技术知识：电力变压器故障的原因分析及维护方法

随着国民经济和电力事业迅速发展，装机容量和电网规模在日益增大，人们对电力系统中设备的运行可靠性要求不断提高。在现代电力设备的运行和维护中，电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，而且是故障多发设备。这就要求有可靠的变压器检测、维护技术。

1 变压器故障原因分析

根据有关变压器故障的资料并进行分析的结果表明，尽管老化趋势及使用不同，故障的基本原因仍然相同。多种因素都可能影响到绝缘材料的预期寿命，负责电气设备操作的人员应给予细致地考虑。这些因素包括：误操作、振动、高温、雷电或涌流、过负荷、三相负载不平衡、对控制设备的维护不够、清洁不良、对闲置设备的维护不够、不恰当的润滑以及误用等。

1.1线路涌流。线路涌流(或称线路干扰)在导致变压器故障的所有因素中被列为首位。这一类中包括由误操作、变压器解并列、有载调压分接头拉弧等原因引起的操作过电压、电压峰值、线路故障/闪络以及其他输配(T&D)方面的异常现象。这类起因在变压器故障中占有绝大部分的比例。

1.2绝缘老化。在过去的10 年中在造成故障的起因中，绝缘老化列在第二位。由于绝缘老化的因素，变压器的平均寿命仅有17.8 年，大大低于预期为35～40 年的寿命。在1983 年，发生故障时变压器的平均寿命为20 年。

1.3受潮。受潮这一类别包括由洪水、管道渗漏、顶盖渗漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及绝缘油中存在水分。

1.4维护不良。保养不够被列为第四位导致变压器故障的因素。这一类包括未装变压器的保护装置或安装的不正确、冷却剂泄漏、污垢淤积以及腐蚀。

1.5过载。这一类包括了确定是由过负荷导致的故障，仅指那些长期处于超过铭牌功率工作状态下小马拉大车的变压器。过负荷经常会发生在发电厂或用电部门持续缓慢提升负荷的情况下。最终造成变压器超负荷运行，过高的温度导致了绝缘的过早老化。当变压器的绝缘纸板老化后，绝缘纸绝缘强度降低。因此，外部故障的冲击力就可能导致绝缘破损，进而发生故障。

1.6雷击。雷电波看来比以往的研究要少，这是因为改变了对起因的分类方法。现在，除非明确属于雷击事故，一般的冲击故障均被列为“线路涌流”。1.7三相负载不平衡。由于三相负载不平衡所引起某相长期过载，而使该相温度偏高进而使绝缘老化，产生匝间短路或相间短路。

1.8连接松动。连接松动也可以包括在维护不足一类中，但是有足够的数据可将其独立列出，因此与以往的研究也有所不同。这一类包括了在电气连接方面的制造工艺以及保养情况，其中的一个问题就是不同性质金属之间不当的配合，尽管这种现象近几年来有所减少。另一个问题就是螺栓连接间的紧固不恰当。

2 电力变压器的局放检测方法

2.1脉冲电流法。它是通过检测阻抗接入到测量回路中来检测。检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁芯接地线以及绕组中由于局放引起的脉冲电流，获得视在放电量。脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法，IEC-60270 为IEC 于2000 年正式公布的局放测量标准。脉冲电流法通常被用于变压器出厂时的型式试验以及其他离线测试中，其离线测量灵敏度高。脉冲电流法的问题在于以下几方面：其抗干扰能力差，无法有效应用于现场的在线监测;对于变压器类具有绕组结构的设备在标定时产生很大的误差;由于检测阻抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率以及动态范围等都有影响，因此当试样的电容量较大时，受耦合阻抗的限制，测试仪器的测量灵敏度受到一定限制;测量频率低、频带窄，包含的信息量少。

2.2DGA 法。DGA 法是通过检测变压器油分解产生的各种气体的组成和浓度来确定故障(局放、过热等)状态。该方法目前已广泛应用于变压器的在线故障诊断中，并且建立起模式识别系统可实现故障的自动识别，是当前在变压器局放检测领域非常有效的方法。但是DGA 法具有两个缺点：油气分析是一个长期的监测过程，因而无法发现突发性故障;该方法无法进行故障定位。

2.3超声波法。超声波法是通过检测变压器局放产生的超声波信号来测量局放的大小和位置。超声传感器的频带约为70～150 千赫兹(或300 千赫兹)，以避开铁芯的铁磁噪声和变压器的机械振动噪声。由于超声波法受电气干扰小以及可以在线测量和定位，因而人们对超声波法的研究较深入。但目前该方法存在着很大的问题：目前的超声传感器灵敏度很低，无法在现场有效地测到信号;传感器的抗电磁干扰能力较差。因此，超声检测主要用于定性地判断局放信号的有无，以及结合脉冲电流法或直接利用超声信号对局放源进行物理定位。在电力变压器的离线和在线检测中，它是主要的辅助测量手段。

2.4RIV 法。局部放电会产生无线电干扰的现象很早就被人们所认识。例如人们常采用无线电电压干扰仪来检测由于局放对无线电通讯和无线电控制的干扰，并已制定了测量方法的标准。用RIV 表来检测局放的测量线路与脉冲电流直测法的测量电路相似。此外，还可以利用一个接收线圈来接收由于局放而发出的电磁波，对于不同测试对象和不同的环境条件，选频放大器可以选择不同的中心频率(从几万赫兹到几十万赫兹)，以获得最大的信噪比。这种方法已被用于检查电机线棒和没有屏蔽层的长电缆的局放部位。2.5光测法。光测法利用局放产生的光辐射进行检测。在变压器油中，各种放电发出的光波长不同，研究表明通常在500～700mm之间。在实验室利用光测法来分析局放特征及绝缘劣化等方面已经取得了很大进展，但是由于光测法设备复杂昂贵、灵敏度低，且需要被检测物质对光是透明的，因而在实际中无法应用。

3 变压器的日常维护

3.1安装及运行。(1)变压器的安装地点应与其设计和建造的标准相适应。若置于户外，应确定该变压器适于户外运行。(2)保护变压器不受雷击及外部损坏危险。(3)确保负荷在变压器的设计允许范围之内。严防出现小马拉大车的现象。(4)在油冷变压器中需要仔细地监视顶层油温。(5)平时在运行操作中，应严格按照运行操作规程执行，严防出现误操作。(6)在操作变压器的解、并运行过程中，一定要按变压器解、并列的“三要素”进行，严防出现操作过电压。(7)平时应对变压器进行经常检查和巡视，发现问题应及时处理。

3.2对油的检验。变压器油的介电强度随着其中水分的增加而急剧下降。油中万分之一的水份就可使其介电强度降低近一半。除小型配电变压器外所有变压器的油样应经常作击穿试验，以确保正确地检测水分并通过过滤将其去除。应进行油中故障气体的分析。应用变压器油中8 种故障气体在线监测仪，连续测定随着变压器中故障的发展而溶解于油中气体的含量，通过对气体类别及含量的分析则可确定故障的类型。每年都应作油的物理性能试验以确定其绝缘性能，试验包括介质的击穿强度、酸度、界面张力等等。

3.3经常维护。(1)保持瓷套管及绝缘子的清洁。(2)保证电气连接的紧固可靠。(3)定期检查分接开关。并检验触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。(4)在油冷却系统中，检查散热器有无渗漏、生锈、污垢淤积以及任何限制油自由流动的机械损伤。(5)每年检验避雷器接地的可靠性。接地必须可靠，而引线应尽可能短。旱季应检测接地电阻，其值不应超过4Ω。(6)每三年应对变压器线圈、套管以及避雷器进行介损的检测。

4 结论

变压器是电网中的重要设备之一。虽配有避雷器、差动、接地等多重保护，但由于内部结构杂、电场及热场不均等诸多因素，维护不当事故仍然会发生。经常对设备进行检测，并加强日常的维护和保养，会对电力设备起到极其重要的作用，从而使电力供应更加安全可靠。