電力變壓器故障原因分析及維護方法

隨著國民經濟和電力事業迅速發展，裝機容量和電網規模在日益增大，人們對電力系統中設備的運行可靠性要求不斷提高。在現代電力設備的運行和維護中，電力變壓器不僅屬于電力系統中最重要的和最昂貴的設備之列，而且是故障多發設備。這就要求有可靠的變壓器檢測、維護技術。

一、變壓器故障原因分析

　　根據有關變壓器故障的資料并進行分析的結果表明，盡管老化趨勢及使用不同，故障的基本原因仍然相同。多種因素都可能影響到絕緣材料的預期壽命，負責電氣設備操作的人員應給予細致地考慮。這些因素包括：誤操作、振動、高溫、雷電或涌流、過負荷、三相負載不平衡、對控制設備的維護不夠、清潔不良、對閑置設備的維護不夠、不恰當的潤滑以及誤用等。

　　1、線路涌流。線路涌流(或稱線路干擾)在導致變壓器故障的所有因素中被列為首位。這一類中包括由誤操作、變壓器解并列、有載調壓分接頭拉弧等原因引起的操作過電壓、電壓峰值、線路故障/閃絡以及其他輸配(TD)方面的異常現象。這類起因在變壓器故障中占有絕大部分的比例。

　　2、絕緣老化。在過去的10 年中在造成故障的起因中，絕緣老化列在第二位。由于絕緣老化的因素，變壓器的平均壽命僅有17.8 年，大大低于預期為35～40 年的壽命。在1983 年，發生故障時變壓器的平均壽命為20 年。

　　3、受潮。受潮這一類別包括由洪水、管道滲漏、頂蓋滲漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及絕緣油中存在水分。

　　4、維護不良。保養不夠被列為第四位導致變壓器故障的因素。這一類包括未裝變壓器的保護裝置或安裝的不正確、冷卻劑泄漏、污垢淤積以及腐蝕。

　　5、過載。這一類包括了確定是由過負荷導致的故障，僅指那些長期處于超過銘牌功率工作狀態下小馬拉大車的變壓器。過負荷經常會發生在發電廠或用電部門持續緩慢提升負荷的情況下。最終造成變壓器超負荷運行，過高的溫度導致了絕緣的過早老化。當變壓器的絕緣紙板老化后，絕緣紙絕緣強度降低。因此，外部故障的沖擊力就可能導致絕緣破損，進而發生故障。

　　6、雷擊。雷電波看來比以往的研究要少，這是因為改變了對起因的分類方法?，F在，除非明確屬于雷擊事故，一般的沖擊故障均被列為“線路涌流”。

　　7、三相負載不平衡。由于三相負載不平衡所引起某相長期過載，而使該相溫度偏高進而使絕緣老化，產生匝間短路或相間短路。

　　8、連接松動。連接松動也可以包括在維護不足一類中，但是有足夠的數據可將其獨立列出，因此與以往的研究也有所不同。這一類包括了在電氣連接方面的制造工藝以及保養情況，其中的一個問題就是不同性質金屬之間不當的配合，盡管這種現象近幾年來有所減少。另一個問題就是螺栓連接間的緊固不恰當。

二、電力變壓器的局放檢測方法

　　1、脈沖電流法。它是通過檢測阻抗接入到測量回路中來檢測。檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點接地線、鐵芯接地線以及繞組中由于局放引起的脈沖電流，獲得視在放電量。脈沖電流法是研究最早、應用最廣泛的一種檢測方法，IEC-60270 為IEC 于2000 年正式公布的局放測量標準。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠時的型式試驗以及其他離線測試中，其離線測量靈敏度高。脈沖電流法的問題在于以下幾方面：其抗干擾能力差，無法有效應用于現場的在線監測;對于變壓器類具有繞組結構的設備在標定時產生很大的誤差;由于檢測阻抗和放大器對測量的靈敏度、準確度、分辨率以及動態范圍等都有影響，因此當試樣的電容量較大時，受耦合阻抗的限制，測試儀器的測量靈敏度受到一定限制;測量頻率低、頻帶窄，包含的信息量少。

　　2、DGA法。DGA法是通過檢測變壓器油分解產生的各種氣體的組成和濃度來確定故障(局放、過熱等)狀態。該方法目前已廣泛應用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統可實現故障的自動識別，是當前在變壓器局放檢測領域非常有效的方法。但是DGA 法具有兩個缺點：油氣分析是一個長期的監測過程，因而無法發現突發性故障;該方法無法進行故障定位。

　　3、超聲波法。超聲波法是通過檢測變壓器局放產生的超聲波信號來測量局放的大小和位置。超聲傳感器的頻帶約為70～150 千赫茲(或300 千赫茲)，以避開鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器的機械振動噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線測量和定位，因而人們對超聲波法的研究較深入。但目前該方法存在著很大的問題：目前的超聲傳感器靈敏度很低，無法在現場有效地測到信號;傳感器的抗電磁干擾能力較差。因此，超聲檢測主要用于定性地判斷局放信號的有無，以及結合脈沖電流法或直接利用超聲信號對局放源進行物理定位。在電力變壓器的離線和在線檢測中，它是主要的輔助測量手段。

　　4、RIV法。局部放電會產生無線電干擾的現象很早就被人們所認識。例如人們常采用無線電電壓干擾儀來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控制的干擾，并已制定了測量方法的標準。用RIV 表來檢測局放的測量線路與脈沖電流直測法的測量電路相似。此外，還可以利用一個接收線圈來接收由于局放而發出的電磁波，對于不同測試對象和不同的環境條件，選頻放大器可以選擇不同的中心頻率(從幾萬赫茲到幾十萬赫茲)，以獲得更大的信噪比。這種方法已被用于檢查電機線棒和沒有屏蔽層的長電纜的局放部位。2.5光測法。光測法利用局放產生的光輻射進行檢測。在變壓器油中，各種放電發出的光波長不同，研究表明通常在500～700mm之間。在實驗室利用光測法來分析局放特征及絕緣劣化等方面已經取得了很大進展，但是由于光測法設備復雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測物質對光是透明的，因而在實際中無法應用。

三、變壓器的日常維護

　　1、安裝及運行。

　　(1)變壓器的安裝地點應與其設計和建造的標準相適應。若置于戶外，應確定該變壓器適于戶外運行。

　　(2)保護變壓器不受雷擊及外部損壞危險。

　　(3)確保負荷在變壓器的設計允許范圍之內。嚴防出現小馬拉大車的現象。

　　(4)在油冷變壓器中需要仔細地監視頂層油溫。

　　(5)平時在運行操作中，應嚴格按照運行操作規程執行，嚴防出現誤操作。

　　(6)在操作變壓器的解、并運行過程中，一定要按變壓器解、并列的“三要素”進行，嚴防出現操作過電壓。

　　(7)平時應對變壓器進行經常檢查和巡視，發現問題應及時處理。

　　2、對油的檢驗。

　　變壓器油的介電強度隨著其中水分的增加而急劇下降。油中萬分之一的水份就可使其介電強度降低近一半。除小型配電變壓器外所有變壓器的油樣應經常作擊穿試驗，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。應進行油中故障氣體的分析。應用變壓器油中8種故障氣體在線監測儀，連續測定隨著變壓器中故障的發展而溶解于油中氣體的含量，通過對氣體類別及含量的分析則可確定故障的類型。每年都應作油的物理性能試驗以確定其絕緣性能，試驗包括介質的擊穿強度、酸度、界面張力等等。

　　3、經常維護。

　　(1)保持瓷套管及絕緣子的清潔。

　　(2)保證電氣連接的緊固可靠。

　　(3)定期檢查分接開關。并檢驗觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉動靈活性及接觸的定位。

　　(4)在油冷卻系統中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及任何限制油自由流動的機械損傷。

　　(5)每年檢驗避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應盡可能短。旱季應檢測接地電阻，其值不應超過4Ω。

　　(6)每三年應對變壓器線圈、套管以及避雷器進行介損的檢測。

四、結論

　　變壓器是電網中的重要設備之一。雖配有避雷器、差動、接地等多重保護，但由于內部結構雜、電場及熱場不均等諸多因素，維護不當事故仍然會發生。經常對設備進行檢測，并加強日常的維護和保養，會對電力設備起到極其重要的作用，從而使電力供應更加安全可靠。