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摘要：电力需求量推动着我国电网建设规模的发展，大容量、超高压已经成为如今电力系统的发展方向。变压器是电网中不可或缺的一部分，其具有电压变换、电气隔离、稳压及电能传输的作用，因此，它的正常运行将会保证电力系统安全、稳定、优质、可靠的运行。在变压器长期运行的过程中，发生故障在所难免，因此对于变压器潜伏性的故障要及时预测，从而确保电力系统的安全运行。
关键词：变压器 故障分析 故障诊断技术
1引言
随着工业发展的加快与人口增长直线上升，我国的用电需求也在不断的提高，所以对同阶段配备的电力设备的要求也越来越高，变压器发生故障的可能性也越来越大；除此之外，由于变压器受制造材料、规格、环境等因素的影响，其运行状态就变得比较复杂且难以确定。如果变压器发生故障，情况稍稍严重一些就会造成部分电力系统的瘫痪，从而大大影响了工业生产以及人们的日常生活。2017年，由于变压器绝缘老化严重而造成电网公司非计划停运次数多至216次；据相关部门指标，虽然近几年我国的供电可靠率已经挺高了，但与欧美国家99.99%的供电可靠率仍存在着一定的差距。因此，为了保证工业发展和人们的日常生活，我们必须不断的深入研究，对变压器进行故障分析进行汇总，并根据相应的故障进行诊断研究，提高自身素养，积累相关经验，在遇到突发事件时，能够尽早检测并了解出变压器中的潜伏性故障，从而提升变压器运行的稳定性。
2变压器常见故障形成
油浸式变压器发生的故障不外乎油箱内部外部两种。在变压器油箱的内部发生的各种故障就是内部故障，而在变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障就是外部故障。本章会具体阐述现在较为常见的变压器故障，并会对其产生原因进行分析说明。
2.1 短路故障
此处所说的短路故障指的是在变压器出口处由于各种原因而发生的短路，下面会进行具体论述。
（1）短路电流引起绝缘过热故障
变压器在正常运行过程中，如果突然出现了短路问题，绕组中会流过很大的短路电流，其值约为额定值的数十倍，随后会散发很多热量，使变压器温度升高。如果此时变压器的性能不够稳定的话，变压器的绝缘材料就会受到影响，轻则影响绝缘性能，重则发生击穿事故。单相接地短路、两相接地短路、两相短路和三相短路都是如今较常见的出口短路形式，其中，三相短路的短路电流是最大。
（2）短路电动力引起绕组变形故障
变压器在运行中发生短路时，如果短路电流很小，电力系统中的继电保护装置便会正确动作从而保护电路，此时绕组会发生轻微的形变；相反的，短路电流很大的话继电保护不能立即动作，此时绕组会严重变形，甚至有所损坏。绕组发生轻微变形时，需要及时进行检修，不然的话，受短路电流长期影响，在一次又一次的冲击下也会损坏变压器。因此，为了提高变压器抗短路能力，需要诊断绕组变形程度、制订合理的变压器检修周期。
2.2放电故障
发生放电故障时，放电的能量大小会有所不同，所以便有了局部放电、火花放电和高能量放电。
（1）变压器局部放电故障
局部放电的定义为在电压作用下，绝缘内部气隙、油膜或者导体边缘发生的非贯穿性的放电现象。它初期是一种低能量的放电，由于变压器中主要的绝缘介质是气体和油，依据这点来划分，有气泡局部放电和油中局部放电；除了绝缘介质不同外，绝缘部位也会有所不同，所以它又可以分为电极尖端、油角间隙、固体绝缘中空穴等局部放电。由于放电能量大小并不相同，产生的气体也会有所不同。目前，电测法、超声测法、化学测法是比较常见的测量局部放电的方法。
（2）变压器火花放电故障
当放电能量密度＞10-6 C数量级时，变压器会发生火花放电。它的起因有两种，一是悬浮电位，另一则是油中杂质。下面会对其进行具体阐释：
（1）悬浮电位引起的火花放电：电网中的某些设备，它们的部分金属结构在生产过程中可能就存在一定的问题，再加上设备的运输还有长期机械运转，极有可能会接触不良，失去接地，从而处于在高、低压电极之间，此处对地的电位就是悬浮电位。这种部件四周存在着密集的场强，附近的固体介质会因此而烧坏或是炭化，绝缘油分解出大量特征气体。悬浮放电有可能发生在处于高电位的金属部件，也有可能发生在处于低电位的部件。
（2）油中杂质引起的火花放电：油中存在杂质而引起火花放电故障的概率要比悬浮电位大得多，此处所说的杂质是指水分、纤维质等。根据相关资料可知，水的介电常数 要比变压器油大得多。在电场中，最先发生极化现象的是油中的杂质，这些杂质在电场力的吸引下会往电极的方向靠近，并且有序排列，又因为其排列方式类似于桥，故而称之为杂质“小桥”，其介电常数大于变压器油，导电率也比变压器油好，油中的电场会因此而畸变。同样的，油中的电场会因为纤维较大的介电常数而变大，此时的变压器油在场强作用下处于游离状态，在此状态下会产生气体，从而又导致大量气泡的产生，由于这些气泡的存在，油的游离更加厉害，就这样一直循环，变压器油箱中便含有大量的气泡和油，气泡会形成气体通道，油分子之间因此存在间隙，这种情况下很容易发生火花放电。由此可见，在电压较低的情况下有可能发生火花放电故障。按理来说，火花放电故障是比较容易被发现的，处理起来也相对容易，但是需要时刻注意它的发展程度，以免发生绝缘击穿。
（3）变压器电弧放电故障
电弧放电又可称为高能量放电，它产生的能量密度很大。目前常见的电弧放电有对地闪络、绕组匝层间绝缘击穿等。
电弧放电故障时，由于能量高度集中，会迅速产生气体，气体又会导致放电，大量的电子便会形成电子崩，并且会以此形式对电介质进行冲击，固体纸绝缘无法承受这样的冲击便会被烧坏，金属材料同样会受其影响而有所损伤，故障严重时还会烧损设备，甚至引起爆炸事故，因为难以预测，所以常常会突然爆发。
综合上述三种放电故障可以看出，它们之间既有联系又有区别。区别是故障发生时，三者放电的能量密度有所不同，除此之外，它们产生的气体成分种类和多少也不相同。联系则是火花放电和电弧放电是从局部放电发展而来的，它们之间有着一定的因果关系。变压器发生的故障并不是瞬间的，而是慢慢发展而来的，所以通常一个时刻内存在着好几种故障，但也不排除只有一种故障的情况。因此，我们需要根据具体情况然后做出相应的判断。
1.3 绝缘故障
（1）固体纸绝缘故障
绝缘垫、绝缘绑扎带、绝缘卷、绝缘板、绝缘纸等构成了固体纸绝缘，油浸式变压器最不能缺少的就是固体纸绝缘。它主要由纤维素构成，其中为纤维素的聚合度。新纸的通常是一千三百左右，当变为二百五十左右时，它的机械强度会大大降低，大概低于新纸的一半，当为150～200时则表示纸极度老化。绝缘纸老化后，会生成水、一氧化碳、二氧化碳，其次还有糠醛。这些大多会损伤电气设备，甚至腐蚀设备中的金属材料。纤维材料长期使用后，难免会出现聚合度下降、收缩或是脆裂的情况，这些都会导致纸纤维劣化。固体绝缘的老化不可逆转，绝缘材料的寿命决定了变压器的使用年限，因此在对变压器进行选择时，要从多方面考虑，不仅机械性能要好，还得考虑其电绝缘性，除此之外还得有良好的老化特性。
（2）液体油绝缘故障
液体绝缘指的是变压器油绝缘。如今使用的油浸式变压器，基本具备以下特点：电气绝缘强度高，设备的体积小质量轻；热传递性和散热能力好，具有较高的冷却降温水平；变压器内部氧化速度慢，使用寿命长。
变压器油是有一定要求的，除了众所周知的传热能力以及绝缘性能要求良好外，还需达到如表1-1所示的标准：
通常变压器中的绝缘油是将石油一步一步提取炼制而得到的，但是制取得到的绝缘油并不是纯净的，还含有很多杂质，除去杂质主要成分为各种碳氢化合物、树脂、酸等，这些成分均具有不稳定性，在外部因素的影响下不断发生氧化。绝缘油的氧化过程一般来说比较缓慢，如果好好维护可以使用二十年且不老化，但油中通常会混入金属、杂质、气体等，这些都会加快油的氧化速度，使油劣化。
变压器油质在发生改变的过程中会经历污染和劣化两个阶段。变压器油会因为混入了水分和杂质而被污染，但它与油的氧化毫无关系。油受到污染后首先会受到影响的就是绝缘性能，它会有所降低，同样会有所降低的是油的击穿场强，而此时的介质损失角则会变大。油发生氧化后很快就会到劣化阶段，此处的氧化除了指纯净的油中碳氢化合物发生的氧化反应，还有油中的杂质导致的氧化反应速率急剧上升的情况，此处所说的杂质主要是一些金属粉屑。如今使用的全封闭式变压器其实并不能达到理想状态，它的内部仍然存在着极少量的氧，氧特别容易溶解，所以它在油溶解的气体中占比很高。
3变压器故障的诊断技术
3.1 变压器故障油中气体色谱检测技术
（1）DGA技术分析
现如今，在变压器诊断故障的过程中，某些局部故障和发热缺陷若只是靠电气试验的方法通常很难发觉。大量故障诊断的实践证明，如果想更快更好地发现变压器的异常，使用DGA的方法是一个很好的选择，除此之外，DGA还能针对故障的发展程度做出相应的判断及挽救措施。
变压器油和固体绝缘在整个机械运转的过程中会发生老化、变质的情况，并且分解出少量气体。表1展示的便是变压器发生故障时，气体成分以及含量的变化。
利用DGA的数据来诊断变压器内部故障类型时，需要注意以下几点：第一点，要对气体产生的原因及种类变化进行分析汇总；第二点，要判断变压器中是否存在故障，若存在则需弄清故障的类型；第三，要对故障的状况进行判断；最后应提出与之相对应的处理措施。
（2）基于DGA变压器故障类型的判断
现阶段所使用的改良三比值法，相较于之前所使用的三比值法以及四比值法，判断故障的准确率更高，能够达到百分之八十以上。
3.3 电力变压器局部放电故障检测技术
变压器局部放电检测技术包含多种方式，最常用的是感应加压方式，通常来说，试验电压高于变压器额定电压，电源频率常取150~250Hz，这样可以防止铁芯出现过饱和现象。
局部放电信号有两种引出方法：一种是从高压套管的末屏引出，另一种考虑到没有末屏的情况，用耦合电容器代替。将被测阻抗与测试仪器相连，测试仪器上会显现出其放电量，将此值与校正的放电量进行比较，就可以知道局部放电的放电量。新标准中将延长局部放电试验中电压的持续时间，同时增加了短时工频感应试验电压。
局部放电测试包含多种方法，主要采用的是电气法和超声波法。在使用电气法时，我们要依据相关规定，对测试点加压，使变压器整体绝缘处于高压作用下，这样才能暴露放电缺陷。超声波法是一种新型试验手段，它可以帮助确定放电的位置，不过目前的测试仪器的性能以及技术有限，放电量的具体数值很难确定，故应用范围较小。
3.4电力变压器有载分接开关检测技术
目前，有载调压变压器在多个领域得以应用，为使有载调压变压器的运行更加稳定，对于有载分接开关我们要做到勤检测、常维护、快检修。
有载分接开关的组成部分有选择开关、切换开关和过度限流装置。选择开关可以选择变压器调压分接头；切换开关是为了在带负载的情况下进行切换从而达到调压的目的；切换开关工作时，过渡电抗或电阻会在触头断开的一瞬间接入到过渡限流装置中，来达到限流的目的，从而阻止短路的发生。过渡电抗器安装位置较为局限，正常放置在变压器油箱内部，如果可以跨桥使用的话，其调压级数便能够增加，不过由于电抗器长期接电，耗电量教大，又难以熄弧，所以逐渐被体积小且质量轻的电阻式所代替。
有载分接开关检测以及故障修复后需要进行几个试验：检测触头接触压力；测量转动力矩；检测触头接触电阻；检查开关动作顺序、分离角；外施耐压试验；检测过渡时间与三相同期。
4结论
本文所做的工作可以总结为以下几点：
（1）基于对变压器故障问题的研究，分析了常见的几种故障以及故障的形成原因，并指出各故障之间存在着的随机性以及不确定性。
（2）介绍了几种现有的传统的变压器故障检测诊断方法，以油中色谱分析检测为重点，阐述了其检测方法，并且指出其判断依据。通过分析可知，变压器故障的发生大多是难以预测的，因此，更需要尽早对其进行检测，从而对潜伏性的故障做出相应的维修处理。
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论文作者:孙志朋
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/8
标签：变压器论文; 故障论文; 发生论文; 杂质论文; 局部论文; 气体论文; 绕组论文; 《当代电力文化》2019年第12期论文;