试论变压器故障在线检测技术的研究与进展

郭 虹

（呼和浩特职业学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

近年来，随着电子技术的发展和传感器技术、计算机技术、光纤技术、信息处理技术等问各领域的渗透，电力变压器在线监测测技术得到了迅速发展,各种不同的在线监测方法孕育而生，使电气设备的在线监测技术走向实用化阶段，从而更好确保电力系统的安全运行。

1 变压器常见故障

变压器基本上包括铁芯，一、二次绕组，分接变换装置以及冷却和绝缘系统等。按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障、附件故障；按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障；按变压器本体可分为外部故障和内部故障，从故障发生的部位可分为绝缘故障、分接开关故障、铁芯故障、套管故障等。但在实践中对于最常见故障仍可概括为热和电两大类，热故障按发生部位可分为内部过热故障和外部过热故障，外部过热故障包括套管、冷却装置、有载分接开关的驱动控制装置以及其他外部组件；内部过热故障包括绕组、铁心，油箱、夹件、拉板、无载分接开关、连接螺栓及引线等部件。电故障主要有局部放电和电弧故障。

1.1 变压器过热故障

变压器任何一个部位，如果发热和散热不能达到在规定的限值内平衡，就会出现过热故障，变压器过热故障是常见的多发性故障，严重威胁变压器的安全运行和使用寿命。

1．1．1 散热或冷却效果差引起的过热

（1）绕组油道堵塞。绕组作为变压器的重要组成部分，对变压器的安全可靠运行起着至关重要的作用。通常在绕组设汁制造中采用换位导线，而就绕组绕制本身来讲，导线的换位处理是绕组绕制过程中必须谨慎操作的环节，当扁线绞编和匝绝缘包扎不紧实或因振动引发绕组导体松动时，会使油道堵塞、油流不畅，匝绝缘得不到充分冷却，使之严重老化，以至在长期电磁振动下，绝缘脱落，导致变压器烧损事故。

（2）冷却装置风道堵塞。首先变压器冷却装置长期缺少维护和清理，使风冷却器散热管的翅片间或散热器风道缝隙积满灰尘，堵塞风道，散热效率降低。由于通水铜管的材质不良而导致铜管破裂后，冷却水流进变压器中，使器身受潮而引发故障。导致冷却装置无法使用，变压器过热。其次由于净油器过滤网不严密，使硅胶大量进入油箱，使油循环不良，引起变压器高温过热。

1．1．2 接触不良引起的过热

（1）在铜铝连接接头间加过渡接头或过渡板，变压器的引出端头都是铜制的，当铜与铝的接触面产生电解反应，铝被强烈电腐蚀，引起过渡元件本身以及被连接的接触面烧损，以致发热甚至可能造成重大事故。

（2）低压绕组引出线和高压绕组引出线与大电流接头，由于接触电阻大，接触不良会引起变压器的过热。

（3）分接引线与绕组的引线接头焊接质量不良，引起分接引线在焊接处烧断。一是铁心过热故障。变压器铁心局部过热是一种常见故障，通常是由于铁心多点接地或短路而产生。变压器铁心有且只能有一点接地，经常出现两点及以上的接地，当两点之间的悬浮电位达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。长此下去，会逐渐损坏变压器固体绝缘，导致事故发生。二是其他故障的影响。变压器发生故障时，因为在很大程度上相互影响和彼此关联，所以很难准确地确定故障属于哪一类，由各种原因产生的高温过热可引起绝缘油和绝缘纸的老化，加速油泥和水分等的形成，引起绝缘放电或击穿故障；同样，由各种原因产生的绝缘系统放电或短路故障也可引起或诱发变压器过热故障。

1．2 变压器电故障

电故障主要有局部放电和电弧故障。局部放电故障包括机械装置使油和纤维素退化，局部放电产生电离的气泡和低强度的放电产生带少量碳氢化合物和氢气；电弧故障包括大电流和高温，短路前瞬间会产生电弧；温度超过1000℃时将产生大量的乙炔（C2H2）和氢气（H2），温度较低时电弧周围会产生少量的碳氢化合物，如果含有纤维素，一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）将产生。

2 变压器的在线监测技术

采用变压器在线监测就是通过对变压器特征信号的采集和分析，检测出变压器的初期故障和发展趋势，对故障实施早期检测，不但能延长变压器的使用寿命，而且还能帮助制定更可靠的维修计划。目前电力变压器的在线监测的方法主要有以下几种：

1）油中溶气在线监测。变压器内部不同的故障会产生不同的气体，H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和 C2H2，常被用作分析的特征气体，发热和放电的严重程度不同，气体在油中溶解的浓度、比例关系也不相同。因此通过分析油中特征气体法或比值法等方法，便可发现变压器内部的发热和放电性故障。

2）变压器油色谱在线监测。油色谱在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的精密设备，具有高精度、稳定可靠的温度控制系统,在线及时准确检测出绝缘油中溶解的氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等故障特征气体浓度及变化趋势，载气气路采用先稳压后稳流的双重稳定的气路系统流量调节阀采用数字式旋钮调节，直观、可靠性好。现场监测控制器、遥控器、油样引入装置、脱气装置、色谱仪、绘图仪协作完成整个监测程序，人性化的设计，中文菜单式操作，通俗易学，更加适合中国国情。

3）变压器局部放电在线监测技术。随着电力系统的快速发展，在变压器故障中绝缘问题占很大比重，变压器局部放电在线监测技术是对变压器绝缘诊断的一种有效手段，对运行中的电力变压器进行局部放电监测，确保运行中变压器的安全。根据变压器局放过程中产生的电脉冲、电磁辐射、超声波、光等现象,在线监测主要方法有电脉冲检测法、超声波检测法、UHF超高频检测法和光测法及射频检测法。 电脉冲检测法是通过检测阻抗、变压器套管末屏接地线、外壳接地线、铁心接地线及绕组中由于局放利用电流传感器在这些点测量局部放电脉冲电流信号并进行分析；超声波检测局放产生的声发射，不影响电气主设备的安全运行，受电磁干扰影响较小，但声波阻抗复杂，超声波信号传播途径复杂、衰减严重，检测灵敏度较低；光测法是利用局放产生的光辐射进行检测，由于光测法设备复杂、昂贵、灵敏度低,在实际中并未直接使用；UHF超高频检测法灵敏度高、抗电晕干扰、非接触式检测，更安全，适合在线，理论上可定位，但发展不完善，技术待于进一步发展；射频检测法受外界电磁干扰影响相对较小，准确度较高，随着数字滤波技术的发展,射频检测法在局放在线监测中有较广泛的应用。

3 结论

随着科技技术的不断更新和发展,电力变压器的故障诊断与状态检修作为我国电力系统实现体制转变、提高电力设备的科学管理水平的有力措施，将极大地促进我国电力网的安全和经济运行，是今后在电力生产中努力和发展的方向。

［1］丁家峰.基于SOFC的变压器油中溶解气体检测机理与技术研究[D].中南大学,2012.

［2］王继伟.大型变压器在线监测系统的应用分析[D].山东大学,2013.

［3］陈国平.电力变压器智能化配置和故障预测研究[D].兰州理工大学,2012.

［4］李琦.电力变压器常见故障及安装技术[J].中国科技博览,2011.