摘要：本文分析了330KV变压器的常见故障：绕组故障、油温异常、铁芯故障，并介绍了基于振动信号的变压器故障诊断方法。结合实例对330KV变压器的故障进行了检测及解决，以供相关工作人员参考。
关键词：330KV变压器；常见故障；故障诊断
电力变压器是电网中最主要的设备，其稳定可靠运行对电力系统安全起着非常重要的作用。然而，由于设计、制造及运行维护水平的影响，变压器的故障还时有发生，造成的直接和间接损失相当巨大，也大大影响了电力系统的安全稳定运行。因此，加强变压器的运行维护，采取切实有效措施扼制此类事故的上升势头，已成为提高电力变压器安全运行水平的关键。
1 330KV变压器的常见故障
1.1绕组故障
330KV变压器绕组出现故障的表现多半为接头开焊、断线、相间短路、匝间短路等。引发绕组故障的原因主要有三点：一是在变压器检修过程中，操作人员不注意，损害了绝缘层，导致后来运行时出现故障；二是由于变压器长期运行，出现机体过热或散热不良，如遇有杂物落入绕组，则极有可能使得变压器温升过高，导致绝缘老化；三是变压器制造工艺不够精良，变压器机械强度无法经受短路过电流冲击，使得绝缘损坏，绕组变形。
1.2油温异常
电力变压器的损耗分为短路损耗和空载损耗两种，短路损耗主要为铜损，空载损耗主要为铁损。当电力变压器出现油温异常时，短路损耗和空载损耗就会转换为热量。电力变压器正常运行时油温不能超过，在电力变压器负荷不变、冷却装置运行正常的情况下，当上层油温比正常油温高出及以上时，电力变压器有可能出现油温异常。引起电力变压器油温异常的主要原因有两个：一是由绕组短路、接头发热等内部故障引起的；二是由冷却装置的故障引起的。
1.3 铁芯故障
绕组和铁芯共同构成了电力变压器的器身，起到交换和传递电磁能量的作用。因此，在电力变压器设计时，对铁芯的要求极高，不仅要求质量好，而且还必须要有可靠的接地点。为了保证变压器的正常运行，要求铁芯只存一点接地，一多点接地则会导致铁耗增加、铁芯局部过热及在铁芯中产生涡流现象，如果长期不处理，就会导致油温过热，油纸老化，当铁芯两点及两点以上同时接地时，称为多点接地。
2基于振动信号的变压器故障诊断方法
根据数据统计，变压器故障主要有绕组变形、铁芯夹件或螺栓松动引起的机械故障。变压器铁芯出现机械故障会使变压器器身振动特性发生变化，部分频段内的振动能量也会发生改变。因此变压器箱体振动信号的检测和特征提取对于变压器的在线监测和故障诊断具有重要意义。应用局域波方法对变压器箱体振动信号进行特征提取和分析，并结合希尔伯特变换，从而实现对变压器运行状态的定性判断。
2.1 局域波
局域波是指信号局部范围的波动变化，对于一个复杂的非平稳性信号，任一时刻都可能包含许多个振荡模式，信号在某个时刻也会有多个瞬时频率。为了从复杂的信号中得到有意义的瞬时频率，局域波将某个时刻的多个瞬时频率分解到不同的内蕴模式分量中。并且内蕴模式分量同时满足两个条件：一是极值点的数量与过零点的数量相等，或者最多相差一个；二是在任意时间点上，其局部均值为零。
2.2 变压器振动信号获取
当铁芯压得不够紧，硅钢片发生松动，或者硅钢片的重量使铁芯产生弯曲变形时，硅钢片之间的缝隙就会变大，硅钢片接缝处和叠片之间的漏磁也随之变大，导致电磁吸引力变大，致使铁芯的振动频率增大；当铁芯存在多点接地的故障时，碎钢片变热，也会引起铁芯振动变大。考虑到在变压器相同的分接位置处，铁芯的振动在空载、负载及负载变化时大小基本保持不变；绕组的振动信号（基频）与负载电流的平方成正比。空载的情况几乎等效于负载电流为零的情况，因此通常将负载电流平方值为横轴，变压器器身振动信号（基频）为纵轴作出关系曲线，找到此曲线与纵轴的点，就是负载电流为零时的变压器器身振动信号为铁芯的振动信号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3 局域波法用于振动信号处理
局域波方法是一种基于经验模态分解EMD的信号处理方法，用来采集有意义的瞬时时频序列模式函数，以此来分析非线性、非静态信号，它来源于瞬态频率，用来反映时域中的非线性、非静态信号的局部特征，它能够实现自动地将复杂的信号分解成若干阶固有模态函数IMF。通过EMD变换可以实现小波变换的功能，并能够解决波内频率调制的问题。
2.4 330Kv变压器绕组故障或铁芯故障的诊断过程
一、检测并获取变压器振动信号，分别绘制正常和故障信号波形图；
二、采用总体经验模态分解EEMD方法，对获得的信号进行去噪处理、分解和分析信号，进而获取IMF；
三、比较正常和错误信号的IMF，分析判断变压器是否发生故障；
四、基于西伯尔特变换绘制信号的边际谱；
五、分析信号的边际谱，判断变压器故障的严重程度。
3 330KV变压器故障实例分析
华北地区330KV某变电站的主变压器在运行时发生高频率的噪音，在排除了杂物堵塞、元件损坏的情况后，为了进一步确定振动发生源，工作人员运用基于振动信号的变压器故障诊断方法，对变压器在空载条件下的器身振动数据进行了分析及故障排除。
该变压器型号为OSFPSZ9-M-360000/330，2005年6月投运，额定容量为240/240/72MV•A，额定电压为345/121/35kV，额定电流为401.6/1145.2/1187.7A。
工作人员把6个ICP型加速度振动传感器用永磁体方式安装在变压器油箱上，得到了6个通道的釆样数据。6个传感器分别安装在变压器低压侧三相绕组对应箱壁上，每相绕组对应的箱壁的中部和底部部位各安装1个。振动数据釆样频率为模拟变压器正常工况和铁芯故障工况，获取了两种工况下变压器振动信号。其中铁芯故障是人为设置的铁芯顶部紧固螺栓脱落状态。工作人员选择了振动幅值最大的通道的采样据对特征进行提取和分析。从时域上可以看出，在正常和铁芯故障工况下，变压器振动信号都呈现出了周期性的变化。其中故障后振动信号幅值比正常状况下有了一些变化，信号在波峰处波动更加强烈。
将局域波分解算法应用于正常的变压器振动信号和铁芯故障时的变压器振动信号，再将正常的变压器振动信号和故障时的变压器振动信号分别通过EEMD分解成7个IMF。然后对IMF信号进行希尔伯特变换，得到两个希尔伯特谱和边际谱。受试变压器在正常状态下和故障工况下振动信号主要成分为IMF1~IMF7，EEMD分解将这7个分量自适应地投影到0Hz~5000Hz由高到低的对应频率空间。当变压器铁芯发生故障时，振动信号能量分布会发生变化：在频率100Hz附近能量急剧下降；在频率200Hz~300Hz附近，能量增大；故障越严重，振动信号能量分布变化越大；振动信号能量集中在低频波段。通过分析希尔伯特谱和边际谱的能量分布，可以提取简单有效的振动信号特征来判断变压器是否发生故障以及故障程度。
4 结语
综上所述，330KV变压器是变电站的重要组成部分，在保证电力系统安全平稳运行上发挥着重要作用。本文以330KV变压器具体事例作分析，运用基于振动信号的变压器故障诊断方法，发现并排除了故障，从而确保了电力的正常供应。
参考文献：
[1]雷帆.基于大数据分析的电力变压器状态评估与故障诊断技术研究[D].西安：西安交通大学，2016.
[2]武中利.电力变压器故障诊断方法研究[D].北京：华北电力大学，2013.
[3]赵军.500kV变压器故障分析[D].郑州：郑州大学，2016.
[4]李英奇，王立新，任东红，等.330kV高明变电站1号主变电器内部放电故障分析[J].西北电力技术，2002（3）：17-19.
[5]张燕涛，苏煜，王薇，等.330kV变压器故障原因分析[J].输配电技术，2007（8）：12-14.
论文作者:赵徽,白凯轩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/22
标签：变压器论文; 信号论文; 故障论文; 绕组论文; 铁芯论文; 电力变压器论文; 频率论文; 《电力设备》2018年第6期论文;