电力变压器的故障分析与检修

摘要：对电力变压器故障的常用诊断方法，如油中溶解气体分析、绝缘试验、油务试验及其它预防性试验等，进行了全面论述，重点分析和评价了这些故障诊断方法的有效性，并对其未来发展方向，提出了建议。

关键词：电力变压器；故障；分析；检修

一、变压器状态检修的发展及故障类型

1.变压器状态检修的发展阶段

（1）初级状态检修阶段。全面汇总所获得的变压器的状态数据（运行数据、预防性试验数据等）。并进行初步分类、整理，最后由专家根据运行经验对这些状态数据进行分析、判断以确定变压器的健康状况，来决定检修策略。但定期检修仍将是一种辅助手段。

（2）系统的状态检修阶段：①全面、系统的汇总变压器的状态数据；②以在线监测方式代替部分停电试验手段，获取更为连续且更为符合实际的状态数据；③所有变压器的初始状态数据经计算机进行全面的、系统的处理，形成系统的状态数据；④建立初步的计算机专家辅助判断系统，对状态数据分析判断，从而获取检修策略。

（3）完善的状态检修阶段。①经长期实践确定一套完整的、有效的反映变压器健康状况的状态量；②以成熟的在线方式获取变压器的连续状态量；③计算机系统实时处理状态数据，并以完善的专家系统对状态数据进行复杂的分析判断，得出变压器的确切健康状况及检修策略。

2.变压器的故障类型

变压器在运行中常见的故障是绕组、套管和电压分接开关的故障，而铁芯、油箱及其它附件的故障相对较少。

二、变压器保护动作

1.变压器的断路器自动跳闸

为了变压器的安全运行及操作，变压器高、中、低压各侧都装有断路器，同时还装设了必要的继电保护装置。变压器的断路器自动跳闸，应检查有无明显的异常现象，如有无外部短路，线路故障，过负荷，明显的火光、怪声、喷油等。如确实证明变压器两侧断路器跳闸不是由于内部故障引起，而是由于过负荷、外部短路或保护装置二次回路误动造成，则变压器可不经外部检新投入运行。如果不能确定变压器跳闸是由于上述外部原因造成的，则必须对变压器进行内部检查。主要应进行绝缘电阻、直流电阻的检查。经检查判断变压器无内部故障时，应将瓦斯保护投入到跳闸位置，将变压器重新合闸。如经绝缘电阻、直流电阻检查判断变压器有内部故障，则需对变压器进行吊芯检查。

2.变压器瓦斯继电器保护动作

变压器瓦斯保护动作是一种内部事故的前兆，或本身就是一次内部事故。因此，对这类变压器的强送、试送、监督运行都应特别小心，事故原因未查明前不得强送。变压器运行中如发生局部发热，在很多情况下，并不表现为电气方面的异常，而首先表现出的是油气分解的异常，即油在局部高温作用下分解为气体，逐渐集聚在变压器顶盖上端内。气体产生的速度和产气量的大小，实际上表明了过热故障的大小。

3.变压器差动保护动作

差动保护是为了保证变压器的安全可靠运行，即当变压器本身发生电气方面的故障（如层间、匝间短路）时尽快地将其退出运行，从而减少事故情况下变压器损坏的程度。规程规定，对容量较大的变压器，如并列运行的6300KV·A及以上、单独运行的10000KV·A及以上的变压器，要设置差动保护装置。与瓦斯保护相同之处是这两种保护动作都比较灵敏、迅速，都是变压器本身的主要保护。与瓦斯保护不同之处在于瓦斯保护主要是反映变压器内部过热引起油气分离的故障，而差动保护则是反映变压器内部（差动保护范围内）电气方面的故障。差动保护动作，则变压器两侧（三绕组变压器则是三侧）的断路器同时跳闸。

4.变压器定时限过电流保护、零序保护

当主变压器由于定时限过电流保护动作跳闸时，首先应解除音响， 然后详细检查有无越级跳闸的可能，即检查各出线开关保护装置的动作情况、各信号继电器有无掉牌、各操作机构有无卡死等现象。如查明是因某一出线故障引起的越级跳闸，则应拉开出线开关，将变压器投入运行，并恢复向其余各线路送电；如果查不出是否越级跳闸，则应将所有出线开关全部拉开，并检查主变压器其他侧母线及本体有无异常情况，若查不出明显的故障，则变压器可以空载试投送一次，运行正常后再逐路恢复送电。当在送某一路出线开关时，又出现越级跳主变压器开关， 则应将其停用，恢复主变压器和其余出线的供电。若检查中发现某侧母线有明显故障征象，而主变压器本体无明显故障则可切除故障母线后再试合闸送电，若检查时发现主变压器本体有明显的故障征兆时，不允许合闸送电，应汇报上级听候处理。当零序保护动作时，一般是系统发生单相接地故障而引起的，事故发生后，立即汇报调度听候处理。

三、电力变压器故障检修的方法

1.实现完善的状态检修的条件

随着变压制造水平的不断提高，定期检修的误修损失将不断增大，且在总损失中所占比例不断增大，而漏修损失也不能有效降低，因而定期检修的费用有增大的趋势。而变压器制造水平的提高、检测手段的发展、运行经验的丰富、诊断手段和水平的提高等都有效地降低了状态检修的误修损失和漏修损失，同时随着检测和诊断实用技术的发展，状态检修的投入费用也将降低，因此状态检修的总费用将逐步降低。当状态检修的总费用降到小于定期检修的总费用时状态检修将代替定期检修。只有当变压器制造技术、检测技术以及故障诊断技术均达到一定水平时，才能真正实现变压器的完善状态检修。

2.实现状态检修的基础

（1）整理、汇总现有的变压器的状态数据，建立变压器健康状态档案。（2）建立变压器状态数据的据库系统，并完成数据网络和数据中心的建设。（3）逐步采用新的在线监测手段代替传统的状态数据获取手段。（4）探索并逐步采用新方法获取新的更有效的状态数据，以丰富诊断变压器的状态信息。（5）实践中不断改进完善变压器状态分析判断的专家系统。（6）在电网管理中不断积累数据，做好变压器状态检修和定期检修的经济效益评估和比较。

3.局部放电测量和绕组变形检测

随着变压器故障诊断技术的发展，人们越来越认识到，局部放电（PD）是变压器诸多故障和事故的根源，因而PD测量也越来越受到重视。近几年，PD测量技术得到了迅速发展，出现了多种测量方法和试验装置，有离线测量的，有在线监测的，有基于超声波原理的，还有利用红外线进行PD测量的。只是在基于PD测量结果进行故障诊断方面，还缺少较成熟的经验和全面的、合适的判定标准，这还有待于在今后的实践中逐步积累和建立。可以预测，PD测量将会成为电力变压器状态监测和故障诊断极为有利的方法。

通过对发生故障或事故的变压器进行检查和事后分析，发现绕组变形是许多故障和事故的直接原因。一旦变压器绕组已严重变形而未被诊断出来仍继续投入运行，则极有可能导致事故的发生，轻者造成停电，严重者烧毁绕组和线圈。导致绕组变形的原因主要有：①绕组绝缘和机械结构强度先天不足，绕制工艺粗糙，承受正常容许的短路电流冲击能力差；②变压器出口短路，出口短路形成的巨大的短路冲击电流产生的电动力使绕组扭曲、变形。变压器绕组变形检测正成为一个研究热点。同时也是一项必须突破的故障诊断技术。根据资料介绍，可以采用频谱法等来检测变压器绕组变形，但目前还没有形成相应的判断标准和规范。在现有的条件下，对变压器绕组严重变形故障的诊断可以通过变压器空载试验、短路试验及阻抗测量实现。当绕组发生变形时，变压器内部的磁路结构发生变化，空载电流及损耗、短路损耗及阻抗会发生一定的变化，通过横向相间比较、纵向历史数据比较，有可能判断。通过分相低电压短路试验判定了一起变压器绕组严重变形导致绕组匝间、股间放电的故障。

参考文献：

[1]蓝之达：电气绝缘试验[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]国家经贸委电力公司.变压器油中溶解气体分析和判断导则[M].北京：中国标准出版社，2011.