技术解析 | 电力变压器故障分析及诊断技术研究

变压器是电力系统中的重要设备之一，其运行状态的好坏直接决定了电力系统的安全性与稳定性，但是由于电力变压器长期处于运行状态下，因为老化、外力破坏等因素，产生故障是不可避免的。电力变压器的故障机理以及故障原因十分复杂，对故障诊断工作带来了极大的困难。对于电力变压器进行故障分析和诊断，能够帮助检修人员更快地找到潜在隐患，及时采取相应措施，避免大型故障的产生，从而有效提升配电网的供电率。

1 变压器常见故障类型

1.1 按故障发生部位划分

绕组故障：指的是各个绕组之间存在短路，绕组线匝之间发生匝间短路。

引线故障：引出线之间存在的相间故障。

套管故障：指的是绝缘套管出现闪络或者因为破损而产生接地短路。

绝缘故障：主要是固体绝缘故障与液体绝缘故障两种。

1.2 按故障现象划分

按照严重程度，可以把热性故障划分为轻度过热、低温过热、中温过热以及高温过热这四类现象。过热故障常常会释放H2、CH4、C2H4、C2H2 等气体，其中CH4 和C2H4 为主要气体。如果过热故障与绝缘材料存在关联，则会释放出大量CO 和CO2。

1.3 按回路划分

根据回路进行划分一般说来主要包含了电路故障、磁路故障以及油路故障三种，对于这三种故障，有的可能反映的是热故障，有的属于电故障，有的则可能同时具备两种故障的特征。

2 变压器故障诊断技术分析

2.1 变压器油中溶解气体分析

按照相关规范中的要求，电力变压器油中溶解气体的注意值和正常极限值如表1 所示，将油中特定溶解气体具体测定值与表中的数据进行对比可以判断变压器内部是否存在故障，同时还可以按照总烃产气的速率来作出判断。

当诊断出电力变压器是否存在故障之后，就应该对其故障类型作出定位，一般选择DGA 来作初步分析。按照油中溶解气体的具体特征能够帮助我们判定变压器故障部分周围的变化情况，故障区域产生的烃类气体与故障部位能量密度的大小紧密联系，变压器故障一般定性分析详细情况如表2 所示。

鉴定了变压器故障性质与故障类型之后，还应该对其故障的内在特性进行分析，对故障产生不同的温度变化作出预测，得到故障部位产生气体的主要成分比值，同时找出其中各个因素之间的关系，这里通常来说使用的是三比值法，按照表3 中所列出的五种气体比值范围，就可以对变压器故障性能进行较为准确的判断，能够在很大程度上帮助分析及处理变压器故障[2]。

2.2 变压器故障红外诊断方法

随着现代光电技术的飞速发展，变压器红外诊断技术得到了非常普遍的应用，变压器红外诊断技术指的是利用红外线原理，通过专业的仪器对电力变压器内部实施红外探测，之后再结合探测结果进行相关分析，从而对变压器故障进行准确的判断。根据测试得出的红外波长能够对变压器故障部位的温度进行判断，表4 中详细列出了红外线波长与物体温度之间的关系。

红外诊断技术包含了温差判断法、相对温差法和图像特征分析法等，通常情况下红外诊断技术都是应用于变压器热故障中，一般分为外部与内部两种情况的热故障。

其一是外部热故障，这一故障部位常常暴露于设备之外，可以直接观察到，主要包含：因为外部接头接触不良产生的故障、绝缘层被损坏、老化等性能下降引发的故障、漏磁造成的涡流以及冷却系统问题等造成的热故障。上述故障都能够通过红外热成像来进行判断同时可以准确找到故障发生区域。其二是内部热故障，这种类型的故障常见于变压器内部，红外诊断技术即使能够利用热成像来对故障区域进行初步的判断，但是要准确的找到其发生部位还存在一定的困难。变压器内部热故障通常来说在线圈、开关或者一些电路元件中产生，发生过热问题之后非常容易扩散到其他部件上，对变压器的其他部分产生不良影响。因为变压器结构相对复杂，在得到热成像之后还必须要同时进行其他检测试验来进行分析，才能够准确的找出故障发生部位和故障类型。

2.3 变压器绕组变形故障的诊断及分析

在变压器可能存在的众多故障类型中，短路故障占据了其中的很大部分，短路故障发生之后对变压器造成的损坏非常之大，甚至还会直接烧毁变压器，导致较大的经济损失。绕组变形是引发短路故障的一个主要因素，所谓绕组变形即是当绕组受力以后，轴向与辐向发生了结构上的变化，这样的变化无法逆转。绕组变形在一定程度上对变压器结构产生了改变，对其绝缘性能也有非常大的影响，属于一种危险的潜伏故障。可以采取绕组变形测试法来掌握变压器内部绕组变形的具体状况。

第一是短路阻抗法，在较低电流环境下测量变压器的单相工频短路阻抗，将变压器在不同时间段的短路阻抗进行分析对比，结合其变化规律来作出最终判断。

第二是低压脉冲法，指的是在变压器绕组的一端给予标准脉冲信号，同时对这一端子和其他端子的电压信号进行记录，之后将时域内的激励与响应作出对比分析，便能够对绕组变形状态进行判断[3]。

2.4 其他判断方法

在上文中所论述的是现阶段经常使用的浸式变压器，在对其进行故障分析和诊断的过程中，还能够根据其温度变化、油液气味的变化来进行检查，从而能够第一时间发现并解决问题。

第一是根据其温度变化进行诊断，在电力变压器的实际运行时一般都带有发热现象，当存在短路故障时，其发热量就会急剧上升，直接体现在温度的提升上，所以在进行故障诊断时，除了要利用声音进行分析，也能够站在温度的角度进行判定[4]。变压器故障发生率最高的往往是绝缘层老化破损的部位，为了最大限度的确保电力变压器运行的稳定性，必须要对其温度变化进行仔细检查。为了实现这个目标，可以在变压器内部插入一支温度计来获得实时读取温度的速度，并进行自我检测、如果油温出现异常现象，则必须第一时间停止任何操作，同时检查是否是因为绕组短路而引起的，另外还要查看变压器冷却系统的工作状态，进而让其快速降温。

第二是电力变压器内部油液气味发生变化，在变压器稳定运行时常常会产生如同铜与铁灼烧之后的气味，如果其中存在其他不明气味，现场作业人员以及管理人员必须要对变压器展开深入调查，以尽快发现故障原因。因为故障发生之后，防爆管的防爆膜开始破碎，空气中的水分子进入油箱内部，导致绝缘油发生改变。

不仅可以利用上文中阐述的几种方法对变压器的故障进行判定，另外也可以结合电力变压器的油位变化和释放气体等途径来作出分析。

3 结束语

近年来，电力变压器故障时常发生，尤其是在一些雷雨频发的地区，要针对变压器故障进行提前分析和诊断，通过科学有效的措施来避免故障甚至大型事故的发生，确保电网的安全稳定运行。

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