电力系统中6 kV 变压器短路故障诊断与维修

汪 琳

（中国石油大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163711）

0 引言

在深入对电力系统的异常现象分析时发现，变压器短路故障是造成系统异常的主要构件。同时，电力变压器也是电力系统中最主要的供电设备，可以将其作为一种呈现静止状态的电气设备，在系统中主要将某一数值的交流电流或电压，通过某种处理方式，将其转换成不同数值的一种或多种电流或电压[1]。根据我国电力局对市场内各大供电单位反馈数据的统计可知，随着电力市场发展规模的提升、供电范围的增加，由于变压器故障造成的电力系统运行异常事故正逐年呈提升趋势。尽管电力单位在发现故障后已在短时间内采取有效措施进行故障处理，但每年电力事故数量仍未能降低。为了解决此方面问题，此次研究将以电力系统中的6 kV 变压器为例，设计一种针对此变压器的故障诊断与维修处理方法，布置变压器在线监测环境，获取并处理电力系统变压器运行数据；引进频响法，对变压器在运行中的线路绕组情况进行变形测试，根据变形测试结果，对其短路故障进行在线诊断。选择与之匹配的故障处理与维修方式，以此种方式，及时发现电力系统故障，实现在最快时间内进行故障的诊断，为系统的稳定与安全运行提供技术保障，保证变压器运行的安全性与稳定性。

1 6kV 变压器短路故障诊断与维修方法设计

1.1 在线监测与处理电力系统变压器运行数据

为了实现对电力系统中6 kV 变压器短路故障的有效诊断，需要在电力系统运行过程中，对其中的变压器运行数据进行在线监测[2]。变压器运行在线监测环境如图1 所示。

图1 变压器运行在线监测环境

设定变压器运行指标，由电力控制终端与在线监测传感器进行变压器运行数据的反馈，实时感知运行前后数据是否存在显著性变化。将存在显著变化及其前后监测数据作为训练集合，对此部分数据进行正态分布校验。

当检验后数据满足整体反馈信息的正态分布需求时，使用ANOVA 工具，进行反馈数据的分析，计算数据的平均算数值，判断算数值是否存在显著差异，输出存在显著差异的算数值集合，将其作为监测结果数据[3]。当校验后的数据不满足正态分布条件时，可以使用Kruskal-Wallis 方法，计算反馈数据的极差值、方差值、中位值等特征性数值的分布是否存在差异，当存在差异时，输出差异数值，将其作为监测数据。

为了保证监测数据的高精准优势，可在初步完成的监测数据的输出后，在所选的训练集数据中，随机进行n 次数据的采样，采样后选择m 个数据样本，生成n 个待训练子集[4]。对n 进行训练后得到n 个决策树，对每个决策树进行分类处理，根据处理后信息的增益值，选择训练结果中的最大值作为样本特征值，对其进行持续分裂处理。通过此种方式，可以得到样本在训练过程中的特征情况，将具有相同特征的样本数据划分为一类数据，输出a 个样本特征子集，将其作为监测中得到的异常运行数据，以完成对电力系统的在线监测、数据获取与处理等操作。

1.2 基于频响法绕组变形测试的短路故障在线诊断

完成对变压器运行情况的在线监测后，引进频响法，对变压器在运行中的线路绕组情况进行变形测试，根据变形测试结果，对其短路故障进行在线诊断[5]。在此过程中，需要先确定变压器三相绕组中某一侧存在短路故障，在绕组的一端注入扫频信号，在另一端对注入信号传输过程进行测量，根据测量的过程，可生成一个信号传递函数，函数表达式如下：

式中：C 为信号传递函数；s 为扫频信号；K 表示为测量有效距离；τ为信号在传输过程中的振动幅度。当检测结果显示绕组发生了形变后，可以将此时绕组的状态量进行离散化处理，定位绕组发生形变的相位点，以此种方式，掌握变压器出现异常或短路故障的具体位置，从而实现对电力系统中6 kV 变压器短路故障的在线诊断。

1.3 基于故障决策结果的维修处理方法

在完成对6 kV 变压器短路故障诊断与故障决策后，进行电力变压器故障原因的分析，经过综合决策与故障的系统化可知，电力系统中变压器出现短路故障的主要原因包括低压侧出口保护装置短路、气室开关设计不合理导致的跳闸。由于后者产生的变压器短路问题，可以采取自行更换的措施进行故障处理，但在自行更换过程中要注意对变压器生产供应厂家型号进行咨询，确保更换后的构件可以满足电力系统可持续运行需求。针对前者故障，可以采用低相位绕组替换的方式进行故障排除。当绕组出现变形问题后，可以采用固定绕组并对其进行拧紧处理的方式，避免电路绕组由于松懈出现短路异常。

2 实例应用分析

为了证明设计的方法可以在实际应用中起到优化电力系统稳定性的作用，将以某电力系统故障实例作为研究对象，展开分析。

在2021 年10 月，某电力单位中，有效容量为4050 MV·A、6 kV 的三相电力变压器其中380 V 一侧出现开关跳闸现象，直接导致主变压器出现跳闸。采用设计的方法进行6 kV 变压器故障排查。先按照设计的方法，进行变压器运行的在线监测，根据传感器反馈的信号与信号传导波形图发现，变压器一侧三相线路出现短路故障。为了进一步定位短路故障位置，确保对故障的有效处理与解决，引进基于频响法绕组变形测试法，按照设计的流程，对故障区域进行测试。此方法是用于检测电力变压器绕组是否发生形变的主要方法，通过对不同相位变压器在运行中绕组振动幅度的分析，并通过相位横向与纵向的比较，可以精准掌握故障位置，以此为依据，便可以实现对电力系统中6 kV变压器短路故障的在线诊断。

按照上文所述的方法，获取6 kV 变压器在运行过程中的振幅（单位为dB）与振动频率（单位为Hz），将获取的数据绘制成曲线，6 kV 变压器短路故障绕组频响测试结果如图2 所示。

根据图2 所示的测试结果，可以精准判定变压器三相绕组存在的短路点。将所得数值与标准数值进行比对，比对后发现三相绕组存在明显的变形现象。在完成对故障现象的诊断后，参照1.3 所述的短路故障处理方法，进行6 kV 变压器短路故障处理与变压器维修。经过电力企业、变压器生产厂家与省级电力公司等单位的共同决策，将此变压器进行返厂大修处理，并联系厂家紧急调送一台相同规模的电力变压器，按照规范进行现场安装、调试。投入使用后，按照上述方法，进行6 kV 变压器绕组频响测试，绘制如图3 所示的故障处理后测试图。

图2 6 kV 变压器短路故障绕组频响测试结果

图3 6 kV 变压器短路故障处理后绕组频响测试结果

根据图3 所示的测试结果可以看出，6 kV 变压器短路故障现象已完全被排除，三相绕组运行稳定，无变形现象，满足电力企业输电需求。

3 结束语

从在线监测与处理电力系统变压器运行数据、基于频响法绕组变形测试的短路故障在线诊断、基于故障决策结果的维修处理方法3 个方面，对电力系统中6 kV 变压器短路故障诊断与维修方法展开设计研究。完成设计后，以某电力系统故障实例作为研究对象，设计实验，根据实验结果证明设计的故障诊断与维修方法，在实际应用中，不仅可以起到短路故障的精准排查作用，同时也可以实现对故障的有效处理。希望通过此次的研究，为我国电力产业的发展与建设提供技术层面的有效指导与帮助。