(中国能源建设集团华中电力试验研究院有限公司 湖南省长沙市 410000)
摘要：变压器是电力系统中重要组成部分，直接影响着输电系统的运行效率和运行稳定性，而变压器试验是检测变压器质量和运行可靠性的有效手段，在电力系统开发过程中发挥着不可或缺的重要作用，也是避免变压器运行过程中损坏和降低变压器事故发生率的良好途径。
关键词：电气试验；变压器故障；电力运行
变压器作为最主要的输变电设备，在运行的过程中，由于其处于电力系统末端配，所以变压器的整体数量和总容量非常庞大，一旦变压器出现故障，则很容易造成整个电力系统的运行受到影响。因此，为提高变压器运行稳定性与可靠性，必须要建立科学可行的故障检修制度，灵活应用各种电气试验，来确定各种运行数据，将其作为设备检修的依据，提高故障处理效率。
1变压器主要的故障及原因
1.1绕组形变故障
在变压器中，如果因为短路电流而导致变压器内部受到冲击，就很容易出现绕组故障。电网中实际运行的电力变压器，经常会因为不同的原因而受到短路电流的冲击，其中最严重的就属于近期短路故障，短路冲击电流能够使得变压器的绕组承受的电动力瞬间升高至数百倍，导致绕组温度急速升高，所以线圈的机械能变弱，引起变压器绕组故障。
当变压器遭遇短路电流冲击之后，很难承受如此强大的短路电动力，所以会产生故障，由于受到短路冲击而引发变速器故障已经逐渐成为主要的原因之一。在电力系统实际运行的过程中，要想检测短路冲击电流则必须进行离线检查，但是却并不能够灵活地反映出变压器绕组故障，而且准确性也不高，所以这就导致电力系统的稳定运行，存在一定的安全隐患。还有一些变压器的绕组线圈出现比较小的变形时，并没有破坏绝缘所有的检测都能够正常，这样就导致频率响应法以及短路电抗法，均不能够准确地判断绕组存在的故障。而在变压器故障诊断中，通过利用离线吊芯检查的方式，不仅会消耗大量的人力、物力、财力，对变压器自身也会造成一定的影响，所以必须要改进检测方式，通过实时在线准确地判断变压器绕组故障的原因。
1.2铁芯故障
一般的变压器铁芯都是由非线性铁磁材料硅钢片构成，但是由于硅钢片在交变磁场中的长度会逐渐的变化，所以导致磁质伸缩影响了芯片励磁频率。当硅钢片的磁致伸缩率增大时，铁芯的形变量也会增加，导致铁芯的振动频繁，如果铁芯磁质伸缩变化周期是交流电压周期的一半，所以就会造成变压器铁芯振动频率以100Hz为基础，但实际上由于变压器铁芯的振动除了有基频振动以外，还包含基频整数倍的高频附加振动信号，导致磁致伸缩非线性以及铁芯内框和外框的磁路径长短存在区别，造成高次谐波分量，导致铁芯振动信号的波形并没有呈现出正弦分布。主要的原因在于变压器铁芯内部的绝缘层破损，或者出现纸板受潮的情况[3]。如果变压器的油箱底部存在大量的油渍，很有可能导致自身的绝缘性能下降，当变压器箱体的金属零件出现脱落时，也会造成硅钢片局部短路的问题，而铁片内部的硅钢片表面，如果出现绝缘漆脱落的问题，也会造成铁芯暴露在空气中，引发变压器故障。
2变压器故障分析方法
2.1运行异常分析
2.1.1 变压器运行声音不正常
正常运行的变压器声音应为均匀、低沉的交流震动的声音，无明显的变化。若运行过程中变压器的声音出现突然的变化、不均匀或明显的不正常振动声音，可认为这是异常现象，应及时进行分析排除，必要时将变压器停运。
变压器运行中声音突然升高，可能是由于系统电压升高、电压波形有变化，或是大容量动力设备启动；变压器运行中声音由低沉变成嘶哑声，可能是由于铁芯松动，结构上有螺钉或其他零部件松动；运行中有放电声音，是由于有绝缘件损坏。此外，变压器运行系统短路或接地时，会有很大的短路电流通过，使变压器产生很大的噪声。
2.1.2 三相电压不平衡
变压器运行中三相电压超过允许值或其中一相、二相有升高或降落现象，而不是正常的负荷压降，这可能是由于一相断路或一相熔断器熔断，绕组局部或匝间短路，造成三相电压不平衡；还可能是由于三相负载不平衡，引起中性点电压偏移。
2.1.3 变压器运行中温升超过正常范围
一般油浸自冷式变压器运行中其上层油温不得超过85℃。变压器运行中油温不断升高，以至于超过其允许值，造成变压器油温度异常。油温异常的原因可分为变压器自身内部原因和外在负载、环境或循环冷却系统原因，如绕组层间或匝间短路，分接开关接触不良，冷却系统故障、缺油，变压器过负荷，铁芯片间绝缘或穿心螺栓绝缘损坏，变压器铁损增大，运行环境发生突然变化，变压器通风情况不好，二次回路中有大电阻短路，变压器油质下降等。
2.2 内部故障分析
2.2.1 油浸式变压器的内部故障
在油浸式变压器中，内部故障可分为以下几类。一是有气体产生的故障，主要为：绕组绝缘制造缺陷产生的小电弧而产生的气体；绝缘材料缓慢老化后异常放电而产生的气体；匝间短路而产生的气体。二是内部过电压同时伴有较高过电流的故障，包括单相就地短路和相间短路。这些故障可能是外部雷击或操作时产生过电压而造成的。
2.2.2 干式变压器的内部故障
干式变压器的内部故障主要有匝间短路和单相就地短路，发生这些故障原因有变压器在制造时绝缘的缺陷和长期过载运行而造成的绝缘老化。
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2.3试验分析
利用电气试验方法来对变压器运行状态进行确定，是故障检修分析的重要措施之一。一般可以就变压器运行声音、油位、油温等方面进行试验，将试验所得数据作为分析依据，实时掌握变压器运行状态，争取在故障发生前确定缺陷部位与类型，然后采取有效措施处理，将故障扼杀在萌芽中。通过电气试验来对变压器运行缺陷极性检查，并完成故障性质诊断，对提高变压器运行可靠性与稳定性具有重要意义。常见的电气试验如绝缘油试验、直流电阻试验、绝缘电阻与泄露电流试验、短路试验等，按照专业标准与规程，对变压器进行逐项检查，来为其绝缘性能、机械性能以及电气特性等方面的分析提供依据，现在已经被广泛的应用到变压器故障分析中，并且取得了良好的应用效果。
3变压器的保护
3.1变压器回路的保护
变压器及其回路必须安装保护措施，以减少异常电流和过电压造成的设备损坏，确保变压器的正常运行。保护措施选择的原则为：当有多个电流断开装置的保护附件都检测到故障时，只能由离故障最近的电流切断设备动作来切除故障点。例如，电力变压器的二次侧发生短路故障时，只能由二次侧的断路器跳闸，一次侧的断路器保持闭合。
3.2关于供电侧和负载侧的保护
变压器供电侧（一次侧）的故障通常为过电压，过电压类型主要有两种。一种是雷电过电压，由于雷击发送在给变压器供电的架空线上或其附近而造成变压器一次侧过电压；另一种为操作类过电压，如断路器或负荷开关断开而产生的过电压。根据应用，需要防护这两种过电压时，通常采用氧化锌避雷器即可，可以将其安装在变压器的高压套管处。
3.3变压器的保护
对于油浸式变压器，有两种工具可以检测其内部故障的设备，其分别为瓦斯检测器和 DGPT。瓦斯检测器专门用于检测带储油罐的变压器，瓦斯检测器安装在连接变压器有限和储油罐管道上，检测缓慢释放的气体和内部过电压引起的油回流。
4 电气试验在变压器故障分析中的影响
4.1绝缘油试验
为保证所选绝缘油可以满足变压器运行需求，需要对其进行试验检测，确定其性能达标。变压器均需要在油箱内充满变压器油，利用其绝缘、测量、散热特点来对铁芯以及绕组组件进行保护，降低氧化对绝缘材料的影响，提高变压器运行可靠性。高质量的绝缘油通过对内部所有空隙的填充，可以将所存空气全部排出，对各部件与空气之间进行了有效隔绝，因此能够提高变压器整体绝缘性。同时，与空气相比变压器油绝缘强度更高，能够对变压器内部所有部件绝缘性进行强化，保证绕组之间、绕组与铁芯、绕组与箱油盖之间的良好绝缘效果。针对绝缘油进行试验，可从击穿电压、酸值、水溶性酸 pH 值、含水量、体积电阻率以及界面张力等方面进行，综合各项试验数据，确定所选油质是否达标，严禁劣质油的使用。
4.2直流电阻试验
进行直流电阻试验时，需要严格按照专业规范将测试仪测量线与变压器绕组出线端子进行可靠连接，然后对高压侧线各档以及低压侧线组的直流电阻进行测量，包括所有分接位置，正确读取测量值并登记。同时，为保证试验结果的可靠性，还需要对测量环境温度、操作条件等内容进行如实记录。并且，完成所有测量工作后，还应先进行放电处理，然后将连接的测量线全部拆除，关闭测量仪器电源放置规定位置。通过试验测量得到的数据，代表了变压器的导电性，可在一定程度上反映出变压器内部导线、导线接头以及各开关接头的接触性，对比后可判断存在的问题。整个试验过程操作简单，但是可以得到可靠的数据，可以确定变压器内各绕组是否存在短路或断路问题。
4.3短路试验
对变压器进行短路试验，需要对额定电流下的短路损耗以及阻抗电压进行准确测量，控制电源和测量线路与空载试验条件相同，然后选择人为短路作为非电源侧绕组。就专业规范要求，大于 220kV 的相间偏差不得超过 2%，初值差不得超过 3%；小于 110kV 的相间偏差应不得超过 3%，初值差不得超过 5%。对变压器进行短路试验，可确定各部件以及油箱壁因漏磁造成的局部过热或者附加损耗过大问题，以及带负荷调压电抗绕组匝间短路和套管法兰等附件损耗过大、局部过热等问题，为后续检修工作的开展提供依据。
结束语：
因为涉及到人们的日常生产和生活，人们对电力行业的正常运行越来越关注。考虑到变压器在电力行业中的重要作用，电力公司想要让整个电力系统安全的运行下去，就必须先解决变压器使用安全的问题。变压器在运行过程中出现故障，如果不及时处理，便会引发一连串的运行问题，而电气试验作为新时期解决变压器故障的一种行之有效的方法，因为其省时省力，方便快捷，准确无误而大量应用与电力行业的检查维修中。电气试验不仅可以减少电力公司的损失，还可以延长材料的使用寿命，更可以保证电力行业的运行。
参考文献:
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[5]高一晟．电气试验在变压器故障分析中的应用研究［J］．中国设备工程，2017( 20) : 46-47．
论文作者:杨瑞坤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：变压器论文; 绕组论文; 故障论文; 过电压论文; 电气论文; 铁芯论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第32期论文;