電力變壓器常見問題及其應用技術探索

陳舉昆

摘要：近年來，隨著大型變壓器制造水平的不斷提高，變壓器的可靠性也越來越高，同時對電網運行單位的生產效率和經濟效益的要求也不斷提高。人們開始關注變壓器狀態的研究和應用。本文解析電力變壓器故障檢測存在的問題，探索相關技術的應用，同時給出安全運行變壓器的幾點建議。

關鍵詞：電力變壓器；在線檢測技術；局部放電檢測

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A

引言

在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉換、傳輸的核心，是國民經濟各行各業和千家萬戶能量來源的必經之路，是電網中最重要和最關鍵的設備。電力設備的安全運行是避免電網重大事故的第一道防御系統，而電力變壓器是這道防御系統中最關鍵的設備。變壓器的嚴重事故不但會導致自身的損壞，還會中斷電力供應，給社會造成巨大的經濟損失。

一、電力變壓器故障檢測存在的問題

變壓器的在線檢測現正處于發展中，該領域內的科學研究和技術開發在國際上處于較為活躍的階段。目前國內外在線檢測用的相對較多的是單一參數的在線檢測產品，而要反映變壓器的運行狀況，靠單一性能指標，都只能從某一側面反映其運行狀態，然而電力變壓器故障診斷是個復雜的問題，需要綜合在線的、離線的多種檢測手段，而且變壓器故障現象與故障原因之間存在著密切的聯系，且是復雜模糊的，存在許多模糊性的概念難以直接由測量值判斷變壓器狀態，在這種趨勢下，變壓器的故障診斷不應成為一個孤立的部分，而應當與電力系統的其他部分結合起來，實現數據的共享和服務。除此之外，目前的電力變壓器故障檢測還存在以下問題：

（1）測試精度及其穩定性校驗是在線檢測系統面臨的一個重要技術問題。由于現場情況的復雜性，使監測結果無法進行校準，更難跟停電試驗結果進行對比，而且由于其監測的實時連續性，所以干擾信號的準確判斷成為影響監測結果的重要因素。

（2）傳感器的特性是在線監測的關鍵?，F在用量最大的傳感器是羅可夫斯基線圈，為了追求小信號大靈敏度多采用軟磁芯，其磁性易受外界條件（如溫度、壓力、沖擊）的影響，甚至被測信號的大小不同也會影響傳感器自身的角差。所以研制高精度、高穩定、零角差的傳感器仍是一個重要的研究課題。

（3）干擾問題一直是影響在線檢測系統安全可靠運行的重要因素。由于高壓變電站復雜的電磁干擾環境，使微量信號的監測難度增加，同時偶然的強干擾信號（如雷電沖擊、操作沖擊）甚至會直接擊毀在線監測的入口電子電路。因此，在這里防干擾具有兩方面的含：一是采用濾波器排除干擾信號對監測信號的影響，二是設置靈敏的過電壓防護器件，以及采取降低干擾電平的措施和方法。

(4) 積累運行經驗，建立專家系統和報警值以及相應的監測標準。由于目前運行經驗不足，所以往往使報警值無法確定，這正如預防性試驗標準的制定一樣，需要不斷總結運行經驗。專家系統的建立則要求進行大量的基礎性研究工作，如絕緣老化規律的研究，以確定多種形式的絕緣特性參數的變化與殘余擊穿電壓的關系等。

二、 變壓器在線監測技術

變壓器在線監測的目的，就是通過對變壓器特征信號的采集和分析，判別出變壓器的狀態，以期檢測出變壓器的初期故障，并監測故障狀態的發展趨勢。目前，電力變壓器的在線監測是國際上研究最多的對象之一，提出了很多不同的方法。

(1)油中溶解性氣體分析技術。由于變壓器內部不同的故障會產生不同的氣體，因此通過分析油中氣體的成分、含量、產氣率和相對百分比，就可達到對變壓器絕緣診斷的目的。幾種典型的油中溶解氣體，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析的特征氣體。在檢測出各氣體成分及含量后，用特征氣體法或比值法等方法判斷變壓器的內部故障。

(2) 局部放電在線監測技術。變壓器在內部出現故障或運行條件惡劣時，會由于局部場強過高而產生局部放電（PD）。PD水平及其增長速率的明顯變化，能夠指示變壓器內部正在發生的變化或反映絕緣中由于某些缺陷狀態而產生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡等。

(3)振動分析法。振動分析法就是一種廣泛用于監測這種變壓器故障的有效方法。通過對變壓器振動信號的監測和分析，從而達到對變壓器狀態監測的目的。

(4)紅外測溫技術。紅外熱像技術是利用紅外探測器接受被測目標的紅外輻射信號，經放大處理，轉換成標準視頻信號，然后通過電視屏或監視器顯示紅外熱像圖。當變壓器引線接觸不良、過負荷運行等情況時都會引起導電回路局部過熱，鐵芯多點接地也會引起鐵芯過熱。

(5)頻率響應分析法。頻率響應分析法是一種用于判斷變壓器繞組或引線結構是否偏移的有效方法。繞組機械位移會產生細微的電感或電容的改變，而頻率響應法正是通過測量這種細微的改變來達到監測變壓器繞組狀態的目的。

(6)繞組溫度指示。繞組溫度指示器就是用于監測變壓器繞組的溫度，給出越限報警，并在需要時啟動保護跳閘。目前已開發出一種用于大型變壓器繞組溫度監測的新技術，即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測量繞組的實時溫度，從而改進變壓器的預測建模技術，并達到實時監測變壓器繞組溫度狀態的目的。

(7)其他狀態監測方法。低壓脈沖響應測試（Low Voltage Impulse Response，LVIR）也是一種有效的變壓器狀態監測方法，并且已經是一種用于確定變壓器是否能通過短路試驗的公認方法。此外，繞組間的漏感測試、油的相對濕度測試、

絕緣電阻測試等也是變壓器狀態監測的常用方法。

三、電力變壓器的局部放電檢測的研究成果

（1）電力變壓器檢測方法解析。電力變壓器在局部放電的過程中經常會伴隨

著電磁外泄、絕緣的物質會分解產生氣體、電極兩端釋放出脈沖電壓等現象。根

據電力變壓器在局部放電過程的現象，我們可以制定一些簡單易行的檢測法。比如脈沖電流檢測方法和脈沖電壓檢測方法等。而脈沖電流檢測方法是當前最經常、最普遍的檢測辦法。在電力變壓器在進行試制實驗，及出廠前實驗或者現場工作環境的檢測試驗時經常使用脈沖電流檢測方法

（2）變壓器放電時位置判別分析。為了快速而準確的對電力變壓器在局部放電時的位置進行判別，排除可能發生的故障，從而有效有力的保障電力系統平穩安全的運行，我們需要在出廠時對電力變壓器可能發生局部放電的位置進行判別，進而有效的檢測是電力電壓器在發生故障時可能出現電力局部放電的位置處在什么地方。在對電力變壓器局部放電的進行檢測時，現在最為實用的有以下兩種，一是：電氣元器件定位方法和超聲波反射障礙物檢測方法。電氣元器件定位方法可以分為極性檢測法、電容改進后分量檢測方法及其多位置進行檢測方法等檢測方法。而超聲波反射障礙物檢測定位方法又可以分為：聲-聲檢測定位方法和電聲轉化檢測方法。在目前的使用情況，聲聲轉化的檢測方法使用更為普遍些。相對于電器元器件檢測方法超聲波反射障礙物存在靈敏度低和測量準確性不好等缺陷

（3）電力變壓器在放電時候進行防止電磁干擾和抑制電磁干擾的措施當測量環境中存在電磁干擾或者其他電器元器件的干擾時，工作人員在對電氣變壓器進行局部放電測量時，電力變壓器的電測檢測方法的靈敏度和準確性都會受到一定的影響，在有些情況下甚至有可能無法測到想要的結果，因而在測量時如果有效的對電力變壓器進行抑制電磁波的干擾關系到后面測量過程的準確性。

四、對于變壓器安全運行的幾點建議

(1）變壓器作為電力系統中的重要電氣設備，設計、制造及運行各環節都應注意其安全性。其動、熱穩定性的設計應充分考慮變壓器是否并列運行，并列運行的臺數，幾側有電源及電網中性點接地方式等要求。

（2）為了確保變壓器運行中承受故障的熱穩定性，制造廠應提供變壓器繞組流過故障電流大小與允許時間的關系曲線，類似于發電機允許承受負序的A值要求。

（3）變壓器保護的配置與整定時，應根據制造廠提供的變壓器繞組流過故障電流大小與允許時間的關系曲線配置與之相適應的保護。

（4）變壓器差動保護的范圍應包括低壓側開關，使低壓側開關與TA間的故障不對變壓器的熱穩定構成威脅。

（5）變壓器保護應盡可能實現微機化，可以有較多的過流保護段，使各側的過流保護能有相對較快的延時段跳變壓器各側開關，特別是中、低壓側保護跳變壓器各側開關的保護段有利于變壓器盡快脫離故障點。

五、結束語

要反映變壓器的運行狀況，靠單一性能指標，都只能從某一側面反映其運行狀態，我們需要電力變壓器絕緣綜合在線檢測與故障診斷系統，力求通過多參數多方面綜合反映設備運行狀況，為檢修策略的制定提供依據。對變壓器進行綜合在線檢測，利用遠程分析管理系統進行綜合分析診斷，可以方便、有效、全面地反映運行中變壓器的絕緣狀況及發展趨勢，及時發現變壓器內部絕緣故障和缺陷，從而提高大型電力變壓器安全運行水平和事故預知能力，有效預防事故，防止非計劃停電和不必要的檢修帶來的重大損失，并可優化檢修策略，提高維護檢修的技術水平，帶來可觀經濟效益。