摘要：在目前对电力系统中使用的变压器进行深入研究中，发现变压器在长时间使用的过程中经常会发生故障，这就需要对这些故障进行诊断及提出针对性解决措施，促使我国电力企业得到更好的发展。在目前对变压器进行实时监督中使用的技术方法主要是在线监测技术，这项技术手段的应用对于发现变压器中存在的故障起到不可忽视的作用。而对于整个电力系统来说，保证电力系统内部相应设备的安全运行，能够有效减少电网发生事故，减少电厂自身在发生电网故障的时候出现的经济损失。
关键词：变压器；故障；诊断
1变压器常见故障分析
电力变压器种类繁多，总体可分干式变压器及油浸式电力变压器系列，故障按变压器的整体结构的部位可分为绕组、铁芯、绝缘、套管、引线、分接开关、密封等七类故障，其中套管、引线、分接开关、密封故障属于油浸式变压器类。
1.1绕组故障
其故障类型主要有绕组短路、断路、松动、变形、位移及绕组烧损，其中绕组短路和断路故障又主要表现为匝间短路、层间短路、段间短路、股间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。产生这些故障的原因有以下几点：
1.11制造工艺存在缺陷、绕组本身结构及绝缘设计不合理，使变压器过载能力不强。
1.12材料质量低劣及加工不精细，未达国标或图样标准。
1.13在制造过程或检修时由于安装作业不细心人为原因造成绝缘损坏及线接头开焊不牢，虚焊，包扎绝缘不规范；未按工艺等图样标准保证必要的电气间距。
1.14缺乏良好的管理及维护，检修后干燥处理不充分，以及由于检测能力有限导致某些故障未能及时发现妥善处理而继续发展或故障设备修复不彻底。
1.15恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及长期超过技术规定允许的范围运行，长期受到热、电、机械应力等环境因素影响造成绝缘老化，散热不良导致运行温度偏高造成绕组绝缘部分碳化，最终形成绕组短路，绕组烧损。
1.16变压器绕组松动、变形、失稳，绝缘损伤现象造成内部受损，抗短路能力差，当外部短路或受到雷击的影响使绕组松散，内部场强分布不均，导致局部放电进而损伤导线；或运输过程发生绕组移位，发生出口短路。
1.17绕线作业存在导线松散，易在电磁力作用下产生振动，互相磨擦而划破绝缘。
1.2铁芯故障
铁芯的故障可分为：铁芯多点接地、铁芯接地不良、铁芯片间短路。其中多点接地主要为：铁芯动态多点接地和牢固性多点接地。
1.21铁芯多点接地：伴随有铁芯局部过热运行时间过长将会使油纸绝缘老化、绝缘垫块碳化、铁芯片绝缘层老化，甚至使铁芯接地引线烧断。
1.22铁心片间短路：在强磁场中形成涡流使铁心局部过热。
1.23铁心接地不良：使铁心局部过热，同时出现介损超标现象。局部过热现象易烧坏铁心片间绝缘，扩大铁心故障，因而它们也属临界性故障。
1.23铁心动态性接地：它主要是由杂质在电场力作用下形成导电小桥（由，一些杂质纤维与金属粉末组成）有时在大电流的冲击下而摧毁，出现情况不稳定，一般不影响变压器运行，但不定期的局部过热会使内部绝缘受伤，属轻度性故障。
1.3绝缘故障
绝缘故障模式分为：绝缘损伤、介损超标。绝缘损伤与介损超标在短期内变压器仍能正常运行，但这些故障会使变压器内部产生局部放电或局部轻度过热现象，进一步损伤绝缘将导致变压器内绕组局部短路、绝缘件碳化等故障，属轻度性故障。
1.4套管故障
套管是变压器内绕组与油箱外联结引线的重要保护装置。它长期遭受电场、风雨、污染等影响，易使瓷釉龟裂，绝缘老化。这种故障常见的是炸毁炸裂、套管位移、开焊、局部放电、闪落和漏油，套管爆炸将致使变压器停运甚至烧毁，故属于致命性故障；套管位移、开焊将会有水顺着套管进入变压器本体内，极易导致变压器绕组短路或相间短路，局部放电或易局部过热，易使套管内部绝缘击穿，属临界性故障。其产生的原因有：
1.41由于套管脚垫密封不好，导致进水致使套管击穿绝缘，下部密封不良致使套管漏油，绝缘度下降。
1.42套管表面油污，造成闪落，致使套管损坏；人为原因。
1.43维修时抽真空不彻底，在运行时在高压电场的作用下发生局部放电，严重时导致击穿。
1.5引线故障
引线接触不良会产生局部高温烧断引线而使变压器停止运行，属于临界性故障；引线相间短路和不及时处理会导致绕组相间短路，属致命性故障。引线故障有以下原因：
1.51螺栓松动，接触不良。
1.52焊接不牢。
1.53分接开关接点损坏。
1.54出厂未做压力试漏试验，当运行温度过高时至油箱散热片膨胀，油位下降过低时导致引线无绝缘保障，易放电引起相间短路及高温烧断引线。
1.6分接开关故障
有载分接开关内部传动结构较为复杂，而且经常操作切换，分接开关由于受高温和绝缘油影响，极易使触头表面氧化，产生氧化膜，使触头间接触电阻增大，由于接触不良引起局部高温，破坏接触表面。其故障模式主要有简体爆炸、触头烧损、档序错乱、齿轮损坏、表面熔化与灼伤，相间触头放电或各接头放电。从而造成分接开关连动，漏油等现象。简体爆炸甚至会导致变压器着火，属致命性故障。开关档序错乱、齿轮损坏、触头烧损在故障状态下运行将会扩大故障，它属临界性故障。常见的故障主要原因有：
1.61调压接头引线松动，调压出头烧毛，过渡电阻断线、调压滑档，出头弹簧压力不足，使触头滚轮压力不均匀，使其磨损严重而烧毁。
1.62调压开关触头没有到位，分接开关位置错位，对于有载分接开关带负荷调整装置不良和调整不当。
1.63相间间距不够，在过电压时短路。
1.64油的酸价过高，使分接开关接触面被腐蚀。
1.65出厂未做压力试漏试验，当运行温度过高时至油箱散热片膨胀，油位下降过低时导致分接开关无绝缘保障，易放电引起相间短路及高温烧断引线。
切换开关时需要测量各分头的直流电阻，确保三相平衡；对于每次分接头的位置都应有专门的记录，以便以后核查。
1.7密封不良引起的故障
变压器密封不良主要是接头处处理不好，如焊接质量不良、螺栓乱扣以及法兰不平等原因造成。其后果是漏油、漏气，影响范围大。故障模式有密封圈老化、瓷套脱落或破裂、箱体焊点裂纹、潜油泵处漏气、密封螺栓未紧固等。
1.8变压器线圈下沉
因干式变压器在带电运行过程中，铁芯片及线圈在电磁力的作用下，会出现一定程度的电磁震动，长期震动可能会使支撑绝缘子垫块压缩变形，同时由于变压器运行过程中线圈的铜损以及铁芯的铁损会产生热量发热，正常工作时线圈温度能够达到65℃，而变压器工作环境温度约为36℃，使得线圈下方的支撑绝缘子垫块温度升高，长期运行后绝缘子垫块逐渐软化倾斜，最后导致线圈整体下沉。
2变压器的故障诊断技术分析
2.1直观诊断法
2.11变压器温度异常，变压器由于负载超标，长期过负荷运行，事故过负荷；常出现表面温度超高现象，其冷却系统如果发生故障问题，其中的油量供应达不到标准的情况下则需要故障诊断与检查，以便及时解除故障问题。变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下，较原来同条件时的温度高，并有不断升高的趋势，也是变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器故障象征。引起温度异常升高的原因有：变压器匝间、层间、股间短路；变压器铁芯局部短路；因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热；散热条件恶化等。
2.12当发现变压器出现异常的声响，发生放电现象时，则可以判断出这一故障是由于局部零部件变松或者电压超高所导致。指示的油位如果较低，偏离了常规位置，则是因为所造成的油体泄漏现象。
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2.2油位及油色异常诊断法
2.21指示的油位显著下降，其故障应是严重漏油或渗漏，对密封圈松紧及平面接缝位置，要及时进行检查，发现问题及时处理与解决，一些转角与加强筋的位置必须特殊地进行漏油处理，发现缝隙通过焊接铁板等方式来填补缝隙，减少油体的渗漏。
2.22油色异常，有焦臭味 新变压器油呈微透明、淡黄色，运行一段时间后油色会变为浅红色。如油色变暗，说明变压器的绝缘老化；如油色变黑油中含有碳质甚至有焦臭味，说明变压器内部有故障铁心局部烧毁、绕组相间短路等。
2.3变压器运行状态的主要测试、检测及故障诊断方法
2.31测量回路直流电阻值，可以直观地确认绕组、引线、调压开关等导电回路是否正常；
2.32绝缘性能测试。通过绝缘电阻、吸收比、极化指数、介损、电容量（包括套管电容）、泄露测试等试验诊断变压器的绕组绝缘水平和铁芯对地绝缘。
2.33绕组变形测试和低压短路阻抗测试，诊断变压器出口短路后变压器绕组是否变形移位。
2.34通过远红外测温随时判断各出线引线接触是否良好。
2.35有载开关性能测试。通过有载调压开关切换时间、周期、切换的波形测量诊断变压器有载调压开关性能是否良好。
2.36铁芯接地电流检测判断变压器是否多点接地。
2.37油中溶解气体色谱分析。通过分析绝缘油中溶解气体的组成成分及含量浓度，来判断变压器内部是否存在过热性故障，局部放电、电弧放电故障等，它是判断变压器运行状态的重要手段之一。不同故障类型所对应的产气成分如下：
2.4声音辨别法（从变压器的异常声音判断故障）
2.41 “吱吱”声，当分接开关调压之后，响声加重，以双臂电桥测试其直流电阻值，均超过出厂原始数据的2％，属接触不良，系触头有污垢而引起的。
2.42户外安装油浸式变压器，在黄昏和黎明时可见小火花发出“吱吱”声，这与变压器内部发出的“吱吱”声有明显区别；这是终端杆引至跌落式熔断器的引下线采用裸铝或裸铜绞线，但张力不够，再加上瓷瓶扎线松驰所致。
2.43“噼啪”的清脆击铁声。这是高压瓷套管引线，通过空气对变压器外壳的放电声，是变压器油箱上部缺油所致。
2.44沉闷的“噼啪”声。这是高压引线通过变压器油而对外壳放电，属对地距离不够＜30mm或绝缘油中含有水份。
2.45“吱啦吱啦”的如磁铁吸动小垫片的响声，而变压器的监视装置、电压表、电流表、温度计的指示值均属正常。这往往由于新组装或吊芯检修时的疏忽大意，没将螺钉或铁垫上紧或掉入小号铁质部件，在电磁力作用下所致。
2.46特殊噪声。由于负载和周围环境温度的变化，使油枕的油面线发生变化，因此，水蒸气伴随空气一并被吸入油枕内，凝成水珠，促使内部氧化生锈，随着积聚程度加剧，会落到油枕的下部。铁锈通过油枕与油盖的连通管，堆积在部分轭铁上，从而在电磁力的作用下产生振动，发出特殊噪声。这还会导致变压器运行油机械杂质增多，使油质恶化。
2.47继续放电声。变压器的铁心接地，一般采用吊环与油盖焊死或用铁垫脚方法。当脱焊或接触面有油垢时，导致连接处接触不良，而铁心及其夹件金属均处在线圈的电场中，从而感应出一定电位，在高压测试或投入运行时，其感应电位差超过其问的放电电压时，即会产生断续放电声。
2.48“嗡嗡”随负荷大小发出沉闷的声音。对一些特殊使用场所，如炼钢厂、玻璃厂，其设备会产生高次谐波，当随着负荷增大时，各次谐波电流所建立磁通增加变压器铁损和铜损之余，亦使硅钢片以倍频振动，增加电磁噪音，使变压器磁路饱状态，变压器局部过热等；当变压器的铁芯、线圈、油箱及其他部件机械振动的固有频率接近或等于硅钢片磁致伸缩的基频及二、三、四次高频的频率（对于50Hz电源，指100Hz、200Hz、300Hz、400Hz）时，将会产生谐振，使变压器产生沉闷噪声且显著增大。
3变压器在线监测技术
3.1变压器油色谱在线监测
3.1.1油气分离技术
薄膜脱气法：主要应用的是扩散原理，应用一种聚合薄膜，膜的一侧是变压器油，另一侧是气室，进而利用膜两侧气压的不平衡性，油中的气体扩散到气室，从而将油气分离。经过一段时间，达到动态平衡，再经过计算得到溶解在油中某一气体的含量。这种方法最大的优点就是操作具有一定的简便性，但也有缺点，那就是要想达到动态平衡往往需要的时间比较长，脱气缓慢。值得强调的是油中的杂质和污垢会堵塞聚合薄膜，这就需要对薄膜进行定期更换，增加了成本。
动态顶空脱气法：通过采样瓶内搅拌子的不断搅拌，使得气体析出通过检测装置，然后气体返回采样瓶内。如果相同时间间隔内的测量值相同，就意味着脱气完成。顶空脱气技术在众多方法中之所以被广泛应用，主要是因为其油气平衡时间不超过三十分钟，脱气效率高，重复性好，分析灵敏度高。
3.1.2气体检测技术
气相色谱法：在高纯氮气作用下将分离后气体样本输送到色谱柱中，各组分气体停留的时间要受到分配系数的影响，分配系数大，停留的时间也比较长。将各组分的气体放置于敏感度高的TCD检测仪中，主要检测的是气体的浓度，然后转换为相应的电信号输入到计算机中。具有准确检测气体浓度的优势。而缺点是不易操作，时间周期长，所需要的技术含量比较高，适用范围为定期检测。
光声光谱法：溶解在油中的气体在脱气完成后进入光声室，入射光经过频率调整后经滤光片进行分光，每一个滤光片只允许某种特定气体吸收波长的红外线透过，然后各种特定气体吸收波长的红外线以调制频率多次激发气体，使气体通过辐射或非辐射两种方式回到基态。此过程中会造成局部温度升高，从而促进密闭的光声室产生机械波，进而被微音器检测到，就可以将气体组分浓度准确地判断出。
此法的优势在于不用消耗气体消耗品，可应用少量样品检测各组分气体浓度，时间短，效率很高，重复性好。也正因为其具备众多优势，受到了越来越多人的青睐。
3.2变压器局部放电在线监测
脉冲电流法：在变压器套管接地、外壳接地、铁芯接地以及绕组间发生高压局部放电时测量脉冲电信号，测量出一些基本量来反映放电脉冲的个数、大小和相位等，灵敏度极高。但脉冲电流容易受到外界噪声的干扰，这就需要对局部放电脉冲信号进行准确地提取，进而增加其抗干扰能力。此种方法的缺点是测量的脉冲频率低，测量出的信息量不多。
射频检测法：该方法主要是用罗氏线圈型传感器从变压器和发电机等被检设备中性点提取信号。同时它在安装上比较方便，不会受到系统运行方式的限制，这也是它为什么能够广泛地应用于发电机在线监测中的根本原因。但不可否认其也具有一定的缺陷，那就是只能分辨出单一的信号，难以在三相变压器的发生局部放电检测中使用。
超高频检测法：其工作原理是通过超高频传感器接收局部放电所产生的超高频电磁波，来实现局部放电检测。它的最大优势在于抗干扰能力强，具有良好的发展前景。
超高频检测法的检测和定位主要是通过传感器收到的超高频电磁波来实现，其具有测量频率高、频带宽、信息量大、抗干扰性强的优势。将其利用好能够充分了解变压器绝缘系统中局部放电特性。经过多年的努力，超高频检测法取得成果是不小的，但变压器在局部放电时所激发的高频电磁波在变压器中的传播特性较为复杂，加上变压器内部的结构会对电磁波的传播产生一定影响，变压器的箱壁对于电磁波也存在折反射，这样的过程中超高频传感器接收的信号已经不同于变压器内部的局放源发出的信号，所以还需要进一步加大研究的力度，使其更为深入。
4结束语
综上，可以看出在现在电力企业的发展过程中，整个电力系统中的变压器对电力的发展起到不可忽视的作用，但是在变压器长时间使用的过程中，其自身还经常发生一些故障，这些故障的出现，在很大程度上会影响整个输、发电厂的运行状况，针对于这一点就需要采取有效的技术对变压器故障进行有效的解决，促使我国电力企业的发展速率得到进一步提升。
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论文作者:郭敬旺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：变压器论文; 故障论文; 绕组论文; 局部论文; 引线论文; 套管论文; 气体论文; 《电力设备》2017年第8期论文;