变压器早期故障分析

郑加能

摘要：文章介绍了电力设施中变压器所发挥的作用和早期故障的检测方法。变压器的检测，通俗点讲就是对变压器的工作状态、变压器有关参数、信号进行采集分析。通过外在的检测，及时发现内部的故障及其运行趋势，尽量避免由于发生变压器重大安全事故所带来的重大经济与财产损失。

关键词：变压器；早期故障；故障分析

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0048-02

1 变压器早期故障分析的背景

1.1 变压器的装置概述及其应用

在我国的电力设施中，变压器是其最重要的组成部件之一，所以变压器的早期故障的监测装置就显得尤为重要，其工作的原理大致是：在变压器里面的变压器油当中存在着溶解气体，它们可以通过可以选择的渗透膜来进入电化学气体传感器内。这时候的变压器就会析出氢气（H2）、一氧化碳（CO）、乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）等气体，而且这些气体会和空气中的氧气（O2）发生化学反应，这样变压器的故障监测装置就会测量到气体的含量变化，并根据其变化来判断其可能存在的故障。

1.2 变压器故障监测装置的技术支持

随着我国的变压设备的进步发展和运行时间的不断增加，在变压器内的绝缘油和电的长期作用下，就会导致其内部部件老化分解，并会产生不同的气体。当变压器的内部长时间不间断运行，其内部就会出现潜伏性过热，就会加大内部气体和空气的发展速率。及时地测量并且分析气体的组成成分和各成分所占的比例就能够做到故障的早期监测，掌握变压器的运行特性和故障的发生程度，可以及时地遏制事态的发展，减少设备的损失，降低维修的

成本。

2 变压器的早期故障

2.1 导致变压器故障的分类

变压器的内部故障一般来说，大致可以分为两类：放电故障与过热故障。在这两种故障中，变压器的故障可以根据判别的条件不同来分类，如果把过热故障按照温度的高低来分的话，就大致可以分为低、中、高温过热这三种情况；但是如果按照不同能量的密度来分的话就可以分为局部、低能量、高能量放电这样的三种情况，对于一些外部故障引起的内部故障最终是通过电性故障表现出来的，例如机械性的故障和内部进水故障。

2.2 变压器产生故障的原因

2.2.1 过热故障。在变压器的故障分析当中可以看出，绝缘加速劣化大部分都是由于过热故障所产生的，假如热应力仅仅引起的是热源外绝缘油的分解，那么通过实验可以看出产生的特殊气体主要是甲烷和乙烯这两种气体，并且通过统计计算可以得出两种气体所含的总烃量占所有气体总量的80%还要高。而且还会进一步地导致故障点的温度急剧的升高，同时会伴随着大量的乙烯气体的产生，甚至在特殊的情况下会产生微量的乙炔。除了以上两种比较多的气体产生以外还会产生一定含量的二氧化碳（CO2）和一氧化碳（CO）气体，这两种气体会导致裸露在空气中的局部金属产生局部性的过热现象。

2.2.2 放电故障。在变压器的放电故障当中，最主要的故障发生在高电应力所作用条件下的绝缘劣化。

（1）变压器产生故障中的高能放电的过程。在电力企业当中，高能放电所产生的故障又可以叫做电弧放电故障，其大致故障时的特点就是产生的气体大，反应很剧烈。在测定的过程当中，假如仅仅是采取测定油液当中所溶解的气体的办法并不是很有效的措施，同时也很难进行故障的预诊断。通常的情况下，溶解的油液当中的气体都是在变压器发生故障之后才能够检测出来的，在这种情况之下，我们可以在故障发生之后对瓦斯等气体成分进行测定来及时准确地进行故障的分析与维修。

（2）变压器高能放电所产生的影响。通过以上分析我们可以看出：高能放电故障所产生的气体最开始是乙炔和氢，如果故障依旧持续的话就会进一步地产生乙烯和丙烷等气体。不同的材料所产生气体的含量不同，在固体绝缘材料下，一般的情况下一氧化碳的含量高一点；另一方面，火花放电一般会出现在低能量的放电过程当中，它们主要产生的气体就是乙烯和氢。另外局部放电所产生的气体特征是氢气的含量比较高，占烃类气体含量的85%以上，造成绝缘老化的气体成分中，局部放电是其主要的原因，假如任其发展，就会导致更加严重的安全隐患，甚至产生重大的安全事故。

3 变压器内部故障的详细诊断方法

通过我国变压器近几十年的生产与工作的性能的总结和实验的数据分析可以得出：当变压器处于潜伏性过热与放电故障的运行状态下的话，就会在内部油液当中分解出各种低分子烃类以及含氧气体，它们会随着内部机械故障的发展其产生的气体的速度也在不断地加快。这种情况下，故障所产生的气体就会不断地扩散到油液当中，随着油液中气体含量浓度的不断增加，当达到饱和状态下就会有一部分的气体进入继电器之中。由此可知，局部过热和局部电弧放电引起的变压器油和固体绝缘的裂解是最终导致充油电气故障的原因。

3.1 变压器故障的检修方法

一般的情况下，我们可以大体地认为绝对产气速率是反映与衡量故障性质的有效途径。但是在一些实际的应用情况下，就会存在着这样或是那样的困难，就像是难以得到所谓的绝对产气速率。所以为了弥补这一缺陷，就只好用相对产气的速率来进行分析了，当变压器内部的油液通过真空滤油脱气之后，来进一步地适宜和方便绝对产气速率的衡量。在不同的情况下，可以根据当时的条件来实施具体的工作流程，在有条件的时候可以通过进行吊罩检修。但是应该指出的是由于对于以放电性为主的变压器故障来说，只要是检测到变压器的早期故障之后就应该尽快地进行检修，停止变压器的运行。这个时候就不再需要进行产气速率的追踪了，因为这种追踪只是适用于过热性的变压器的故障。在检修的过程当中，还要注意追踪分析的时间和间隔等因素。间隔的时间要适宜，不宜过长但也不宜过短，一般的情况下，间隔周期为一到三个月最好，同时在追踪的时候要用同一种气体进行追踪，否则的话就没有任何效果了。在进行气体追踪的同时，要求不能够停止装置的运行，还要保证其负荷的稳定；我们还可以通过改变装置的工作的负荷来求出追踪产气率与负荷的关系，就目前的变压器的发展水平来说，可以在投入运行前的色谱分析测试数据。

3.2 测定过程

就目前的变压器的工作水平与工作条件来说，我们可以采用三比值法、含量比值法、产气速率等措施来完成，但在使用的同时还存在着一定的缺陷，这种办法在实际的应用当中，只能够判别变压器发生故障的程度和大致的发热点的大致范围，还不能够及时准确地判断问题的回路。通过大量的实验数据得到结论，利用总烃含量与电压平方或电流平方成正比关系的总烃伏安法，可以有效地监测磁路的过热故障或是到点回路过热故障的一系列问题。

3.3 以气体继电器中的气体颜色和故障性质关系来判别故障方法

在运用以气体继电器中游离气体为特征量的故障诊断方法，一般的情况下，都是根据继电器中气体的颜色与故障的性质的关系来进一步地分析和判断内部故障的。但是另一方面来说，由于内部故障的初期所分解出的气体将与油中的溶解气体相互混合，聚集在气体继电器中的气体成分和故障处的气体成分并不一致，此时如果单以气体有无颜色或者可燃与不可燃来判断变压器故障的性质并不可靠。所以在这种情况下，我们可以应用平衡诊断来解决潜伏性问题。

3.4 气相色谱试验与在线监测数据的对比分析

现代社会中，利用气相色谱分析充油设备中的油中所溶解的气体是监测变压器等的充油设备过热和放电等潜伏性危害故障的一种较为行之有效的预防性试验方法之一，而且这种方法不需要变压器停运，只需抽取少量油样分析就能判断设备运行中所存在的隐患、潜伏性故障的性质以及严重程度等，并且对这种故障进行早期预测，确保电气设备正常运行，避免发生事故和无计划停电等。

利用对变压器油中溶解气体的分析方法能够有效地诊断变压器内部的潜伏性故障的早期存在。具体的运用要根据实际情况中的故障情况以及缺陷的不同程度、不同阶段，采用不同的分析方法，结合设备的实际运行状态和外部电器数据的分析比较，充分发挥油化学检测的灵敏性，正确地评判设备状况或制定出切实可行的计划，防患于未然，提高变压器的运行可靠性。

4 结语

变压器是电网设施中的重要组成部分之一，其充当着电压转换、电能分配和电力传输的任务，并提供电力服务。它能否顺利进行工作将直接影响整个电网的工作性能。变压器的故障大都是初期一些小问题没有得到及时的处理而导致的。及时准确地监测变压器的运行状态和分析变压器的故障状态是保证变压器平稳运行的重要方式之一，全面深入地掌握变压器的早期故障的监测与处理方法对事故所产生的影响可以极大地降低，减少设备的损失，增加电网的建设步伐，为我国的和谐电网做出巨大的

贡献。

参考文献

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