电力变压器的综合分析与诊断

电力变压器的综合分析与诊断变压器的故障类型很多，可能由于设计、制造、工艺、运输、安装、原材料等方面的缺陷，在运行中产生局部放电、局部过热等问题，从而导致贯通性击穿、匝间短路、绝缘损坏、烧损爆炸等严重事故。

因此，应加强对变压器的日常维护，完善常规的预防性试验试验手段，提高对各种故障的及时检测和预报能力。

电力变压器是供配电系统中广泛使用的重要且昂贵的高压电器设备，在运行中变压器一旦发生损坏性故障，则将直接影响电网的供电，除修复费用大外，还会造成更大的直接经济损失。

因此选用高质量的变压器，提高运行维护水平，使用有效的故障诊断技术，具有十分重要的实际价值。

一、变压器故障种类及分析1、导电回路过热故障主要有引线接触不良（包括将军帽接线装置过热）、线圈导线接头焊接质量差以及虚焊、过负荷运行等都会引起导电回路局部过热。

2、绝缘水平下降主要有变压器进水受潮(包括将军帽密封不良进水)、变压器油油质不良(如介损偏大、有微生物、含水量高等)，变压器内部局部过热也会造成绝缘损坏以及绝缘材料的热解。

变压器所用的电气材料包括绝缘材料、导体(金属)材料两大类。

变压器的绝缘材料主要是绝缘油和纸，故障下产生的气体也主要来源于油和纸的热裂解。

绝缘油是由烷烃、环烷烃、芳香烃等碳氢化合物组成的混合物。

绝缘纸的成分是纤维素，主要是由糖或多糖类构成的高分子碳水化合物。

绝缘油热分解时，因分子链的断裂反应产生低分子烃类气体。

绝缘油大约在300℃左右就开始热分解，但如果延长加热时间或存在某些催化剂时，则在150～200℃也会产生热分解。

绝缘纸热分解时，因分子链反应将产生二氧化碳、一氧化碳及少量低分子烃类气体。

绝缘纸的热解温度也是300℃左右，但如果长时间加热，在120～150℃也会裂解而产生碳酸气。

其他绝缘物的热分解物大体和绝缘油相似，但各有特点。

金属材料在绝缘物的热分解过程中会起到催化作用，当有水分存在时，还会产生氢气。

3、产气故障常见的产气故障有过热和放电两种类型。

放电故障可分为局部放电和其他形式的放电故障两种类型。

过热故障的主要原因有：①导体故障；②磁路故障；③接点或连接不良。

热点温度的高低、产气组分的相对浓度特征有所不同，热点与局部放电、电弧放电时的产气组分浓度特征也不相同，详见表5－19。

表5－19 绝缘油热解产气组分比与故障源温度关系4种组分比值故障性质温度范围（℃）CH4/H2 C2H6/ CH4C2H4/ C2H6C2H2/ C2H6局部放大冷态＜0.1 －－－局部过热＜150 ＞1 －－－150～200 ＞1 ＞1 －－200～300 －＞1 －－300～700 ＞1 －1～3 －＞700 ＞1 －＞3 －电弧＞1000 －－＞3 ＞0.14、调压开关故障调压开关主触头没有到位，调压开关抽头引线松动，调压开关触头烧毛，调压开关触头接触压力不够；还有有载调压开关中的切换开关接触不良，切换开关触头烧毛，过渡电阻断线、调压时滑档等；另外还有渗油，即切换开关中油渗到本体中引起本体油色谱异常等。

5、变压器绕组变形在运输过程中不注意或没有采取安全措施使绕组发生移位。

由于抗短路能力差，当发生出口短路时，变压器绕组发生变形或散架，严重时造成变压器烧毁。

6、变压器渗油缺陷（包括冷却器渗油）7、电容套管故障主要是进水受潮、油介损不好或整体介损不好，制造质量比较差内部存在着严重的局部放电（运行中油色谱异常），运行中末屏接地不良等造成套管绝缘不良或绝缘损坏事故发生等。

以上变压器的常见故障有多种测试和监测手段，这些手段有的能够测试出部分故障，有的可以综合判断运行状态及故障点、故障原因。

二、变压器故障分析与诊断方法变压器故障的种类多种多样，包括外部附件的缺陷直到绕组的绝缘击穿等等。

按故障发生的部位可分为外部故障和内部故障；按故障发生的过程可分为突发性故障和长年累月逐步扩展而形成的故障，这些故障可能相互影响、转化，使故障更趋严重。

变压器故障分析和诊断的方法很多，主要有直观检查方法、电气预防性试验方法、油中溶解气体分析法（DGOA）、专家系统（TFDES）及人工神经网络法（TFDANN）、智能型系统法（TFDAI）几种。

1、直观检查方法对于运行中的变压器，通过日常的巡检对发生下列异常现象，可直观地诊断出一些比较明显的故障性质。

（1）温度过高或声音异常其原因可能是过负荷运行、环境温度超过40℃、冷却系统故障、漏油引起油量不足等。

（2）振动、响声异常及有放电声其原因可能是电压过高或频率波动，紧固件松动，铁芯紧固不良，分接开关动作机构异常，偏磁现象等，外部接地不良或未接地的金属部分出现静放电，瓷件、套管表面粘附污秽引起局部火花、电晕等。

（3）气味异常或干燥剂变色其原因可能是套管接线端子不良或接触面氧化使触头过热产生异味和变色，漏磁通、涡流使油箱局部过热，风扇、潜油泵过热烧毁产生的异味，过负荷造成温升过高，外部电晕、闪络产生的臭氧味，干燥剂受潮变色等等。

（4）油位计指示大大低于正常位置其原因可能是阀门、密封圈部位焊接不好或密封不良漏油，油位计损坏漏油，以及内部故障引起喷油（5）瓦斯继电器的气室内有气体或瓦斯动作其原因可能是内部局部放电，铁芯不正常，导电部分过热。

（6）防爆装置的防爆膜破裂、外伤及有放电痕迹其原因可能如瓦斯、差动等继电器动作，一般为内部故障。

（7）瓷件、瓷套管表面出现龟裂、外伤和放电痕迹其原因可能是过电压或机械力引起。

几乎所有的故障一开始都是经直观检查发现的，它是发现故障的最开始和必经的步骤。

但要进一步分析原因，必须利用有效的检测手段来诊断。

2、电气预防性试验方法电气预防性试验是变压器故障最主要的诊断方法，其有效性对诊断结果的准确性有着确定性影响，通过各种有效的试验，获取可靠、准确的试验结果是正确诊断变压器故障的基本前提。

根据DL/T596-1996的规定，电力变压器试验项目共有32项。

试验项目次序基本上是按照项目的重要性排列的。

在总共32个试验项目中，有些是在变压器解体后才能进行的，有些是与其它项目同时进行或附带进行的，有些是变压器投运前或投运后的例行检查、试验项目，有些项目在特殊情况下进行，而交流耐压试验是一种破坏性试验，对试验设备的要求很高，现场条件一般很难满足，所以是变压器绝缘水平的一种考核项目。

（1）绝缘试验和油务试验绕组直流电阻的测量是一个很重要的试验项目，次序排在变压器试验项目的第二位。

在变压器的所有试验项目中，这是一项方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流回路连接状况的试验，它能够反映绕组匝间短路、绕组断股、分接开关以及导线接头接触不良等故障；实际上也是判断各相绕组电压比是否平衡、调压开关档位是否正确的有效手段。

长期以来，绕组直流电阻的测量一直被认为是考查变压器纵绝缘的主要手段之一，有时甚至是判断电流回路连接状况的唯一办法。

该试验的判断标准―三相绕组直流电阻不平衡系数不大于1%或不大于2 %‖（适用于不同联结组别和不同容量）是恰当的。

通过绕组分接头电压比试验，能够检验分接开关档位、变压器联结组别是否正确，对于匝间短路等故障也能灵敏地反映，但对于绕组变形故障则无能为力。

可以这样认为，电压比试验是一种常规的带有检验和验证性质的试验。

其实，上述两项试验不是―名副其实‖的绝缘试验，绝缘电阻及吸收比或极化指数、介质损耗因数tanδ和泄漏电流试验等才是真正的绝缘试验。

吸收比或极化指数能够反映绝缘受潮，至今仍然是诊断受潮故障的有效手段。

相对来讲，单纯依靠绝缘电阻绝对值的大小对绕组绝缘作出判断，其灵敏度、有效性比较低。

这一方面是因为测量时试验电压太低，难以暴露缺陷；另一方面也是因为绝缘电阻值与绕组绝缘的结构尺寸、绝缘材料的品种、绕组温度等有关。

有资料表明，同一电压等级、同样容量、同一规格的变压器，其绝缘电阻值有时会相差比较大，这并不能说明这些变压器绝缘水平有差距，而往往是因为变压器绝缘结构的设计、绝缘材料选用的不同所致。

但是，对于铁芯、夹件、穿心螺栓等部件，测量绝缘电阻往往能反映故障、说明问题。

这主要是因为这些部件的绝缘结构比较简单、绝缘介质单一，正常情况下基本上不承受电压，绝缘更多的是起―隔爆‖作用，而不象绕组绝缘要承受高电压。

介质损耗因数tanδ和泄漏电流试验的有效性正随着变压器电压等级的提高、容量和体积的增大而下降。

可以说，单纯靠tanδ和泄漏电流来正确判断绕组绝缘状况的可能性也很小。

这主要是因为这两项试验存在先天不足，即试验电压太低，绝缘缺陷难以得到充分暴露。

对于10kV、35kV、110kV电压等级的变压器，10kV和40kV的试验电压下获得的数据有说服力；设想一台500kV的变压器，正常情况下绕组承受的相对地电压已经达到了kV（约90kV），而10kV或40kV的试验电压又能使多少缺陷或故障得以―曝光‖呢？从原理来讲，tanδ不是很有价值的。

实践表明，对于电容性设备，如电容型套管、电容式电压互感器、耦合器电容器等，测量tanδ和电容量Cx（实际上是根据Cx的变化量ΔCx进行判断）仍然是故障诊断的有效手段。

不仅如此，tanδ和电容量Cx已经从离线测量发展到了在线监测阶段。

绝缘油试验、油中含水量、油中含气量以及油中糠醛含量测量都属于油务试验或油化验的范畴。

而作为一种故障诊断方法，油务试验似乎没有得到应有的重视。

造成这种状况的原因之一在现场，在实际工作中，有时会发生这样的事情：对同一台设备取油样，高压试验班的结果与油化验班的结果有较大出入；也发生过这样的事情:对110kV少油断路器做泄漏电流试验时发现，泄漏电流值超标，初步判断绝缘拉杆受潮。

而这时，油化验的结果也显示，油中含水量超标。

最后的检查结果是，断路器顶部将军帽有砂眼，下雨时进水。

油化验的结果有一定分散性，这种分散性来源于取样、送检、化验全过程。

其实，油中溶解气体分析也有类似的问题，例如分析CO2的含量时，要防止油中特征气体的逸出、回溶、外界气体的侵入。

因为空气中本来就含有约0.3%的CO2。

总的说来，油化验在变压器故障诊断中还是有较大价值的。

比如：糠醛含量的大小能够反映绝缘的老化程度；绝缘油的耐压试验能说明油质的好坏等等。

（2）局部放电测量和绕组变形检测随着变压器故障诊断技术的发展，人们越来越认识到，局部放电（PD）是变压器诸多故障和事故的根源，因而PD测量也越来越受到重视。

近几年，PD测量技术得到了迅速发展，出现了多种测量方法和试验装置，有离线测量的，有在线监测的，有基于超声波原理的，还有利用红外线进行PD测量的。

只是在基于PD测量结果进行故障诊断方面，还缺少较成熟的经验和全面的、合适的判定标准，这还有待于在今后的实践中逐步积累和建立。

可以预测，PD测量将会成为电力变压器状态监测和故障诊断极为有利的方法。

通过对发生故障或事故的变压器进行检查和事后分析，发现绕组变形是许多故障和事故的直接原因。