电力系统变压器故障诊断试验分析

电力系统变压器故障诊断试验分析
发表时间：2018-12-18T15:31:13.683Z 来源：《基层建设》2018年第33期作者：蔡德荣[导读] 摘要：本文分别对外部短路、过负荷、过励磁三种不良工况进行分析讨论，讨论每一种不良工况对变压器的影响部位，造成的影响结果，通过针对不同的影响结果提出具有针对性的诊断试验，并对每一项的诊断试验项目提出了参照判断标准，希望能为今后的该类故障判断提供理论依据。

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摘要：本文分别对外部短路、过负荷、过励磁三种不良工况进行分析讨论，讨论每一种不良工况对变压器的影响部位，造成的影响结果，通过针对不同的影响结果提出具有针对性的诊断试验，并对每一项的诊断试验项目提出了参照判断标准，希望能为今后的该类故障判断提供理论依据。

关键词：变压器；高压试验；故障诊断
一、外部短路不良工况诊断试验策略
变压器在实际的运行过程中，绕组由于属于载流导体，在磁场中会受到电动力的作用。

这些电动力会和绕组之间出厂时外加机械力相互抵消，从而保证变压器绕组不会受到影响。

但是变压器绕组在经历外部短路故障后，绕组受到的电动力会随着绕组电流的增加而增加，如果电动力超过出厂时涉及的外部机械作用力，轻者造成变压器绕组局部鼓包变形，重者造成变压器绕组整体横向位移，更有甚至在多次承受短路故障后，最终会造成变压器绕组的塌陷。

在高压试验中，能够反映变压器内部绕组电气参数的高压试验有以下四种分别是：绕组频率响应、短路阻抗、绕组电容量以及直流电阻。

变压器绕组连同套管的介质损耗及电容量测试是检查变压器整体是否受潮、绝缘油及纸是否略化、绕组上是否存在着异物以及严重的局部缺陷，它是判断变压器绝缘状态的一种非常实用的诊断试验，随着近年来，变压器绕组变形的逐步开展，绕组介质损耗及电容量测试对变压器经历外部短路故障后诊断试验非常必要。

变压器绕组介质损耗及电容量测量规程标准中规定，66kV-220kV 电力变压器介质损耗不得高于0.8%。

绕组电容量变化不得超过5%。

变压器直流电阻测试是变压器中重要的测试项目，它是检查变压器绕组连同套管的直流电阻，可以检查出绕组内部导线接头的焊接质量、引线及绕组焊接头的连接工艺好坏，绕组与变压器分接开关连接工艺是否满足运行要求，变压器内部是否出现了断股、连接工艺是否不满足条件等重大缺陷。

对变压器内部绕组的检查十分必要。

规程1168-2013中规定，1600kVA以上变压器相间差别不大于2%，无中性点引出的不大于1%。

1600kVA以下变压器相间差别不大于4%，无中性点引出的不大于2%。

综上所述，变压器在经受外部短路故障后，对变压器进行绕组频率相应、短路阻抗、绕组介质损耗及电容量、直流电阻测试是行之有效的诊断方法。

二、过负荷不良工况诊断试验策略
变压器在经历过负荷后，最终会导致变压器绝缘老化，但不会引起变压器绕组的变化，表现为油中一氧化碳和二氧化碳含量的持续增加，变压器绕组绝缘纸颜色变暗发黑，变压器油中的糠醛含量增加。

因此，在变压器经历过负荷后，需要进行的试验主要包括以下内容。

变压器油色谱分析，简称DGA分析技术。

它是从变压器本体、变压器分接开关中提取试验油样，然后再采用气体分析技术从油样中分析出特征气体，之后借助气相色谱分析仪首先分析绝缘油中气体的组成成分，其次分析各种气体的含量多少，借助以上分析结果来判断变压器在经历过负荷后内部是否出现故障，同时还可以判断故障类型，故障能量大小。

比如发热温度大概持续在多少度。

正常情况下，随着运行年数的增加，绝缘材料老化，使一氧化碳和二氧化碳的含量逐渐增加。

由于二氧化碳比较容易溶解于变压器油中，而一氧化碳在油中溶解度小，易逸散，因此二氧化碳和一氧化碳的比值一般是随着运行年数的增加而逐渐增大的。

当二氧化碳与一氧化碳的比值大于7时，认为绝缘可能老化，也可能是大面积低温过热故障引起非真长老化。

目前电力变压器绝缘绕组所使用的绝缘纸的平均聚合度大约在1000左右，在这个范围附近的绝缘纸具有很好的韧性和变形强度。

绝缘纸中的纤维分子在适当的油温、氧气和水蒸气等成分长期作用下会发生化学降解反应，从而使大分子出现断链从而成为相对较小的分子，从而降低绝缘纸聚合度，也会导致绝缘纸材料本身的韧性和强度降低。

试验表明，当绝缘纸的聚合度降低到250时，韧性强度会出现大幅降低，说明此时变压器绝缘纸深度老化；当绝缘纸聚合度降低为150时，绝缘纸已经完全失去机械强度。

因此在实际的不良工况诊断中，当变压器的绝缘纸聚合度降低到250时，应引起注意；当绝缘纸聚合度降低到150时，变压器应当退出运行。

当变压器内部的绝缘纸或者绕组绝缘板发生劣化时，其中的纤维素降解生成一部分葡萄糖单糖，这种物质在变压器运行条件下很不稳定，容易分解，最后产生一系列氧杂环化合物溶解在变压器油中。

糠醛就是纤维素大分子降解后形成的一种主要氧杂环化合物。

合格的变压器油不含糠醛，变压器内部非纤维素绝缘材料的老化不产生糠醛，因此变压器油中的糠醛只有绝缘纸老化才会产生。

因此，测试变压器绝缘油中的糠醛含量，可以反映出变压器绝缘纸绝缘老化的进行情况。

综上所述，电力变压器在经历过负荷不良工况时，会引起变压器绝缘老化，此时需要结合温度记录，同时需要对变压器开展的诊断项目为绝缘油糠醛含量测试、绝缘纸聚合度测试以及二氧化碳和一氧化碳含量比值测试。

三、过励磁不良工况诊断试验策略
变压器在运行过程中，电压会出现一定范围内的波动，如果电压升高，就会引起变压器内部短暂的过励磁过程，同时，在变压器频率降低时，变压器内部也会出现过励磁现象，短暂的过励磁主要会影响变压器内部铁芯发生变化，.如果变压器允许过励磁超过设计磁密的110%而长期运行，则设计磁密应略有降低，制造成本相应提高，因此设计磁密的选择取决于变压器种类.系统变电所用变压器大致按5%的过励磁考虑即可。

针对变压器过励磁的不良工况，空载损耗试验是非常具有针对性的。

变压器空载损耗主要是铁芯损耗，也就是由于变压器铁芯的磁化而引起的变压器铁芯磁滞损耗和涡流损耗。

其中还包括空载负荷电流通过绕组时产生的电阻损耗和变压器引线损耗、测量线路及表计损耗等。

由于变压器引线的损耗、测量线路及表计损耗所占比重较小，可以忽略。

空负荷损耗和空负荷电流的大小取决于变压器的容量、铁芯构造、硅钢片的质量和铁芯制造工艺等。

引起空负荷电流过大的主要原因有铁芯的磁阻过大、铁芯叠片不整齐、硅钢片间短路等生产工艺缺陷。

因此，变压器空负荷试验的主要目的是通过测量空负荷电流和空负荷损耗，分析他们的变化规律，发现磁路中的铁芯硅钢片的局部绝缘不良和绕组匝间短路等缺陷。

变压器在额定条件下的空负荷试验结果与变压器出厂试验数据比较空负荷电流允许偏差±30%，空负荷损耗的允许偏差为±15%。

电力变压器在稳定运行时，硅钢片的磁致伸缩会引起铁心振动，流过负载电流的绕组在磁场力的作用下也会产生振动.绕组及铁心的振动通过变压器自身和油传到变压器的油箱，从而引起油箱振动.变压器油箱的表面振动与变压器绕组及铁心的压紧状况、位移及变形状态密切相关，因此可以通过在线测量电力变压器油箱的表面振动来监测其绕和铁心的状况。

近年来出现了更为直接的测试办法，在变压器空载运行时，来测量变压器外壳的震动信号，同时继续测量变压器投入负载后再次测量变压器外壳同一位置的电气信号，通过两种信号的比较来判断变压器内部铁芯和夹件的安装工艺好坏。

也就是所谓的变压器震动波谱测试。

对于一台才出厂或者运行不久的电力变压器来说，在油箱表面测得的绕组振动信号主要集中在100HZ，各次谐波成分被变压器油及油箱壁大大衰减，几乎接近于0。

在油箱表面测得的绕组振动信号的基频成分与流过绕组的负载电流的平方呈较好的线性关系，在评价绕组的振动水平时，必须考虑负载电流的大小.当电网电压的波动有多大时须考虑其对铁心振动的影响，还需要结合振动法检测铁心故障的判据来决定。

在额定电压、额定电流、额定频率和允许谐波电流分量下，油箱壁振动优良值不大于60μm（p-p），油箱壁振动最大值不大于100μm（p-p），油箱底部振动不大于30μm（p-p）。

油箱壁振动变化量不大于20μm（p-p）。

综上所述，变压器在经历过励磁不良工况时，引起变压铁芯异常震动导致机械性缺陷，需要开展震动以及记录震动波谱，同时开展空载损耗测试试验。

四、结语
变压器在经济寿命运行工作过程中，除了造成外部短路故障的冲击导致变压器跳闸外，还会经受由于负荷突然增大，或者变压器停电检修对后站内其余变压器短时间的过负荷，或者过励磁等特别运行情况的出现，这些特别运行条件都会对变压器的绝缘状况、机械强度、绕组分布产生影响，尤其是外部短路对变压器本体绕组的绝缘冲击具有积累效应，多次的短路冲击最终会导致变压器绕组的鼓包或者绕组坍塌。

为了能够及时准确掌握变压器在经历不良工况后的电气状态，对变压器科学开展具有针对性的诊断试验显得尤为重要。

参考文献：
[1]张思宾.变压器在线检测与故障诊断技术研究[D].华北电力大学.2015.
[2]李波，全斌.电力变压器故障诊断方法研究[J].大科技.2015（11）.。