高压试验中变压器试验问题分析及故障处理

田嘉尧，邓 坤

（国网陕西省电力有限公司汉中供电公司，陕西 汉中 723000）

1 高压试验的目的

高压试验指对电力设备进行高于额定电压的电压试验，以检验其绝缘性能是否符合设计要求和规范标准。高压试验的目的是保证电力设备在运行中能够承受各种可能出现的过电压，如雷电冲击、操作过电压、短路故障等，从而提升电力系统的可靠性和安全性[1]。高压试验是电力设备制造、安装、调试、运行以及维护过程中不可缺少的重要工作，对于保障电力系统的稳定运行具有重要意义。

2 高压试验中的变压器试验问题

2.1 问题类型

2.1.1 电气问题

电气问题指高压试验中变压器出现的与电气性能相关的问题，主要包括绝缘击穿、局部放电、油温过高等。绝缘击穿指变压器内部或外部的绝缘材料在高电压作用下发生破坏，导致电流通过绝缘层，形成电弧或火花。绝缘击穿会造成变压器的损坏或烧毁，甚至引发火灾或爆炸。局部放电指变压器内部存在的局部高场强区域，在高电压作用下产生的微弱放电现象。局部放电会导致绝缘材料的老化和劣化，降低变压器的绝缘水平，增加故障的风险[2]。油温过高指变压器内部的油温超过规定的范围，影响变压器的正常工作。

2.1.2 机械问题

机械问题指高压试验中变压器出现的与机械结构相关的问题，主要包括变压器绕组变形、分接开关故障、排油注氮装置故障等。变压器绕组变形指变压器内部的绕组在电磁力或热应力的作用下发生的形状或位置的改变。变压器绕组变形会导致绕组的电阻、电感、电容等参数发生变化，影响变压器的电气性能和效率，甚至引起短路或击穿。分接开关故障指变压器内部的分接开关在高压试验中无法正常工作，无法调节变压器的输出电压[3]。分接开关故障会导致变压器无法适应不同的负载和电网条件，影响变压器的运行稳定性和灵活性，甚至造成过电压或欠电压。

2.2 典型问题

2.2.1 绝缘击穿

绝缘击穿是高压试验中变压器试验的一个典型问题，指变压器内部或外部的绝缘材料在高电压作用下发生突然破坏，导致电流泄漏或短路的现象。绝缘击穿的后果十分严重，可能导致变压器损坏、火灾、爆炸或人员伤亡。因此，在高压试验中，必须对变压器进行严格的检查和预防措施，以避免发生绝缘击穿[4]。一旦发现绝缘击穿的迹象，如放电声、火花、烟雾等，应立即切断电源，隔离变压器，并进行检查诊断和修复更换。

2.2.2 局部放电

局部放电指在变压器内部存在的不均匀电场中，由于局部缺陷或杂质引起的局部电介质击穿现象[5]。局部放电会产生高频脉冲电流，损伤变压器的绝缘和金属结构，甚至引发火灾或爆炸。因此，高压试验中应对变压器进行局部放电试验，以检测和消除潜在的危险。局部放电试验的原理是利用高频电流互感器或耦合电容器等探测器，将变压器的局部放电信号转换为可测量的电压信号，然后通过放大、滤波、整形等处理，得到局部放电量和相位分布等参数。局部放电试验的方法有多种，常用的有超声波法、超高频法、化学法以及电学法等，如表1所示。不同的方法有各自的优缺点，应根据实际情况选择合适的方法。

表1 局部放电试验方法的比较

2.2.3 油温过高

油温过高指变压器油的温度超过了规定的限值，导致变压器油的老化加速，绝缘性能变差，甚至引发油中气体的析出和油的燃烧。因此，高压试验中应监测和控制变压器油的温度，以保证变压器的安全运行。

油温过高的原因有多种，主要有4类：变压器负荷过大，导致变压器内部发热增加，油温升高；变压器散热系统故障，导致变压器油不能有效地散发热量，油温升高；变压器外部环境温度过高，导致变压器油受到外界热源的影响，油温升高；变压器内部存在局部放电或短路等故障，导致变压器油受到局部高温的作用，油温升高。不同原因油温过高的处理方法，如表2所示。

表2 不同原因油温过高的处理方法

2.3 问题原因

2.3.1 设计缺陷

（1）绝缘设计不足。绝缘设计不足指变压器的绝缘材料、绝缘结构或绝缘距离没有考虑高压试验中可能出现的过电压或局部高场强的情况，导致绝缘击穿或局部放电。绝缘设计不足的判断方法是根据变压器的额定电压、额定容量、短路阻抗等参数，计算出变压器的试验电压，并与实际试验电压进行比较。如果实际试验电压大于计算出的试验电压，说明绝缘设计不足。试验电压的计算公式为

式中：Ut为试验电压；k为系数；Ur为额定电压；Sn为额定容量；Sr为实际容量；Zk为短路阻抗；Zn为标准阻抗。

同时，应当考虑绝缘特性。绝缘特性指变压器绝缘材料在高压试验中表现出的电气性能，主要包括绝缘电阻、极化指数、吸收比以及介质损耗角正切等。绝缘电阻指变压器绕组与铁芯或外壳之间的直流电阻值，反映了变压器绝缘材料的直流导电性。绝缘电阻的测量方法是在变压器绕组与铁芯或外壳之间加上恒定的直流电压U，测量通过绝缘层的漏电流I，然后根据欧姆定律计算出绝缘电阻R。极化指数指变压器绝缘材料在直流电场作用下表现出的极化效应，反映了变压器绝缘材料的介质特性和老化程度。吸收比指在一定时间内测量到的2个不同时间点上的绝缘电阻之比。吸收比和极化指数越大，说明变压器绝缘材料越健康。吸收比和极化指数的计算公式为

式中：K为吸收比；P为极化指数；Rt为t分钟时刻上的绝缘电阻值；Rt0为t0分钟时刻上的绝缘电阻值；R10为10 min时刻上的绝缘电阻值；R1为1 min时刻上的绝缘电阻值。

（2）机械设计不合理。机械设计不合理指变压器的机械结构或机械强度没有考虑高压试验中可能出现的电磁力或热应力的影响，导致变压器绕组变形或分接开关故障等。例如，变压器的绕组没有足够的支撑或固定，或者分接开关的接触部件没有足够的弹性或摩擦力，都可能造成机械设计不合理。

（3）环境适应性差。环境适应性差指变压器在设计时没有考虑高压试验中可能遇到的温度、湿度、污染以及干扰等环境因素的影响，导致变压器的绝缘水平或电气性能下降。例如，变压器的外壳或接地装置没有足够的防腐或防水措施，或者变压器的屏蔽或滤波装置没有足够的抗干扰能力，都可能造成环境适应性差。环境适应性差的判断方法是根据变压器的工作环境和试验环境，选择合适的试验标准和试验条件，并与实际的试验结果进行比较。如果实际的试验结果不符合试验标准或试验条件，则说明环境适应性差。

2.3.2 运输受损

运输受损指变压器在运输过程中由于外力或环境因素造成的机械或电气损伤，如碰撞、振动、温差以及湿气等。运输受损会导致变压器的外壳、绕组、铁芯、油箱等部件发生变形、断裂、松动以及腐蚀等现象，影响了变压器的机械强度和电气性能，增加了高压试验中的故障风险。运输受损是高压试验中较为常见的问题原因，需要在运输前后进行严格的检查和保护，以避免或减少损伤的发生。如果发现运输受损，则需要根据损伤的程度和位置采取相应的处理措施，如调整、修复、更换等，以恢复变压器的正常状态。

3 高压试验中变压器试验故障处理

3.1 隔离切断

隔离切断是高压试验中变压器试验故障处理的第一步，是保证安全和有效的前提。隔离切断要求：在发现故障时，立即停止试验，切断高压电源，隔离变压器和试验线路，防止发生二次故障或事故；在切断电源后，等待一定的时间，让变压器内部的电荷和电流消散，防止发生触电或放电；隔离线路后，应设置明显的警示标志，防止误操作或误入。

3.2 检查诊断

检查诊断是高压试验中变压器试验故障处理的第二步，是确定处理方案的依据。检查诊断要求：在隔离切断后，全面检查变压器的外部和内部，发现故障的部位和程度，如外壳、绕组、铁芯、油箱等；在检查后，精确测量变压器的电气参数和性能，确定故障的性质与原因，如绝缘击穿、局部放电、油温过高等；测量后，应科学分析和评价变压器的绝缘状况与运行状态，判断故障的影响和危害，如绝缘水平、效率损失、安全风险等。

3.3 修复更换

修复更换是高压试验中变压器试验故障处理的第三步，是恢复变压器正常工作的手段。修复更换要求：在检查诊断后，根据故障的部位、程度、性质以及原因，选择合适的修复或更换方法，如调整、清洗、焊接以及更换等；在修复或更换后，再次检查变压器的外部和内部，确认故障已经消除或减轻，如外壳、绕组、铁芯、油箱等；在检查后，再次测量变压器的电气参数和性能，确认变压器已经恢复正常或接近正常，如绝缘水平、效率损失、安全风险等。

3.4 调整参数

调整参数是高压试验中变压器试验故障处理的第四步，是继续进行试验的条件。调整参数要求：在修复更换后，根据变压器的实际情况和试验要求，选择合适的试验电压、试验时间、试验方法等，如升压、降压、恒压以及脉冲等；在调整后，实时监测和记录变压器的试验过程与结果，发现并解决可能出现的问题，如电流波动、温度升高、声音异常等；在监测后，科学地分析和评价变压器的试验数据与性能，判断变压器是否符合设计要求和规范标准，如绝缘水平、效率损失、安全风险等。

4 结 论

高压试验中变压器试验故障的处理应遵循安全第一、及时处置、科学分析的原则，采用隔离切断、检查诊断、修复更换以及调整参数等方法，保证变压器的正常工作和电力系统的稳定运行。