变压器故障诊断研究

变压器故障诊断研究

    杨帆

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摘要：随着网络技术的发展，电网建设也逐步向智能化方向发展。其中，变压器是实现智能互联电网的重要组成部分，其工作状态直接关系到智能电网的安全稳定与持续供电。因此，在新的时代背景下，探索和研究变压器故障诊断技术，对保障电网安全具有重要的现实意义。

关键词：变压器；电厂；故障诊断

随着国家对电网互联互通的不断推进，大型智能互联电网在复杂多变的电力系统中的安全、可靠地运行具有十分重大的现实意义。而作为关键电气设备之一的电力变压器，在实现智能互联电网的构建和运营中起到了至关重要的作用。在智能电网中，变压器是一种重要的电气设备，它的运行状态直接关系到整个智能电网的安全稳定、持续供电。所以，对变压器故障诊断技术进行研究，对提升电网的安全水平具有重要的现实意义。在分析变压器运行异常和常见故障的过程中，运用多种故障诊断方法，可以使故障发生的原因和性质得到及时、准确的判断，并能及时地提出相应的对策，保证装置的安全运行。

一、发电厂变压器常见故障分析

（1）接头过热

在电站中，连接处的过热现象是一种较为普遍的现象。这种问题最大的原因就是载电流接头没有连接好，当出现了接头过热的情况后，如果得不到很好的解决，就会出现烧断的问题，这将会严重地影响到变压器的正常运行。电站中的连接一般分为两种：常规连接和铜铝连接；与之对应的两种故障形式：常规连接的过热想像较为普遍，这是由于异物和它们的接触问题引起的，所以处理相对容易；铜铝连接过热主要是因为在一些潮湿的场所中，会有一定量的含盐水分渗入到连接面中，这样，在电藕的作用下，就会发生电解反应，接头就会被逐渐腐蚀而被破坏，从而发生过热现象。

（2）绕组故障

电站变压器绕组的匝间绝缘以及主绝缘是特别容易发生故障的部位。但在实际工作中，其原因主要有两个：一方面由于长期过负荷运行，另一方面随着使用年限的增长导致变压器绕组绝缘老化，这就大大降低了绝缘性能。若在这个时候，变压器又受到了一次短路的撞击，就有可能产生应力形变，使导线的绝缘出现问题。当出现一定的电压变化时，就有可能使其发生绝缘破坏，引起短路，严重地影响到电力系统的安全稳定。另外，如果变压器油中混进了水分，也会极大降低其绝缘强度，最终导致绝缘击穿。

（3）铁芯故障

一般来讲，变压器铁芯仅有一点接地，但当铁芯柱的穿心螺丝损伤了绝缘后，就会引发铁心故障，这个时候，铁芯叠片和穿心螺钉会形成两点或多点接地，形成环路，造成局部加热，严重的还会造成铁心部分熔化。另一方面，还可能导致叠片绝缘层损坏使变压器空载损失增大绝缘油劣化。

（4）变压器渗油

变压器渗油不但会对周围的环境产生严重的污染，而且会导致大量的资源浪费，甚至对电站产生潜在的危害。变压器渗油主要有防爆管渗油、低压侧套管渗漏等。防爆管作为避免变压器油箱破裂的安全措施，对于维护变压器的正常运转起到重要作用。但是由于变压器在运行时有一定的震动，这很容易导致防爆管的玻璃膜破裂，如果没有及时更换，长时间潮气就会进入油箱，使绝缘油受潮，绝缘水平降低，危及设备的安全。低压侧套管渗漏主要是是受母线拉伸和低压侧引线引出偏短引起的。

二、变压器故障诊断的常用方法

电站中不同类型的变压器，其产生的原因多种多样，因此，在对其进行故障诊断时，不能拘泥于常规，而是要结合实际情况，综合使用不同的手段，做出正确的判断，以实现对其的防范。

（1）电气预防性试验方法

然而，电力系统中的各种故障种类繁多，产生的原因也十分复杂，并且这些故障之间存在着相互转化的现象。所以要对其进行常规检查或一旦出现不正常的情况，就必须对其进行全面的检测，从而判断出其发生的位置及具体情况。

（2）三比值法

三比值法在变压器故障诊断中发挥了重要作用，它是IEC推荐的一种方法，实际上是罗杰斯比值法的一种改进。用已有的代码和分级方式，通过查找表格来判定故障的本质，但采用三比法也有其局限性，例如，只有到达各组分含量的注意值或者产气速率的注意值，才有理由判断可能存在的故障，才能进一步根据三比值法判断故障性质，对于气体含量正常的情况，其比值是没有意义的。

（3）油中气体色谱检测

利用油中气体的成分对变压器的故障进行诊断，其基本原理是：变压器中的绝缘物质为绝缘油和纸张，它们在放电和热量的共同作用下，会发生裂解，生成多种气体，同时，在变压器的所有的内部故障中，都会出现局部的过热或者是放电，这些都是由石油或者纸张或者是石油或者纸张等物质的分解，生成甲烷（甲烷），乙烷，乙烯，乙炔，氢气，一氧化碳，二氧化碳等。当故障不太严重时，产气量较少，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。此外，发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度也不相同，据此可检测出变压器内部故障的性质。

（4）特征气体法

特征气体法是利用各种气体的特定指标对其进行诊断，如： CO、CO2等是由光纤绝缘材料在失效过程中的裂解产物，在与固态绝缘有关的情况下，其浓度会显著增加。但是由于两者之间的差异较大，难以进行严密的界定，所以《导则》仅针对敞开式变电器进行了具体的规范。此外，还可以通过测定CH4与H2的比率来判断变压器的工作状态，通常在热源的绝缘裂解过程中，CH4与H2的总和超过了碳氢化合物的80%，而且随着温度的不断上升，该数值也将随之改变。当氢气小于30%时，表明在高低温时，氢气的绝对浓度较高。但是，它的比重在不断降低。一般过热的故障特征气体的表现为总烃较高一般会C2H2小于5，严重过热的故障其气体描述则为总烃高，C2H2大于5，但是C2H2未构成总烃主要成分，H2含量比较高。此外还有火花放电、电弧放电时候的特征气体总烃高，H2含量也比较高，C2H2大于10，局部放电时候特征气体总烃不高，CH4是总烃的主要成分，H2的成分也要大于100。这些都是通过特征气体的指数来判断故障的方法。

（5）基于模糊理论的故障诊断

模糊系统与传统的专家系统相比，存在着许多共性，包括模糊知识库、模糊推理引擎和人机接口等。在对电力变压器进行故障诊断时，除要综合考虑某些特定的参数外，还需综合多种不确定性，即以模糊性和随机性的形式存在，同时也反映出电网中的各种不确定性，如边界的不确定性、人为的不确定性等。然而，现实中普遍存在着这些不确定因素，使得常规的方法无法对其进行有效的调整，使得其在故障诊断中始终处于缺陷状态，无法精确定位其具体位置。而采用模糊故障诊断方法可以较好地克服该问题；该方法主要包括三个步骤：将气体溶解到油里面，对原始数据进行分析并实施模糊化处理；针对模糊集上面存在的相似关系开展计算工作；实施动态分类步骤，以找寻分类结构的最优化。如大型的油浸式变压器，其故障诊断的单一依据是产气率，它并不能对故障的发生作出全面的提示，而以往的故障诊断技术方法仅考虑了气体的注意值，因此我们应当将产气率纳入到故障诊断系统进行考虑，综合分析特征气体及其产气率，以尽量提升油浸式电力变压器的故障诊断精度。故障的诊断和辨别主要是对电力变压器产生故障的情况进行判断，并分析出故障发生的类型。

结语

随着传感器、计算机等技术的不断发展，国内外在积极研究和推广使用有关变压器故障的在线连续自动检测装置，以实现对运行中的变压器进行在线监测与故障诊断，同时还具有微机分析、打印、报警等功能，这比停电后加电压试验更加真实可靠。

参考文献：

[1]黄志忠.变压器故障分析与诊断技术[J].大众科技，2015（06）

[2]高伟.电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[J]，科技创新与应用,2014（19）

[3]董其国.《电力变压器故障与诊断》[M]，中国电力出版社，2010