摘要：变压器作为电网中的关键性设备之一，稳定运行是设备正常运转的前提条件。因此，对于变压器在线监测及故障诊断技术的研究具有重要的现实意义和实用价值。本文就针对变压器故障及在线监测技术进行了简要研讨。
关键词：变压器；故障；在线监测技术
1变压器故障分析
1.1响声异常
变压器正常运行发出的是均匀稳定的“嗡嗡”声。当发生其它响声时，说明出现故障，应及时查找。如果是较高且深沉的“嗡嗡”声，可能是因为长时间过负荷导致；如果有“吱吱”声，说明内部出现放电可能，或者绝缘老化；如果有水沸腾声音，说明内部可能有短路等绕组严重故障导致过热或者使油气化产生气体；如果听到大的爆裂声，这可能是由于内部绝缘击穿引起。此时，应立即停止运行并检查维修。例如某电站在巡检时发现35kV箱变有放电声，经查询发现高压侧A相接线处有电火花，及时报告停运检修，避免了安全事故的发生。
1.2温度及油位异常
在外界条件不变条件下，如果负荷并没有增加，而出现绕组或绝缘油温度持续升高，这可能原因有：内部出现短路等，铁心涡流异常，绝缘老化，长时间过负荷运行，三相不平衡的负载、冷却装置损坏、散热器堵塞等方面造成；当然也有可能是测温装置损坏导致误报。常见的油位异常有假油位和油位下降。假油位可能由于呼吸器或者防爆管通气孔堵塞造成，低油位最大的可能是渗漏油，渗漏油一般是由内部压力过大、胶垫较密封不合格等引起的。
1.3绝缘及套管故障
电力设备故障一半以上都与绝缘故障有关。变压器主要的绝缘包括内部绕组、铁芯及绝缘油，外部主要为套管，内部绝缘问题主要是由于绝缘材料老化或者机械磨损，以及绝缘油发生反应降低绝缘性能导致；密封不严，导致绝缘受潮也会引起此类故障。外部套管可能由于积污发生闪络，套管破裂等导致绝缘故障出现。绝缘问题引起的电力事故损失往往较大，如若能及早的发现并解决，可将电力事故风险或损失降低到最小。因此，为保证绝缘材料的性能，在日常运行维护中，要特别注意绝缘性能方面的监测。
1.4短路及放电故障
短路故障是电力变压器使用中最常见的故障。引起它的原因是多方面的：绝缘材料的老化击穿、内部电磁环境影响等自身因素，材质不好、设计工艺质量差等质量问题，接地线断路、异常电压等外部环境以及运行维护不当等人为因素。放电现象多是由于绝缘材料老化损坏绝缘性能下降、或者接线断裂，链接不良等等造成放电。例如上述例子变压器就是由于高压侧未拧紧的接线螺丝掉落，导致放电，最终导致绝缘套管破裂。短路、放电故障还会引起其它更为严重的故障。
1.5多点接地故障
变压器铁心发生多点接地也是多方面引起的。安装技术不过硬，使铁芯或者套管引线碰到外壳；穿心螺栓钢座套过长，与硅钢片短接；铁芯绝缘部分受潮或者遇到损伤、潜油泵轴承磨损以及铁锈与焊渣，使铁芯或者箱底多点接地；接地片质量不好造成短路等。铁芯多点接地将会造成铁心的局部过热，气体继电器频繁动作，严重时会造成铁心的局部烧损，酿成事故。因此，能否及时检测到此类故障，并采取相应的措施排除故障显得尤为重要。
1.6瓦斯保护故障
瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯时发出信号，重瓦斯时则跳闸。轻瓦斯保护动作后发出信号的主要原因为：变压器内部存在轻微的故障；二次回路出现故障；变压器内部出现空气等。此时工作人员应立即展开排查，发现异常现象，及时解决；反之，则进行气体取样分析。重瓦斯保护动作跳闸原因：变压器内部可能出现严重故障，造成绝缘油分解出大量气体，或者可能因为二次回路故障等。此时，应先将备用变压器投入，之后开展外部检查，排查顺序油枕防爆门、各焊接缝是否裂开，变压器外壳有无变形，气体的可燃性如何。当变压器自动跳闸时，同样应先将备用变压器投入，并进行变压器外部检查（包括油枕，防爆管，各焊接缝是否裂开，变压器外壳有无变形，气体的可燃性情况），查明保护动作情况。
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2变压器在线监测技术分析
2.1变压器油色谱在线监测
2.1.1油气分离技术
1）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，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。2）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。
2.1.2气体检测技术
1）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。2）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、效率高，重复性好。也正因为其具备众多优势，受到了越来越多的青睐。
2.2变压器局部放电在线监测
1）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。2）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。3）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。
结语
综上所述，变压器作为电力系统重要的基础设备，在电力系统运行中发挥着重要电压改变作用。因此，相关电力运维人员需全面提高对变压器故障检测工作的重视，加强现代在线监测技术和故障诊断技术的应用，综合提高变压器的故障检测和维修效率，进而促进我国电力事业的进一步发展。
参考文献：
[1]王倩，王文轩，马静，等.基于变压器油在线监测技术的变压器故障检测[J].工业，2016（11）.
[2]吴凯平.变压器在线试验与故障诊断技术研究[J].商情，2017（3）.
作者简介：
刘明（1987.11-），男，山东济南人，华北电力大学本科，助理工程师，单位：国网山东省电力公司检修公司，研究方向：在线监测技术使用
周会峰（1985.8-），男，山东枣庄人，长沙理工大学硕士，单位：国网山东电力公司检修公司
论文作者:刘明,周会峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/3
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