試論變壓器故障在線檢測技術的研究與進展

郭 虹

（呼和浩特職業學院，內蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

近年來，隨著電子技術的發展和傳感器技術、計算機技術、光纖技術、信息處理技術等問各領域的滲透，電力變壓器在線監測測技術得到了迅速發展,各種不同的在線監測方法孕育而生，使電氣設備的在線監測技術走向實用化階段，從而更好確保電力系統的安全運行。

1 變壓器常見故障

變壓器基本上包括鐵芯，一、二次繞組，分接變換裝置以及冷卻和絕緣系統等。按變壓器結構可分為繞組故障、鐵芯故障、油質故障、附件故障；按回路可分為電路故障、磁路故障、油路故障；按變壓器本體可分為外部故障和內部故障，從故障發生的部位可分為絕緣故障、分接開關故障、鐵芯故障、套管故障等。但在實踐中對于最常見故障仍可概括為熱和電兩大類，熱故障按發生部位可分為內部過熱故障和外部過熱故障，外部過熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開關的驅動控制裝置以及其他外部組件；內部過熱故障包括繞組、鐵心，油箱、夾件、拉板、無載分接開關、連接螺栓及引線等部件。電故障主要有局部放電和電弧故障。

1.1 變壓器過熱故障

變壓器任何一個部位，如果發熱和散熱不能達到在規定的限值內平衡，就會出現過熱故障，變壓器過熱故障是常見的多發性故障，嚴重威脅變壓器的安全運行和使用壽命。

1．1．1 散熱或冷卻效果差引起的過熱

（1）繞組油道堵塞。繞組作為變壓器的重要組成部分，對變壓器的安全可靠運行起著至關重要的作用。通常在繞組設汁制造中采用換位導線，而就繞組繞制本身來講，導線的換位處理是繞組繞制過程中必須謹慎操作的環節，當扁線絞編和匝絕緣包扎不緊實或因振動引發繞組導體松動時，會使油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴重老化，以至在長期電磁振動下，絕緣脫落，導致變壓器燒損事故。

（2）冷卻裝置風道堵塞。首先變壓器冷卻裝置長期缺少維護和清理，使風冷卻器散熱管的翅片間或散熱器風道縫隙積滿灰塵，堵塞風道，散熱效率降低。由于通水銅管的材質不良而導致銅管破裂后，冷卻水流進變壓器中，使器身受潮而引發故障。導致冷卻裝置無法使用，變壓器過熱。其次由于凈油器過濾網不嚴密，使硅膠大量進入油箱，使油循環不良，引起變壓器高溫過熱。

1．1．2 接觸不良引起的過熱

（1）在銅鋁連接接頭間加過渡接頭或過渡板，變壓器的引出端頭都是銅制的，當銅與鋁的接觸面產生電解反應，鋁被強烈電腐蝕，引起過渡元件本身以及被連接的接觸面燒損，以致發熱甚至可能造成重大事故。

（2）低壓繞組引出線和高壓繞組引出線與大電流接頭，由于接觸電阻大，接觸不良會引起變壓器的過熱。

（3）分接引線與繞組的引線接頭焊接質量不良，引起分接引線在焊接處燒斷。一是鐵心過熱故障。變壓器鐵心局部過熱是一種常見故障，通常是由于鐵心多點接地或短路而產生。變壓器鐵心有且只能有一點接地，經常出現兩點及以上的接地，當兩點之間的懸浮電位達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產生火花放電。長此下去，會逐漸損壞變壓器固體絕緣，導致事故發生。二是其他故障的影響。變壓器發生故障時，因為在很大程度上相互影響和彼此關聯，所以很難準確地確定故障屬于哪一類，由各種原因產生的高溫過熱可引起絕緣油和絕緣紙的老化，加速油泥和水分等的形成，引起絕緣放電或擊穿故障；同樣，由各種原因產生的絕緣系統放電或短路故障也可引起或誘發變壓器過熱故障。

1．2 變壓器電故障

電故障主要有局部放電和電弧故障。局部放電故障包括機械裝置使油和纖維素退化，局部放電產生電離的氣泡和低強度的放電產生帶少量碳氫化合物和氫氣；電弧故障包括大電流和高溫，短路前瞬間會產生電??；溫度超過1000℃時將產生大量的乙炔（C2H2）和氫氣（H2），溫度較低時電弧周圍會產生少量的碳氫化合物，如果含有纖維素，一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）將產生。

2 變壓器的在線監測技術

采用變壓器在線監測就是通過對變壓器特征信號的采集和分析，檢測出變壓器的初期故障和發展趨勢，對故障實施早期檢測，不但能延長變壓器的使用壽命，而且還能幫助制定更可靠的維修計劃。目前電力變壓器的在線監測的方法主要有以下幾種：

1）油中溶氣在線監測。變壓器內部不同的故障會產生不同的氣體，H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和 C2H2，常被用作分析的特征氣體，發熱和放電的嚴重程度不同，氣體在油中溶解的濃度、比例關系也不相同。因此通過分析油中特征氣體法或比值法等方法，便可發現變壓器內部的發熱和放電性故障。

2）變壓器油色譜在線監測。油色譜在線監測系統是集控制、測量分析技術于一體的精密設備，具有高精度、穩定可靠的溫度控制系統,在線及時準確檢測出絕緣油中溶解的氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等故障特征氣體濃度及變化趨勢，載氣氣路采用先穩壓后穩流的雙重穩定的氣路系統流量調節閥采用數字式旋鈕調節，直觀、可靠性好?，F場監測控制器、遙控器、油樣引入裝置、脫氣裝置、色譜儀、繪圖儀協作完成整個監測程序，人性化的設計，中文菜單式操作，通俗易學，更加適合中國國情。

3）變壓器局部放電在線監測技術。隨著電力系統的快速發展，在變壓器故障中絕緣問題占很大比重，變壓器局部放電在線監測技術是對變壓器絕緣診斷的一種有效手段，對運行中的電力變壓器進行局部放電監測，確保運行中變壓器的安全。根據變壓器局放過程中產生的電脈沖、電磁輻射、超聲波、光等現象,在線監測主要方法有電脈沖檢測法、超聲波檢測法、UHF超高頻檢測法和光測法及射頻檢測法。 電脈沖檢測法是通過檢測阻抗、變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、鐵心接地線及繞組中由于局放利用電流傳感器在這些點測量局部放電脈沖電流信號并進行分析；超聲波檢測局放產生的聲發射，不影響電氣主設備的安全運行，受電磁干擾影響較小，但聲波阻抗復雜，超聲波信號傳播途徑復雜、衰減嚴重，檢測靈敏度較低；光測法是利用局放產生的光輻射進行檢測，由于光測法設備復雜、昂貴、靈敏度低,在實際中并未直接使用；UHF超高頻檢測法靈敏度高、抗電暈干擾、非接觸式檢測，更安全，適合在線，理論上可定位，但發展不完善，技術待于進一步發展；射頻檢測法受外界電磁干擾影響相對較小，準確度較高，隨著數字濾波技術的發展,射頻檢測法在局放在線監測中有較廣泛的應用。

3 結論

隨著科技技術的不斷更新和發展,電力變壓器的故障診斷與狀態檢修作為我國電力系統實現體制轉變、提高電力設備的科學管理水平的有力措施，將極大地促進我國電力網的安全和經濟運行，是今后在電力生產中努力和發展的方向。

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