变压器的运行维护及故障处理技术分析

中节能（临沂）光伏农业科技有限公司 罗贵涛

变压器作为静止的电气设备，随着高压、自动化、大容量电力系统的发展与应用，对于设备的稳定性要求也不断升高。作为电力系统的核心、可靠供电的基础、安全用电的保障，变压器要完成系统升压、降压功能，是系统中故障发生概率较高的电气设备。因此，为避免出现电力瘫痪、安全风险等事故，应围绕常见的故障问题分析处理技术，做好运行维护工作，使变压器安全、稳定运行，提高电力系统稳定性。

1 变压器的运行维护技术

1.1 红外热成像维护技术

在变压器运行过程中，多数故障均与高温有关，为将“防大于治”落实到运维工作的实处，可运用红外热成像技术及时发觉故障，为技术人员的故障判断提供技术支持。具体而言，某公司在变压器实际运维过程中，主要将其用于表面温度判断、图像特征判断、发热缺陷分析，尤其是设备运行效率较高时。后期巅峰是红外热成像维护技术测量数据的合理时间，此时设备耗电进入高峰阶段，根据红外云图，以及设备状态的垂直与横向对比，预估设备状态，分析可能出现的故障问题，以此为基础设计合理的维修周期。

1.2 数字孪生监测技术

数字孪生监测技术共分为五层架构，即数据、接口、组建、服务、应用。根据变压器的数据运行情况，实现虚拟与现实的连接，搭建三维交互模型，借助可视化技术，获得变压器运行状态的数字孪生体，并将相应的数据上传至变压器运维故障处理中心，依托大数据匹配分析的技术优势，生成变压器故障运维方案，保证变压器运维安全。

数字孪生监测技术会对变压器的日常运行状态进行数据采集和检测：通过对于变压器的单日运行功率因数、电压等数据进行检测，进行变压器运行风险判断，并完成变压器运行状态及发展趋势预测。根据变压器内部已有的预制进行变压器风险运行管理和判断。结合风险判断及预测结果，进行变压器设备参数的智能调配，或是根据变压器历史运维数据，完成变压器日常运行状态管理和监测工作，提高变压器故障处理效率。

数字孪生监测技术会对变压器运行过程中的实时状态进行检测告警：差动保护告警。数字孪生监测技术会在中央处理器中根据综合自动化系统处理通信装置，获得变压器的高压侧相和低压侧相电流数据。根据低压侧单电流角度，在后台自动完成恒压源低压通电电流、电压等角度数据计算。计算结果会与变压器运行状态正常情况下角度数据进行对比，一旦检测到变压器电流角度异常数据，会立刻在变压器显示屏中进行告警，提醒变压器运维人员进行故障检测；多点接地故障告警。数字孪生监测技术会对于变压器铁芯绝缘电阻的运行状态进行检测，当该电阻值过低会立刻触发接地故障告警装置，并根据接地线的环流状态，利用小套管完成多点接地状态分析，确定故障区域，并自动完成故障信息推送[1]。

1.3 信息化日常检查与巡视技术

新时期下，某公司在开展变压器运维工作时，以信息化技术为载体，通过RFID、物联网、智能传感设备等技术的综合运用，打造智慧日常巡检模式，同步记录运维数据并归档整理，为后续原因分析、故障处理提供坚实的数据基础。其中，还结合BIM技术，根据构筑物结构以及电网系统，通过可视化模型优化巡视线路，目前尝试引入智能机器人巡检技术，实现变压器运行状态、外观缺陷的精准检查与分析，使技术人员集中时间与精力解决故障问题，提高设备运维效率。

2 变压器的故障处理技术

2.1 短路故障及其处理技术

短路故障是变压器的常见故障，主要表现为绕组变形、绝缘温度过高，一旦出现该故障，将影响变压器的热稳定性与承受能力，增加设备击穿、损毁风险，进而诱发电力系统故障。在处理变压器故障时，要从故障现象出发，做好计算工作，分析原因，然后制定有效的处理方案。以某公司发生过的一起变压器短路故障为例，额定工作电压（35±2×2.5%）/10kV，设备铭牌见表1。

表1 设备铭牌

故障现象为：设备曾因高压侧A相外绝缘损坏返厂大修，后续运行期间，故障前出现过流速断保护动作，跳开高压侧开关。经现场检查发现：靠近设备B相低压侧附近存在一只烧焦老鼠，同侧绕组头尾引出线外绝缘烧毁严重，高压侧A相、B相外表面存在过热痕迹；A相、B相高压侧绕组无载调压抽头位置存在电弧灼黑痕迹，引出线金属连接处存在熔化现象；A、B相铜屏蔽线灼伤严重；A相电缆附近外表面被熏黑。

为判断故障原因，设计落实有效的处理技术方案，在故障分析过程中需计算短路电流。根据故障现象与问题来看，初步判断变压器室密封不良，老鼠进入爬至低压侧B相绕组，该处先行发生短路，继而引起短路电流并作用于低压、高压侧绕组。其中，在变压器低压侧短路电流计算公式为：

公式（1）中：ZT为变压器阻抗（Ω）；U`k为阻抗电压百分比，故障设备为0.1189；U2为低压侧系统的标称电压（kV），故障设备为10kV；ST为变压器容量（kVA），故障设备为5000kVA。通过带入故障变压器的相关参数，低压侧短路电流为2.378Ω。设备低压侧三相短路稳定电流有效值计算公式为：

公式（2）中，Ik为低压侧三相短路稳定电流有效值（A）。将低压侧短路电流数值代入公式（2），Ik为2549.28A。在高压侧短路电流计算中，该侧短路电流稳态值为：

公式（3）中，Id为变压器高压侧短路电流稳态值（A）；In为高压绕组额定电流（A）。经检测，设备高压绕组额定电流为82.5A，代入公式（3），得到Id为693.86A。

瞬态最高短路电流峰值计算公式为：

公式（4）中Idm为瞬态最高短路电流峰值（A）。将变压器高压侧短路电流稳态值（693.86A）代入到公式（4）中，瞬态的峰值为1769.34A。由此而见，短路阻抗与短路电流之间呈反比关系，结合上述计算与现场检查结果，变压器故障原因确定为小动物误入变压器室引起，故落实以下处理措施。

首先，基于成本控制视角，处理变压器外观。由于A相和B相的外绝缘表面并未出现裂痕等损坏现象，故选用酒精布将其擦洗干净，然后重新落实绝缘处理。某公司选用PRTV绝缘涂料规范喷涂。此项技术操作同样用于处理A相高压侧缆头附近灼黑痕迹处理。

其次，更换处理损坏内容。针对B相低压侧绕组头尾引线出头损坏这一现象，某公司组织工作人员重新绑扎再进行绝缘涂料喷涂处理，其中绑扎材料为绝缘性较强的玻璃纤维带。针对A高压侧绕组引出线金属连接位置出现的熔化现象，经现场分析发现其拆除难度较大，故选择打磨处理熔化部分金属表面，然后使用酒精将此处擦洗干净；最后，对于A、B相的电缆铜屏蔽线的烧毁处理，则选用直管铜鼻子对接后用压接钳压接好，并用绝缘胶带重新绑扎好。经后续带电监测跟踪发现，设备运行稳定。

2.2 放电故障及其处理技术

放电故障包括局部放电、火花放电、电弧放电现象，不同现象的常见诱因不同。局部放电主要是因为绝缘部位受到电压作用，比如油墨、缝隙等部位；火花放电则是因为设备内部接触不良，比如金属与其他零部件出现接触等；电弧放电主要发生在绕组层间的绝缘被击穿时，故其放电能量密度大、产气速率高。针对此类故障，须规范开展试验工作，记录放电范围、电量变化数据等，然后灵活使用油溶解性气体分析法、外部特征监测法、红外测温法等科学诊断变压器故障，准确识别类型。明确为放电故障后，可根据实际情况采用以下处理技术。

2.2.1 三相不平衡处理技术

在变压器运行过程中，一旦发生三相不平衡现象，将对变压器稳定性造成极大影响，导致放电故障出现的同时，也会增加设备损耗，降低设备效用，影响设备使用寿命。为避免变压器油压过高及变压器损坏和燃烧等问题，对三相不平衡进行处理时，集中控制负荷功率，根据设备参数特点调整三相负荷。

2.2.2 渗漏油处理技术

当变压器出现渗漏油现象时，将不可避免地造成渗出点脏污，当渗出点在带电部位附近时，比如变压器进出线套管，将在套管上积累一层污物，受潮时将引起“污闪”事故，导致套管外表面放电。不仅如此，漏油还会降低油位，使得油与空气接触发生酸化，增加油的深度[2]。

针对因渗漏油导致的变压器放电故障，某公司组织技术人员对变压器漏油情况进行检查，针对不同部位的漏油现象开展差异化处理工作。若是发现油流出壳体后，小心安装螺线管；若是发现变压器分接开关有漏油，在紧固螺钉前，要先打开分接开关；若是设备盖板漏油，固定盖板大头螺钉，然后检查油的颜色，确认无质量问题。完成紧固等处理工作后，对变压器密度进行检测，若是增大意味着其表面存在裂纹，及时清理，并对变压器内壳绝缘进行一并检查，通用标准要求保温层分级并检查一致性，若绝缘电阻不满足规定值，应增加绝缘电阻。

2.2.3 接地不良处理技术

接地电阻过大，或是地线松动，将造成接头放电。因此，在处理变压器放电故障时，须分析外界天气环境对变压器是否造成损坏，尤其是弱接地，优化接地装置，避免出现不良接地现象，保护配电柜质量。处理前，准确测量接地并对比，确保分配器正常工作。

2.3 绝缘故障及其处理技术

变压器涉及较多绝缘材料，随着设备的长久使用，绝缘材料难免出现磨损、老化等现象，而这将降低设备整体绝缘性，从而引发故障。在对绝缘故障进行处理时，需全面分析设备绝缘是否受潮，设备当前是否存在渗漏点及其分布情况，然后制定相应的处理方案。某公司对曾出现过的绝缘故障，将电压器油排至油罐，补焊处理高压气高压侧出现的渗漏点，更换损坏密封垫，保证设备密封性。除此之外，拧紧导电杆，压紧螺母，使密封垫能够固定在导电杆上，针对设备内部存在的氢气，加热过滤、真空脱气，实现对氢气成分的消除[3]。在此技术环节后，对变压器进行热油循环处理，通过高温干燥彻底清除油中的氢气、二氧化碳、一氧化碳，然后真空注油，观察油色谱，规范开展试验检测，满足现行标准要求后投入使用。

3 结语

为提高电力系统运行状态的安全、稳定性，本文结合案例，分别论述了变压器运行维修技术与故障处理技术。在运维方面，要注重新工艺的应用，优化日常检查、强化监测智能化程度等，依托于全面、全过程运行维护将各类故障及其影响降至最低；在故障处理方面，要做好绝缘、放电、短路这类常见问题的处理，根据实际情况做好现场检查、计算、原因分析，根据分析结果采取相应的处理方案，实现故障的高效率处理，提高系统运行可靠性、稳定性。