技術(shù)知識：電力變壓器故障的原因分析及維護(hù)方法

隨著國民經(jīng)濟(jì)和電力事業(yè)迅速發(fā)展，裝機(jī)容量和電網(wǎng)規(guī)模在日益增大，人們對電力系統(tǒng)中設(shè)備的運行可靠性要求不斷提高。在現(xiàn)代電力設(shè)備的運行和維護(hù)中，電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)中最重要的和最昂貴的設(shè)備之列，而且是故障多發(fā)設(shè)備。這就要求有可靠的變壓器檢測、維護(hù)技術(shù)。

1 變壓器故障原因分析

根據(jù)有關(guān)變壓器故障的資料并進(jìn)行分析的結(jié)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(yù)期壽命，負(fù)責(zé)電氣設(shè)備操作的人員應(yīng)給予細(xì)致地考慮。這些因素包括：誤操作、振動、高溫、雷電或涌流、過負(fù)荷、三相負(fù)載不平衡、對控制設(shè)備的維護(hù)不夠、清潔不良、對閑置設(shè)備的維護(hù)不夠、不恰當(dāng)?shù)臐櫥约罢`用等。

1.1線路涌流。線路涌流(或稱線路干擾)在導(dǎo)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(diào)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(luò)以及其他輸配(TD)方面的異常現(xiàn)象。這類起因在變壓器故障中占有絕大部分的比例。

1.2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(yù)期為35～40 年的壽命。在1983 年，發(fā)生故障時變壓器的平均壽命為20 年。

1.3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。

1.4維護(hù)不良。保養(yǎng)不夠被列為第四位導(dǎo)致變壓器故障的因素。這一類包括未裝變壓器的保護(hù)裝置或安裝的不正確、冷卻劑泄漏、污垢淤積以及腐蝕。

1.5過載。這一類包括了確定是由過負(fù)荷導(dǎo)致的故障，僅指那些長期處于超過銘牌功率工作狀態(tài)下小馬拉大車的變壓器。過負(fù)荷經(jīng)常會發(fā)生在發(fā)電廠或用電部門持續(xù)緩慢提升負(fù)荷的情況下。最終造成變壓器超負(fù)荷運行，過高的溫度導(dǎo)致了絕緣的過早老化。當(dāng)變壓器的絕緣紙板老化后，絕緣紙絕緣強(qiáng)度降低。因此，外部故障的沖擊力就可能導(dǎo)致絕緣破損，進(jìn)而發(fā)生故障。

1.6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(xiàn)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”。1.7三相負(fù)載不平衡。由于三相負(fù)載不平衡所引起某相長期過載，而使該相溫度偏高進(jìn)而使絕緣老化，產(chǎn)生匝間短路或相間短路。

1.8連接松動。連接松動也可以包括在維護(hù)不足一類中，但是有足夠的數(shù)據(jù)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(yǎng)情況，其中的一個問題就是不同性質(zhì)金屬之間不當(dāng)?shù)呐浜?，盡管這種現(xiàn)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(dāng)。

2 電力變壓器的局放檢測方法

2.1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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)用于現(xiàn)場的在線監(jiān)測;對于變壓器類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備在標(biāo)定時產(chǎn)生很大的誤差;由于檢測阻抗和放大器對測量的靈敏度、準(zhǔn)確度、分辨率以及動態(tài)范圍等都有影響，因此當(dāng)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。

2.2DGA 法。DGA 法是通過檢測變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來確定故障(局放、過熱等)狀態(tài)。該方法目前已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線故障診斷中，并且建立起模式識別系統(tǒng)可實現(xiàn)故障的自動識別，是當(dāng)前在變壓器局放檢測領(lǐng)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(jiān)測過程，因而無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障;該方法無法進(jìn)行故障定位。

2.3超聲波法。超聲波法是通過檢測變壓器局放產(chǎn)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(jī)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(xiàn)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(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號對局放源進(jìn)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。

2.4RIV 法。局部放電會產(chǎn)生無線電干擾的現(xiàn)象很早就被人們所認(rèn)識。例如人們常采