技術(shù)知識(shí)：電力變壓器故障的原因分析及維護(hù)方法

隨著國(guó)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(duì)電力系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行可靠性要求不斷提高。在現(xiàn)代電力設(shè)備的運(yùn)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(cè)、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(shì)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(dòng)、高溫、雷電或涌流、過(guò)負(fù)荷、三相負(fù)載不平衡、對(duì)控制設(shè)備的維護(hù)不夠、清潔不良、對(duì)閑置設(shè)備的維護(hù)不夠、不恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑以及誤用等。

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(guò)電壓、電壓峰值、線路故障/閃絡(luò)以及其他輸配(TD)方面的異?，F(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(guò)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(shí)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(guò)載。這一類包括了確定是由過(guò)負(fù)荷導(dǎo)致的故障，僅指那些長(zhǎng)期處于超過(guò)銘牌功率工作狀態(tài)下小馬拉大車的變壓器。過(guò)負(fù)荷經(jīng)常會(huì)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(yùn)行，過(guò)高的溫度導(dǎo)致了絕緣的過(guò)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(lái)比以往的研究要少，這是因?yàn)楦淖兞藢?duì)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(zhǎng)期過(guò)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(dòng)。連接松動(dòng)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(dú)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(gè)問(wèn)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(lái)有所減少。另一個(gè)問(wèn)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(cè)方法

2.1脈沖電流法。它是通過(guò)檢測(cè)阻抗接入到測(cè)量回路中來(lái)檢測(cè)。檢測(cè)變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點(diǎn)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(cè)方法，IEC-60270 為IEC 于2000 年正式公布的局放測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。脈沖電流法通常被用于變壓器出廠時(shí)的型式試驗(yàn)以及其他離線測(cè)試中，其離線測(cè)量靈敏度高。脈沖電流法的問(wèn)題在于以下幾方面：其抗干擾能力差，無(wú)法有效應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè);對(duì)于變壓器類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備在標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生很大的誤差;由于檢測(cè)阻抗和放大器對(duì)測(cè)量的靈敏度、準(zhǔn)確度、分辨率以及動(dòng)態(tài)范圍等都有影響，因此當(dāng)試樣的電容量較大時(shí)，受耦合阻抗的限制，測(cè)試儀器的測(cè)量靈敏度受到一定限制;測(cè)量頻率低、頻帶窄，包含的信息量少。

2.2DGA 法。DGA 法是通過(guò)檢測(cè)變壓器油分解產(chǎn)生的各種氣體的組成和濃度來(lái)確定故障(局放、過(guò)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(shí)別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)識(shí)別，是當(dāng)前在變壓器局放檢測(cè)領(lǐng)域非常有效的方法。但是DGA 法具有兩個(gè)缺點(diǎn)：油氣分析是一個(gè)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)過(guò)程，因而無(wú)法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障;該方法無(wú)法進(jìn)行故障定位。

2.3超聲波法。超聲波法是通過(guò)檢測(cè)變壓器局放產(chǎn)生的超聲波信號(hào)來(lái)測(cè)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(kāi)鐵芯的鐵磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及可以在線測(cè)量和定位，因而人們對(duì)超聲波法的研究較深入。但目前該方法存在著很大的問(wèn)題：目前的超聲傳感器靈敏度很低，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)有效地測(cè)到信號(hào);傳感器的抗電磁干擾能力較差。因此，超聲檢測(cè)主要用于定性地判斷局放信號(hào)的有無(wú)，以及結(jié)合脈沖電流法或直接利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。在電力變壓器的離線和在線檢測(cè)中，它是主要的輔助測(cè)量手段。

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