电力变压器绝缘故障的分析与诊断

电力变压器绝缘故障的分析与诊断摘要随着输电电压等级的不断提高，变压器的容量和电压等级也相应升高，对变压器可靠性的要求也更高。为了确保变压器的安全运行，进行变压器的故障诊断异常重要。本文首先介绍了变压器绝缘材料的化学组成及故障产生的原因，然后分析了油纸绝缘材料分解产气的机理，最后阐述了变压器故障类型与油中气体含量的关系、故障诊断步骤和故障诊断方法判断。

关键词电力变压器；绝缘故障；故障诊断

中图分类号tm421 文献标识码a 文章编号

1674-6708（2012）68-0125-02

1变压器故障诊断概述

随着输电电压等级的不断提高，变压器的容量和电压等级也相应升高，对变压器可靠性的要求也更高。为了确保变压器的安全运行，进行变压器的故障诊断异常重要。事实证明，变压器的故障大多数是绝缘故障，通过变压器的绝缘故障诊断，能够及时准确地发现变压器中潜在性故障，从而有效预防引起重大安全事故，对电力系统的安全可靠运行具有十分重要的意义。

2变压器绝缘材料的化学组成及故障产生的原因

变压器通常由结构材料、导电材料、绝缘材料和导磁材料组成，不同类型的电力变压器其绝缘材料的组成也不同，例如油浸式变压器的绝缘材料由绝缘纸和绝缘油构成。在变压器的运行过程中，受

到各种因素的影响（例如环境、机械、电、热等），绝缘材料会逐渐劣化从而导致变压器故障，实践证明，变压器85%的故障因素都是由变压器绝缘系统引起的。

目前变压器中应用最广泛的是干式树脂变压器和油浸变压器，绝缘材料的性能决定了变压器的使用寿命，变压器绝缘系统产生故障的原因主要有以下几个方面：

1）变压器设计不合理，例如绝缘材料薄、油道窄，这样就会导致变压器投入不久就会产生故障；

2）变压器相间绝缘裕度不够，容易产生相间短路故障；

3）变压器内部的洁净度不高，金属杂质覆盖在变压器表面和变压器线圈之上，导致变压器运行过程中产生局部放电；

4）绝缘管、绝缘筒和绝缘板凳绝缘成型件在制造过程中受到污染，导致局部放电，降低了绝缘件的绝缘效果；

5）变压器油箱的密封效果不好，当水分进入变压器内部时，变压器的局部绝缘强度降低，从而导致线圈对油箱的击穿；

6）变压器长时间负荷运行导致变压器油老化。

无论是什么原因导致变压器过热故障、短路故障都会导致变压器发生事故，正常的维修管理和故障诊断，都会延长绝缘材料的使用寿命，从而减少变压器的故障率。

3油中溶解气体分析技术与故障诊断

3.1油纸绝缘材料分解产气的机理

变压器绝缘材料的老化机理分为又可分为绝缘油的老化和绝缘纸的老化。变压器中的绝缘油受到电场、温度、湿度以及金属等因素的影响，会发生碳化、氧化等反应，从而产生低分子烃类气体，这个过程称为绝缘油的劣化。在各种外界因素的影响下，绝缘油的劣化是一个非常复杂的过程，随着温度的升高劣化的速度也加快，同时金属杂质、水分、氧气等对劣化过程也起到加速作用。

变压器绝缘纸的老化是在化学、机械、热、电等众多因素的共同作用下，纤维素降解的过程，在此过程中有水解、热降解、氧化降解等反应。其中绝缘材料中水分的含量对绝缘纸水解的速度影响最大，同时一定的温度也起到催化剂的作用。

3.2故障诊断

目前变压器故障诊断的常用方法是油中溶解气体分析技术，该技术首先从取出变压器中的油作为样品，然后分离中油样中的溶解性气体，最后分析中溶解性气体的含量和成分。根据气体的含量和成分就可判断变压器是否存在故障和故障类型。

1）故障类型与油中气体含量的关系

变压器的故障类型可分为热性故障和电性故障，当变压器内部受潮时，潜伏性故障如何不能及时排除将会发展成为电性故障。热性故障是指有效热应力引发的变压器故障，热应力引发的绝缘油分解产生的气体82%以上都是ch4和c2h4，其余气体是co 和 co2。

电性故障是指在高压应力的作用下变压器的绝缘材料劣化，引

发电弧放电、火花放电和低能量局部放电等。电弧放电的发展速度快，该故障引发的油中气体特征是c2h2、h2、c2h4、ch4。火花放电的故障能量较小，油中气体的主要含量是c2h2。变压器的局部放电主要由金属部件接触不良，绝缘材料的某些部位存在尖角等引起，局部放电的气体特征主要是烃含量较低。

2）故障诊断步骤

利用油中溶解气体分析技术进行故障诊断，主要是为了全面掌握故障的原因、故障的类型，从而预测变压器的状态。因此变压器故障诊断步骤一般是从变压器中进行油样品的提取，分析油样品中的气体特征，判断变压器是否存在故障。如果根据分析判定变压器存在故障，则需要进一步判断故障的类型，了解故障的发展趋势，提出有效的解决方案。如果存在故障的变压器还需要继续运行，在运行期间则需要提供监视手段和安全措施，必要时要进行变压器的内部检修、限制负荷等。

3）故障诊断方法判断

目前对变压器的故障诊断可以依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中的规定进行，例如当变压器油样品中的h2高于150μl/l，c2h2超过5μl/l，总烃气体含量超过150μl/l时就证明变压器存在故障隐患，就要加强对变压器的故障跟踪分析。目前进行故障诊断的方法很多，常用的有三比值分析法、特征气体组分析法。

（1）三比值分析法。该方法的原理是变压器中的油在故障条件下分解产生的气体含量和温度之间存在紧密的依赖关系，把气体分析分组、编码，作为故障类型判断的依据；

（2）特征气体组分析法。从前面的分析可以得知，不同的故障类型产生的气体种类和含量不同，因此通过油中气体的含量和不同组成就可以判断故障类型，例如当存在固体绝缘故障时，co的气体含量会明显增加。当变压器的绝缘材料受潮时，氢气的气体含量就较高。

4 结论

由于变压器的内部绝缘是非常复杂的系统结构，变压器在运行的过程中，不同时间在相同部位受到的应力也会不同，因此变压器绝缘材料的老化很难用单一特征进行描述，在实际的故障诊断过程中，单一的故障诊断技术也不能解决所有的故障诊断任务，需要把各种不同的技术结合起来，从而提高故障诊断的正确率。本文仅仅介绍了变压器故障诊断的步骤和故障诊断方法的判断，对变压器的故障诊断研究还不完善，大量的后续研究工作有待继续。

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