对变压器在线监测与故障诊断的探究

浦汉辉

对变压器在线监测与故障诊断的探究

浦汉辉

（广西电网有限责任公司玉林供电局 广西玉林市 537000）

本文介绍了变压器易产生故障的部位和故障类型，通过研究变压器在线监测系统技术，对变压器的故障检测排查提出了一些建议，希望能对变压器的稳定运行提供一定帮助。

变压器；在线监测；故障诊断

前言

随着社会经济的发展，人们对电力系统的要求越来越高，而变压器在整个电力系统中占据着非常重要的地位。所以要想保证整个电力系统的稳定运转，就必须先保证变压器的正常运行。本文研究了变压器故障的监测和诊断，希望能为变压器故障维修提供一定参考价值。

1 变压器易发生故障的部位

1.1 变压器的铁芯部位

铁芯部位是变压器的一个关键部位，它直接关系到变压器是否能够顺利变压。同时，铁芯部位也是变压器最容易发生故障的部位。铁芯在运转过程中，容易产生松动，与接地处的铁芯发生接触，两者摩擦发热，从而产生放电，破坏了变压器的绝缘性[1]。

1.2 变压器的绕组部位

绕组部位产生故障的原因一般是因为绕组发生形变。当变压器的绕组因为使用时间太长而发生绕组老化或者因为空气湿度太大而受潮，使得绕组发生短路现象，最终产生绕组形变。绕组形变最开始的表现为绕组匝的故障，所以如果发现了绕组匝的故障，要尽快处理，在其转化为绕组形变之前先解决掉，减少后期的维修量。

1.3 变压器的分接开关

分接开关的故障一般有几种原因：①分接开关触头的弹簧压力不够，触头处的滚轮滚动时压力分布不均匀，使得触头的有效接触面积缩小，或者因为金属镀层的强度不够产生磨损而导致分接开关损坏；②分接开关的接触不良，当电路发生短路时，强大的短路电流冲击分接开关导致分接开关故障；③倒换分接开关时，分头的位置切换不正确，使得分接开关烧毁；④相与相之间的距离太近，或者因长期使用导致材料绝缘性能下降，当电压过大的时候发生短路现象，损坏分接开关。

1.4 变压器的绝缘油

变压器的绝缘油在变压器运行过程中可能会与空气发生直接接触，吸收到空气中的水分，从而使得绝缘油的绝缘性能大大下降。同时，绝缘油也会吸收空气中的氧气，而且由于绝缘油的运行环境大多是高温条件下，所以绝缘油在高温条件与空气中的氧气发生氧化反应，生成酸性的氧化物。这些酸性的氧化物与变压器里面的金属部件反应，会产生腐蚀效果，并且会破坏绝缘材料的性能，不仅加大了绝缘油的损耗，还大大降低了变压器的绝缘性能，造成变压器的闪络，引起绕组和外壳的击穿。

2 变压器在线监测技术的深入研究

2.1 对于变压器放电的监测

对于变压器局部放电的在线监测方法有许多种，其中最常见的就是红外热成像法、超声波检测法、电子脉冲法以及光学检测法。红外热成像法指的是局部放电时，会产生局部温度升高，在红外热成像系统中就会有红外辐射信号，从而被其捕捉到，放电部位就会被及时准确地找到；超声波检测法则是在变压器外安装超声波传感器，当局部放电时，将其产生的超声波信号转化成电信号，从而捕捉到放电具体位置；光学测量法是将放电时产生的光学辐射转化成电信号，确定放电位置。

2.2 对于变压器绕组形变的监测

对于变压器绕组形变在线监测的方法常用的有频响分析法、短路电抗法、低压脉冲法等等，但是要注意一点，在使用这些方法监测时，不能开启变压器，要在其停止运行的状态下进行。此外，现在还有一种新的在线监测方法，那就是通过监测变压器电流和三相电压，来达到监测绕组形变情况的目的。

2.3 对于变压器铁芯的监测

当变压器铁芯接触到接地处的铁芯时，会在变压器内部形成一个完整的闭合电路，电路中会产生感应电流，轻则造成变压器损坏，重则造成人员触电安全事故。对变压器铁芯的在线监测可以及时发现与接地处接触的铁芯，测量出感应电流的大小，及时进行维修处理，防止事故发生。

2.4 对于变压器振动幅度的监测

在变压器外部安装振动传感器，监测变压器在正常运行时的振动幅度和振动加速度等，一旦发现振动信号与正常运行时有较大差距，立即进行检查，看是否是绕组出现了问题。

2.5 对于变压器绝缘电阻的监测

变压器绝缘电阻在线监测的方法，不仅成本低，而且对于变压器绝缘材料表面的破损和污染识别能力很高。运用这种方法时，可以给绝缘电阻两端施加一个定值的电压，如果绝缘电阻的绝缘性能受损，那么这个定值电压与正常运行时相比肯定是有所变化的。绝缘电阻绝缘性能受损，其电阻值会降低，两端的电压输出也会随之降低。

2.6 对于变压器绝缘功率的监测

绝缘功率即变压器运行过程中功率损耗和输入变压器的功率比值，通过对绝缘功率的分析，可以得到变压器运行过程中的有效电损耗。当绝缘材料绝缘性能受到影响时，这个绝缘功率数值肯定会发生变化[2]。

3 变压器故障诊断方法

3.1 变压器内部放电产生的故障分析

从变压器放电故障的放电程度来区分，可以将故障分成两个类型：①变压器的局部放电故障。由于变压器内部的绝缘部件中会有空位或者变压器绝缘油中存在气泡，所以使得介电常数降低，产生局部放电故障，且这种放电比较明显，放电频率也比较高。虽然这种局部放电故障的放电程度比较小，对于整个变压器的运行影响不是很大，但是如果任由其发展，不进行及时处理，一样会变成大事故损坏或击穿变压器；②变压器的火花放电故障。当变压器内部的某些金属部件接触不良时，两个相对悬浮的金属部件附件就会产生磁场，某些变压器的重要装置设备在这个磁场里作切割运动就会有放电情况，从而产生火花性放电故障。在故障分析诊断时，要注意变压器内部气体增长速度情况，一般来说气体增长速度的计算方式如下公式所示：

此公式中的γm指的是绝对产气速率，Ci2是第二次变压器油抽样中气体的浓度，Ci1表示第一次变压器油抽样中气体的浓度，Δt表示的是两者抽样时间间隔，m表示变压器油量总质量，p表示变压器油的平均密度。

3.2 变压器局部温度过高的故障分析

在变压器运行时，可能导致变压器局部温度过高的原因有以下几个：①变压器的绕组温度过高的问题。绕组部件在生产制作时，可能会产生某些失误，某些绕组的绝缘部分因生产处理不当而产生局部放电或者短路现象，使得绕组局部温度过高，绝缘部件老化更快；②导线故障问题，在某些变压器检修或者装配作业时，因施工作业不小心而使得导线绝缘层被破坏，导致导线与套管内部的金属接触发生局部放电过热现象。

3.3 变压器常用故障诊断方法——气相色谱法（见图1）

气相色谱法是变压器常用的故障诊断方法之一，具体诊断原理如下：

图1 气相色谱仪结构示意图

变压器内部的油一般用作变压器的绝缘保护和散热，在一定温度下，变压器油会与某些绝缘有机材料发生化学反应，生成相对分子质量较小的气体，且会生成多种气体，每种气体的稳定性都不一样。前面也提到了变压器油内的气体含量可以体现出当前变压器的运行状态，所以通过对生成气体的分析来诊断出变压器的故障。

如果单纯因为油温升高而使其分解，那么只会生成H2或者CH4等气体，如果绝缘有机材料也参与了热分解反应，那么生成的气体当中会有大量的CO或者CO2。所以绝缘有机材料参与反应的具体表现就是所生成的气体中大部分都是CO或者CO2，又因为H2、CH4气体的放电量与CO、CO2的放电量不同，所以通过放电量的变化也可以看出绝缘有机材料是否参与反应。

4 结束语

对于变压器的在线监测可以通过数据分析出故障隐患及时处理，而故障诊断则是在故障发展初期就及时发现，尽快维修好，避免故障的影响扩大。只有将变压器的在线监测与故障诊断完美结合在一起，才能保证变压器的稳定运行，保证电力系统的正常运转。

[1]万志强，宋建成，雷志鹏，温敏敏，李传扬.矿用干式变压器绝缘在线监测及故障诊断预警系统研制[J].工矿自动化，2013，39（10）：1～5.

[2]王福忠，邵淑敏，董鹏飞.变压器油中气体组分含量在线监测与故障诊断[J].河南理工大学学报（自然科学版），2015，34（03）：379～383.

TM407

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1004-7344（2016）27-0060-02

2016-8-21

浦汉辉（1988-），男，汉族，广西玉林人，助理工程师，本科，主要从事变电检修工作。