浅析变压器故障及诊断方法

闫佳文 胡伟涛

浅析变压器故障及诊断方法

国网河北省电力公司培训中心  闫佳文

国网河北省电力公司检修分公司  胡伟涛

【摘要】针对电力变压器运行过程中的常见故障进行分析和归纳，提出变压器故障诊断和解决的方法，从而及时发现和解决故障，确保电力系统的安全运行。

【关键词】电力系统;变压器;故障诊断

1.引言

电力变压器是电力系统中十分重要的组成部分，不仅直接关系到由其供电的广大用户，也关系到整个电网的安全稳定运行。因此，对电力变压器的故障进行分析，并采取相应的解决措施具有十分重要的意义。变压器故障的检测技术是准确诊断故障的主要手段，其试验项目及顺序为：油中中溶解气体分析、直流电阻检测、绝缘电阻吸收比、绝缘介损及电容量、油质检测、局部放电及绝缘耐压等。

2.变压器检测技术

2.1 停电检测

（1）绝缘电阻、吸收比和极化指数测量：绝缘电阻的大小常能灵敏地反映绝缘情况，能有效地发现设备绝缘局部或整体受潮和脏污，以及绝缘击穿和严重过热老化等缺陷。一般读取施加电压后60s的数值或稳定值，作为工程上的绝缘电阻值。

（2）介质损耗因数tanδ及电容量测量：通过测量tanδ值可以发现绝缘的分布性缺陷，当电气设备绝缘整体性能下降，如普遍受潮、脏污或老化以及绝缘中有缺陷发生局部放电时，流过绝缘的有功电流分量将增大，tanδ也增大。因此，通过测量tanδ值可以发现绝缘的分布性缺陷。变压器绕组之间电容量的明显变化往往意味着绕组发生了机械变形。

（3）交流耐压试验：交流耐压试验是一种最符合电气设备实际运行条件的耐压试验。对有效发现绝缘缺陷（尤其是集中性缺陷）从而避免发生绝缘事故起到决定性的作用。但是，由于试验电压较高，有可能使设备绝缘在试验中被击穿而不可恢复，或者虽未导致击穿，却使绝缘中的某些轻微弱点在高电压作用下更加发展，给绝缘留下隐患（累积效应）。

（4）局部放电测量：绝缘中内在的局部缺陷，特别是在程度尚不严重时，用别的方法往往难以发现，而用测量局部放电的方法，却能比较灵敏地检测出来。经过多年来的研究改进，这项局部放电测量技术已渐趋成熟，它对发现绝缘的早期缺陷尽早采取预防措施具有很重要的意义。

（5）绕组电阻测量：绕组电阻的测量作为判断绕组纵绝缘状况与电流回路连接状况的主要手段之一被广泛应用于变压器的状态检测与故障诊断，且方便有效，它能够反映绕组匝间短路、断股、分接开关及导线接头接触不良等故障。

（6）变比试验：变比试验是大修后的变压器、CT和PT必须进行的项目，对于变压器主要作用是检查分接开关的位置是否正确、检查各绕组的匝数比，判断变压器是否存在匝间或层间短路。

（7）变压器绕组频响特性测试：频率响应分析法（FRA法）对绕组变形进行测定，这种无损检测设备频率范围广（1k～1MHz），抗干扰能力较强，测定重复性较好。

2.2 带电检测

（1）绝缘油中溶解气体分析（DGA）：这项试验的优点是可以发现充油电气设备内部某些用测量介损等方法所不能发现的潜伏性故障，其方法迅速简便，不需要设备停电。但是，绝缘油中溶解气体分析方法对于某些突发性故障不易发现，例如匝间短路等。

（2）红外诊断技术：在电力设备检测诊断中，通过红外诊断能及时发现各种载流的裸露接头及抽头的连接部位由于接触电阻增大造成的局部过热缺陷。还可以查找充油设备缺油、高压一次侧受潮。

（3）变压器铁心接地电流带电检测：变压器铁心接地电流的大小随铁心接地点多少和故障严重的程度而变化。国内外都把铁心接地电流作为诊断大型变压器铁心多点接地故障的特征参量。

（5）局部放电超声检测：通过测量局部放电产生的声波来检测局部放电的大小及位置。主要超声法及高频法等。

2.3 在线监测

（1）油中溶解气体在线监测技术：通过对油中溶解气体的监测，分析出气体成分、含量及产气速率，从而有效判断出变压器的绝缘状况，如劣化程度、故障种类等。

（2）变压器局部放电在线监测：通过测量局部放电产生的声波来检测局部放电的大小及位置。主要超声法及高频法等。

（3）铁心接地电流在线监测：通过监测铁心接地电流检测铁心多点接地故障。

3.变压器故障运行特征

变压器发生异常时，外表常会发生各种变化，一般常伴有某些部位的外表颜色、气味、声音、温度、油位、负载等的变化，结合这些变化对分析与综合诊断变压器的故障性质、程度、趋势和严重性等起到一定作用。

3.1 外观异常

（1）防爆筒薄膜龟裂破损：如果防爆筒薄膜破损，会使防爆管失去作用，水和潮气进入变压器内使绝缘受潮。

（2）套管闪络放电：套管闪络放电会造成发热，老化，引起短路甚至爆炸。

（3）渗漏油：渗漏油是变压器常见问题，渗漏油主要部位在大盖与本体结合部分、放油门、散热器等部位。

3.2 颜色异常

（1）线卡处过热引起异常：套管与设备卡线连接部位松动、接触面氧化严重等。

（2）套管污秽严重或由损伤引起异常：套管误会严重有损伤二发生闪络放电会产生一种特殊焦臭味。

（3）硅胶过快变色：硅胶罐密封不严、硅胶玻璃罩有裂纹或破损、硅胶罐下部位无油或油位低。

（4）变压器气体继电器内有气体。

3.3 声响异常

（1）交流声音增大：可能出现了过电压或过负荷情况

（2）出现杂声：若声音比正常增大且有明显杂音，可能内部夹件或压紧铁心的螺钉松动，是的硅钢片振动增大。

（3）伴有放电声：若是内部放电，应立即将变压器停电检查。

（4）夹杂有水沸腾声：若有水沸腾声且温度急剧变化则有可能是发生短路或分接开关不良的严重过热。

（5）夹杂爆裂声：若声音中夹杂不均匀爆裂声，可能是变压器内部或表面绝缘击穿。应立即将变压器停电检查。

3.4 温度异常

（1）内部故障引起温度异常：变压器内部故障时候如过热、铁心多点接地等会引起温度异常。

（2）散热器阀门不通引起温度异常：新安装或大修后变压器散热器阀门忘记打开时。

（3）呼吸器堵塞或严重漏油引起温度异常。

（4）冷却装置运行不正常引起温度异常。

3.5 油位异常

（1）假油位：运行中出现假油位的原因有油标管堵塞、油枕呼吸器堵塞、防爆管通气孔堵塞。

（2）油位过低：油位过低会引起轻瓦斯动作，严重时会引起内部绕组暴露，并使得绝缘降低。

4.变压器故障分析判断

根据变压器运行现场的实际状态，在发生以下情况变化时，需对变压器进行故障诊断。

（1）正常停电状态下进行的交接、检修验收或预防性试验中一项或几项指标超过标准。

（2）运行中出现异常而被迫停电进行检修和试验。

（3）运行中出现其他异常（如出口短路）或发生事故造成停电，但尚未解体（吊心或吊罩）。

当出现上述任何一种情况时，往往要迅速进行有关试验，以确定有无故障、故障的性质、可能位置、大概范围、严重程度、发展趋势及影响波及范围等。以下为各类可能情况应当采取的试验方法及顺序。

4.1 油色谱分析异常时

（1）检测变压器绕组的直流电阻。

（2）检测变压器铁心的绝缘电阻和铁心接地电流。

（3）检测变压器的空载损耗和空载电流。

（4）在运行中进行油色谱和局部放电跟踪监测。

（5）检查变压器潜油泵及相关附件运行中的状态。

（6）进行变压器绝缘特性试验。

（7）绝缘油相关性能检测。

（8）变压器运行或停电后的局部放电检测。

（9）绝缘油中糠醛含量及绝缘纸材聚合度检测。

（10）交流耐压试验检测。

4.2 变压器出口短路后应

（l）油色谱分析。

（2）变压器绕组直流测。

（3）短路阻抗试验。

（4）绕组的频率响应试验。

（5）空载电流和空载损耗试验。

（6）绕组电容量试验。

4.3 判断变压器绝缘受潮要进行的试验

（1）绝缘特性试验。

（2）变压器油击穿电压试验。

（3）绝缘纸的含水量检测。

4.4 判断绝缘老化进行的试验

（1）油色谱分析。

（2）变压器油酸值检测。

（3）变压器油中糠醛含量检测。

（4）油中含水量检测。

（5）绝缘纸或纸板的聚合度检测。

4.5 变压器振动及噪声异常时的检测

（1）振动检测。

（2）噪声检测。

（3）油色谱分析。

（4）变压器阻抗电压测量。

5.综合判断的原则

（1）与设备结构联系。熟悉和掌握变压器的内部结构和状态是变压器故障诊断的关键，如变压器内部的绝缘配合、引线走向、绝缘状况、油质情况等。又如变压器的冷却方式是风冷还是强迫油循环冷却方式等，再如变压器运行的历史、检修记录等等，这些内容都是诊断故障时重要的参考依据。

（2）与外部条件相结合。诊断变压器故障的同时，一定要了解变压器外部条件是否构成影响，如是否发生过出口短路;电网中的谐波或过电压情况是否构成影响;负荷率如何;负荷变动幅度如何等等。

（3）与规程标准相对照。与规程规定的标准进行对照，如发生超标情况必须查明原因，找出超标的根源，并进行认真的处理和解决。

（4）与历次数据相比较。仅以是否超标准为依据进行故障判断往往不够准确，需要考虑与本身历次数据进行比较才能了解潜伏性故障的起因和发展情况。例如，试验结果尽管数值偏大，但一直比较稳定，应该认为仍属正常;但试验结果虽未超标而与上次相比却增加很多，就需要认真分析，查明原因。

（5）与同类设备相比较（横向比较）。一台变压器发现异常，而同一地点的另一台相同容量或相同运行状态的变压器是否有异常，这样结合分析有利于准确判断故障现象是外因的影响还是内在的变化。

（6）与自身不同部位相比较（纵向比较）。对变压器本身的不同部位进行检查比较，如变压器油箱箱体温度分布是否变化均匀，局部温度是否有突变。又如用红外成像仪检查变压器套管或油枕温度，以确定是否存在缺油故障等。再如测绕组绝缘电阻时，分析高对中、低、地，中对高、低、地与低对高、中、地是否存在明显差异，测绕组电阻、测套管电容及tgδ时，三相间有无异常不同，这些也有利于对故障部位的准确判断。

6.总结

由于目前没有一种包罗万象的检测方法，也不能可能存在一种面面俱到的检测仪器，因此，在变压器故障诊断中要结合各种检测结果进行综合分析和评判，只有通过各种有效手段包括离线检测、带电检测等等进行互相补充，验证和综合分析判断，才能取得较好的故障诊断效果。

参考文献

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[4]郭创新，朱传柏，曹一家，等.电力系统故障诊断的研究现状与发展趋势[J].电力系统自动化，2006，30（8）：98-103.

作者简介：

闫佳文（1980—），男，硕士，工程师，主要从事电气试验、电气设备在线监测与故障诊断等方面的研究。

胡伟涛（1977—），男，硕士，工程师，主要从事电气试验、电气设备在线监测与故障诊断、电气设备状态检修及新能源在电力系统应用等方面的研究。