一种新颖的电力变压器故障诊断方法研究
曹志喜
[摘 要]变压器可传输电能、分配电能、变换电压，是核心电力设备，人为失误、放电、绝缘老化、雷击、过电压等内部或外部因素均可造成变压器出现故障，运行故障可导致电网停电或电力系统崩溃，降低供电质量与安全系数。因故障症状多样，症状与故障之间通常无一一对应关系，诊断故障时应注意收集故障数据与分析典型的故障样本，及时发现潜伏期或早期故障，提高诊断率、消除故障隐患。本文分析了有效诊断变压器故障的方法，旨在降低设备损坏程度，供应优质、可靠的电能。
[关键词]变压器；诊断；故障
中图分类号：U547.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0011-01
变压器是重要的电力传输枢纽设备，部件繁多、结构复杂及价格昂贵，受到雷击、人为因素、不停歇持续运行等因素的影响，变压器可出现随机故障、潜伏故障或劣化故障。应有效识别与诊断放电、短路冲击、渗漏、过热等故障隐患，了解故障性质与发展趋势，精确分析故障运行稳态过程与暂态过程物理量、电气量变化规律，根据故障部位、故障特性、故障类型制定针对性运维决策，以预防设备发生突发性事故，提高工作过程的可靠度、无故障运行时间，降低设备运行成本及管理使用寿命。
1 故障诊断方法
1.1 铁芯故障诊断
铁芯故障以接地故障为主，发生接地故障时铁芯工作磁通可受到短路环的干扰，交变磁场可导致短路环形成短路电流，流过铁芯的短路电流过大时可导致铁芯过热。铁芯绝缘损伤或受潮、硅钢片与穿芯螺栓短接、铁芯柱与夹件纸板短接等均可引起接地故障，诊断接地故障时可采用带电、停电、气相色谱诊断法。气相色谱诊断包括IEC三比值或四比值诊断，总烃含量>150uL/L，特征气体比值C2H2
1.2 绕组故障诊断
绕组故障包括匝间短路、变形故障。诊断绕组变形故障时可采用频率响应、低压脉冲、短路阻抗等诊断方法。进行频率响应试验时，需将绕组套管引线拆除，确保引线远离套管，按最高的分接单位调制分接开关，随后测量屏蔽层中的接地线幅频响应情况，通过横向、纵向比较幅频响应情况诊断绕组是否发生变形故障。0.6≤RMF≤1.0或1.0≤RLF<2.0，诊断轻度绕组变形；RMF<0.6或RLF<1.0，诊断中度绕组变形；RLF<0.6，诊断重度绕组变形。应用低压脉冲诊断法时需在绕组上施加相同的稳定脉冲，观察绕组前后的响应信号变化，对比响应信号变化后可诊断绕组是否发生变形[2]。采用短路阻抗诊断法时需短接一层绕组，在另一层接通交流电压，注意缓慢提升电压，待实际电流值与额定值相同时停止增加电压，随后测量功率值，利用电压与功率值计算串联阻抗，根据阻抗值诊断绕组变形。可通过检测漏磁场、线圈温度诊断是否发生匝间短路，无匝间短路时磁漏场上下对称、均匀分布，匝间短路磁漏场中的磁力线表现为异常弯曲。匝间短路可造成线圈温度迅速升高，线圈温度Q1=Q0+aJ2t×10-3，t为持续时间，J为短路电流的密度，Q0为线圈的初始温度，J=I/S，S为绕组直径，取cm，I为短路电流，取A。
1.3 分接开关、套管故障诊断
分接开关的常见故障为触头过热，触头过热可造成开关滑档、切换开关失效或切换过慢、选择开关与切换开关不能有效配合、密封渗漏、回路故障或电机故障等。诊断开关故障时可采用包络线法，通过分析波形低频或高频成分特征观察开关触头机械状态。还可以采用小波变换试验诊断触头过热故障，通过检测信号奇异点或瞬间状态建立小波系数，根据小波系数垄脊图诊断触头故障。套管故障表现为悬浮放电、导杆分流、渗漏油、套管闪络等[3]。诊断套管悬浮放电故障时可进行局部放电试验，将Pdcheck局放仪作为检测仪器，检测后发现脉冲波形为典型性局放波形，信号在特定相位集中，可诊断局部放电与套管故障。导杆分流故障可烧断电缆线股，诊断时可采用红外测温或色谱诊断技术，渗漏油可造成瓷瓶炸裂、发热、油位过低，通过检查油位可诊断渗漏油，套管闪络可引起绕组烧毁、短路等，可采用摇表测量、介损测量、油色谱及目测法诊断故障。
2 案例分析
某变电站的500kV ODFPSZ-250MVA变压器突发故障，变压器于2013年4月投运，额定电压525/230±9×1.33%/63kV，冷却方式为ODAF，额定频率为50Hz，为单相结构形式，额定电流LV为1860A、MV为2015A、HV为930A。自投入使用后该变压器的运行状态相对稳定，直至2017年2月发现铁芯过热、局部放电，严重时可烧熔硅钢片、烧坏绝缘漆膜，引起瓦斯动作、导致开关跳闸及设备停运。故障相油样的色谱分析试验结果：CO2为1176.4mg/L，CO为634.8mg/L，C2H2为298.6mg/L，C3H4为140.2mg/L，C2H4为12.6mg/L，CH4为125.4mg/L，H2为498.1mg/L，总烃含量超出规定值，C2H4/C2H6编码为2，CH4/H2编码为2，C2H2/C2H4编码为0。铁芯夹件及铁芯对地的绝缘电阻测定值为705MΩ/min，铁芯夹件与铁芯之间的电阻测定值为0.57Ω；用电流表测定铁芯夹件的接地电流为10.5A，铁芯接地电流为10.7A，铁芯电流变化，诊断为铁芯接地故障，接地结构见图2。
3 结语
综上，在用电量、单机容量与电网规模持续增大的情况下，变压器负载与输送容量、故障概率不断升高，故障所带来的风险、隐患及损失也随之增大。应注意采取有效、可靠、灵敏、便捷的诊断方法分析与识别密封系统、套管、引线、分接开关、铁芯及绕组等部位出现的故障或潜在故障。为减少设备故障，应采用性能良好、结构可靠、运行经验充分的产品，改善运行条件，建立运行资料，定期进行专业测试诊断，确保非电量、后备及差动保护能够快速动作及预防拒动。
参考文献
[1] 张奋强，卢继平，梁沛.基于疏松耦合变压器零序解耦模型的同杆双回线路故障计算[J].电力系统自动化，2016，40（4）：98-104.
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[3] 石少偉，王可，陈力，等.基于模糊综合评价和贝叶斯判别的电力变压器状态判别和预警[J].电力自动化设备，2016，36（9）：60-66.
