（杭州钱江电气集团股份有限公司 浙江杭州 311243）
摘要：电力行业是我国经济发展的主要支撑行业，随着近些年来中国经济的不断快速成长，全国电网的规模也越来越大，因此对电网的稳定、安全运行的需求也越来越高。电力变压器是电力系统中的关键设备，在电力系统扮演者升压降压的角色，它是否运行稳定直接关系到整个电网的安全。本文对变压器的状态评价和故障诊断进行研究，提高电力系统工作人员对变压器运行状态的了解，使其可以采取及时的措施保证了整个电网的稳定运行。
关键词：运行变压器；健康状态；诊断
1研究电力变压器状态综合评估的重要意义
随着我国经济的高速、稳定发展，电力工业也取得了瞩目的成就。目前，我国以220kV、330kV、500kV交流输电线路和660kV、800kV直流输电线路为骨干，已经建成5个区域电网（华东、华北、华中、东北、西北）和南方电网的主网架，西电东送、南北互供、全国联网的格局已经初步形成。我国电力工业已经进入大电网、高电压、大机组、高自动化的发展时期。然而，随着电力设备容量的增大和电网规模的扩大，对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求。电力变压器是电网中能量转换、传输的核心设备，其运行的安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定，提高电力变压器运行的可靠性对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。
2变压器故障诊断方法研究现状
电力变压器常见的潜伏性故障主要分为过热故障、放电故障和机械故障三类，不同的故障模式在其出现的过程中表现出不同的故障征兆，二者的对应关系十分复杂，有一对一的对应，也有一对多的关系。业界常釆用的方法是变压器油色谱分析（油中溶解气体分析法。根据该方法分析的结果诊断变压器内部绝缘故障。这种方法有效而且简单，但是存在的问题也不较多，这种方法不能全方位的考虑变压器可能产生的故障，囲为它只单纯的考虑变压器油中气体含量，没有全方位的考虑对应各个故障的特征量。目前学术界主要研究的方法可以分为基于规则和基于智能的方法。基于规则的方法是将变压器油中溶解的各种气体浓度中蕴含的信息进行提取，对故障诊断有用的信息进行分类，并通过概率统计转化为简单的规则所进行的故障诊断方法，主要有特征气体法和比值法（包括有编码或无编码等实际上的问题是，变压器的故障存在与机械、电、磁、绝缘、冷却等各种部件系统中，发生故障时油中溶解的气体浓度与多种因素存在着复杂的稱合关系，变压器还可能有多种故障并发存在，基于规则的方法是数据在概率统计意义上的近似规则，必然存在着一定的误差，不能准确的评估变压器的状态，不利于变压器的运行维护。
3电力变压器常见故障
3.1出口短路故障
出口短路故障即运行变压器由于受到出口短路故障的影响。故障时，高于额定值数十倍的短路电流可能同时通过高、低压绕组，产生相当大的热量，绝缘受到破坏。此外，变压器受到短路冲击，如果短路电流不太大，保护将及时动作，绕组会轻微变形，但如果短路电流很大，保护延时，抑或保护失灵，绕组将会严重变形。如果绕组已严重变形，变压器仍持续运行，将会导致其它故障或事故的发生。
3.2绝缘故障
有数据显示，变压器由绝缘系统遭到损坏而导致其损坏或发生故障占变压器总数的85%以上。对于油浸式变压器，绝缘系统包括固体绝缘介质及液体绝缘介质两部分。其中，液体绝缘介质即变压器油，而固体绝缘介质则包括绝缘纸、绝缘垫、绝缘纸板等，它们的主要成分都是纤维素。湿度、温度、过电压及油保护方式等都对变压器绝缘系统是否发生故障有重要影响。
3.3铁心故障
变压器铁心是变压器器身的重要部分，不但要求质量好，还严格要求一点接地，并且要非常可靠。在变压器运行过程中，一旦铁心没有接地，铁心与其金属件之间将产生断续的火花放电，导致变压器油分解，使固体绝缘遭到破坏，致使事故的发生。但决不允许两点或多点接地，因为变压器本身的结构及电场的分布情况对铁心的接地电流有一定影响，若发生两点及以上的接地，在铁心中将产生涡流，使得铁耗迅速增加，致使铁心局部过热，若不能及时处理，油和绕组也会过热，油纸老化，若时间过长，变压器将劣化分解，且伴随可燃性气体产生，气体继电器将会动作，导致停电事故；严重的多点接地将烧断接地线，后果不堪设想。
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4变压器健康状态诊断技术
4.1局部放电检测
4.1.1超声波法
超声波法通过检测变压器局部放电产生的超声波信号来测量局部放电的大小和位置。超声传感器的频带约为70～150kHz（或300kHz），以避开铁心的铁磁噪声和变压器的机械振动噪声。目前该方法存在的问题是：当前的超声传感器灵敏度较低，无法在现场有效地测到信号；传感器的抗电磁干扰能力较差。因此，超声检测主要用于定性地判断局部放电信号的有无，以及结合脉冲电流法或直接利用超声信号对局部放电源进行物理定位。
4.1.2光测法
光测法利用局部放电产生的光辐射进行检测。在变压器油中，各种放电发出的光波长不同，研究表明通常在500～700mm间。在实验室利用光测法来分析局部放电特征及绝缘劣化等方面已经取得了很大进展，但是由于光测法设备复杂昂贵、灵敏度低，且需要被检测物质对光是透明的，因而在实际中无法应用。
4.1.3电脉冲法
电脉冲法又称脉冲电流法，通过检测阻抗接入到测量回路中来检测。检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁心接地线以及绕组中由于局部放电引起的脉冲电流，获得视在放电量。该方法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法。该方法存在以下几个问题：其抗干扰能力差，无法有效应用于现场的在线监测；对于变压器类具有绕组结构的设备在标定时产生很大的误差；当试样的电容量较大时，受耦合阻抗的限制，测试仪器的测量灵敏度受到一定限制，测量频率低、频带窄、包含的信息量少。目前已有变压器局部放电在线监测系统形成并投入应用，其检测原理是应用电流传感器测量变压器局部放电产生的电流脉冲信号来判断局部放电的大小，利用超声波传感器检测局部放电产生的声信号来确定局部放电的位置，从而实现局部放电的检测与定位。
4.2低压断路阻抗法
短路阻抗法的基本思想即通过测试变压器绕组中电抗的变化来检测绕组的变形程度。因为绕组的短路电抗值与绕组的变形程度、几何尺寸以及位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。在工频电压不变的情况下，短路阻抗及阻抗中的电感分量与变压器绕组的几何形状及位移相关。通过比较不同时期变压器绕组的短路阻抗值即可分析绕组状况。
4.3红外监测
红外监测技术是通过拍摄并测量高压设备的某部位温度来判定热故障。它的技术优势是实效性较强，可在一定距离内遥测，也可直观测定、显示温度的梯度图像，红外监测技术不受电磁场的干扰，用它检测绕组热点温度，其分辨率可高达0.05℃。适于工作在-20℃～2000℃的温度范围内。红外监测的原理是：如果变压器被测部位的温度高于绝对温度（-273.15℃），则会产生一种由热能转换出来的辐射能量，这种能量便是红外射线。按红外辐射定律，被测物体辐射功率与被测物体绝对温度的4次方成正比。因此，当变压器存在热故障时，发热部位的温度分布必定变化，利用红外监测装置拍摄的温度图像，可直观反映出发热部位及范围。图像的色度表示不同的温度。温度越高，颜色越亮；温度越低，颜色越暗。
4.4糠醛测试
糠醛常温下为液态，不易挥发，是固体绝缘纸板降解（老化）的特征性产物，在油中有很好的稳定性和积累效果。经过实验室和大量取样测定数据的统计分析，发现在绝缘纤维素分子链断裂生成物中，糠醛含量较碳氧化物能更好地表征绝缘纸的老化，分析变压器油中糠醛含量可以判断绝缘纸劣化程度。一般来讲，如果油中糠醛含量达到0.5mg/L，变压器整体绝缘处于寿命中期；糠醛含量达到1mg/L～2mg/L时，绝缘严重劣化；糠醛含量达到4mg/L时，变压器寿命终止。
参考文献：
[1]陈维荣，宋永华，孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状.电网技术，2000，24（11）
[2]邱仕义.电力设备可靠性维修.北京，中国电力出版社，2004
论文作者:施伟枫,杨洁
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
标签：变压器论文; 绕组论文; 故障论文; 局部论文; 铁心论文; 糠醛论文; 电网论文; 《河南电力》2018年22期论文;