電壓穩定器或電壓調節裝置來維持穩定的電壓輸出。 （8）濕度和污染：潮濕的環境和空氣中的污染物可能對變壓器產生不利影響。保持變壓器干燥并在需要時清潔外殼可以減少這些問題。 （9）空載運行：長時間的空載運行可能導致變壓器性能下降。確保變壓器在額定負荷下運行，以避免空載運行。對于這些常見故障，定期檢查、維護和使用適當的保護裝置是保持10kV配電變壓器安全和可靠運行的關鍵。故障預防和及時的故障診斷可以減少停電時間、維修成本和設備損壞。

2 對策與改進建議

2.1 增加備用容量

對于10kV配電變壓器故障及對策，增加備用容量是一種常見的解決方案之一。這意味著在系統設計和規劃階段，額外的備用變壓器容量被考慮和配置，以應對變壓器故障時的電力供應需求。增加備用容量的主要目的是確保在主變壓器故障或維修期間，備用變壓器可以補充電力供應，以保持正常的配電系統運行。

備用變壓器容量的計算和配置：在設計配電系統時，需要評估負載需求，并確定備用變壓器的適當容量。這涉及考慮負載類型、負載數量和負載的增長趨勢等因素。合理選擇備用變壓器容量可以確保在故障發生時能夠滿足負載需求。并聯操作備用變壓器：在一些情況下，可以將備用變壓器與主變壓器并聯操作，以提供更大的供電能力。這可以通過適當的電氣連接和控制實現，并需要進行合適的配電系統設計和保護措施。自動切換裝置和控制系統：安裝自動切換裝置和控制系統可以實現在主變壓器故障發生時自動切換到備用變壓器。這樣能夠減少停電時間并確保電力供應的連續性。自動切換裝置需要可靠的邏輯和保護功能，以保證切換過程的安全性和穩定性。定期維護和檢查：不僅主變壓器，備用變壓器也需要進行定期的維護和檢查，以確保其性能和可靠性。這包括絕緣系統的維護、冷卻系統的正常運行、絕緣性能的測試等。故障診斷和預測：使用先進的監測技術和故障診斷系統，可以對變壓器進行實時監測和評估，以及進行故障預測。這有助于及時發現潛在故障跡象，并采取預防措施，以盡量避免變壓器故障的發生。增加備用容量是一種有效的策略來增強10kV配電變壓器的可靠性和容錯能力。然而，需要綜合考慮系統設計、成本效益、可行性和實際需求等因素來確定最佳的備用容量配置方案。

2.2 定期維護保養

定期維護保養是預防和應對10kV配電變壓器故障的重要措施之一。通過定期執行維護保養計劃，可以確保變壓器的正常運行，并提前發現和解決潛在故障問題。以下是與定期維護保養相關的對策。

（1）檢查絕緣狀況：定期檢查變壓器的絕緣狀況，包括絕緣材料、絕緣子和繞組，以確保其良好的絕緣性能?？梢赃M行絕緣電阻測試和局部放電測試，以檢測絕緣的退化和潛在故障。（2）清潔和過濾：定期清潔變壓器的外部和內部，包括絕緣子、連接器和風扇。清除灰塵、雜物和污漬可以改善變壓器的散熱效果和絕緣性能。此外，使用合適的過濾器可以防止雜質進入變壓器。（3）檢查油位和油質：定期檢查變壓器油的級別和質量。確保油位適當，并檢測油中是否存在雜質、水分和氣體。需要根據變壓器類型進行合適的油分析，如油色譜分析和溶解氣體分析。（4）檢查冷卻系統：定期檢查冷卻系統的運行情況，包括風扇、冷卻器和冷卻油循環。保持冷卻系統清潔，定期清除堵塞物和檢查風扇的正常運轉。（5）檢查電氣連接：定期檢查變壓器的電氣連接，包括電纜、連接器和接地系統。確保連接牢固、電纜無損壞，且接地系統良好接地。 （6）檢查螺栓和緊固件：定期檢查變壓器的螺栓、緊固件和支撐結構，確保它們處于良好的狀態。松動或損壞的螺栓會影響變壓器的機械穩定性。 （7）故障診斷和錄波分析：在定期維護保養過程中，可以進行故障診斷和錄波分析，以檢測任何異常狀況或故障跡象。這可以通過使用錄波儀、故障錄波器和電力質量分析工具來實現。

定期維護保養的頻率和具體操作取決于變壓器的使用情況、環境條件和制造商的建議。制定合理的維護計劃，并按計劃執行維護保養措施，可以延長變壓器的使用壽命、提高可靠性，并減少故障的發生。

2.3 引入先進的保護與監測裝置

引入先進的保護與監測裝置是在10kV配電變壓器故障及對策中的一項關鍵措施。這些裝置可以實時監測變壓器的運行狀態，發現故障跡象，并采取相應的保護措施。以下是與引入先進的保護與監測裝置相關的對策。（1）溫度監測裝置：安裝溫度監測裝置可以實時監測變壓器的溫度變化。這些裝置可以提供溫度報警和保護功能，以避免變壓器過熱和損壞。（2）壓力監測裝置：使用壓力監測裝置可以監測變壓器內部氣體或油的壓力。異常的壓力變化可能表明變壓器存在問題，如內部故障或泄漏。及時的壓力報警可以防止加劇故障并采取必要的維修措施。（3）濕度監測裝置：濕度監測裝置可用于監測變壓器內部的濕度水平。高濕度環境可能會影響絕緣性能并引發故障。濕度監測裝置可以提供濕度報警并觸發相應的防護操作。 （4）氣體監測裝置：安裝氣體監測裝置可以檢測變壓器內部發生的氣體異常。變壓器內部故障通常會產生特定的氣體，如甲烷、乙烯和一氧化碳等。氣體監測裝置可以實時監測這些氣體的存在，并觸發維護措施以防止潛在的故障發生。（5）電流和電壓監測裝置：部署電流和電壓監測裝置可以持續監測變壓器的電流和電壓波形。異常波形可能表明變壓器內部存在故障，如短路或過載。及時的電流和電壓監測可以提前檢測到這些問題。（6）遠程監控系統：引入遠程監控系統可以實現對變壓器的遠程監測和故障診斷。這樣可以通過網絡連接遠程監測設備并及時獲取變壓器的運行狀態和警報信息。遠程監控系統使得運維人員能夠快速響應故障，并采取適當的措施，減少停電時間和設備損害。通過引入先進的保護與監測裝置，運維人員可以獲得關鍵的運行數據，以及故障和預警信息。這將幫助提高對10kV配電變壓器故障的響應能力，降低故障發生的風險，并提高系統的可靠性和安全性。

3 結束語

在電力系統中，配電變壓器扮演著至關重要的角色。10kV配電變壓器作為配電網的關鍵設備，負責將高壓電能轉換為適用于低壓配電的電能。然而，10kV配電變壓器在長期運行中，可能會出現各種故障，給供電可靠性和運行效率帶來威脅。通過本文的探究，我們希望引起相關領域從業人員的關注，并促進對10kV配電變壓器故障及對策的研究和實踐。只有不斷加強故障預防、監測和處理措施，才能保障電力系統的安全穩定運行，滿足社會對可靠供電的需求。