电力变压器常见问题及其应用技术探索

陈举昆

摘要：近年来，随着大型变压器制造水平的不断提高，变压器的可靠性也越来越高，同时对电网运行单位的生产效率和经济效益的要求也不断提高。人们开始关注变压器状态的研究和应用。本文解析电力变压器故障检测存在的问题，探索相关技术的应用，同时给出安全运行变压器的几点建议。

关键词：电力变压器；在线检测技术；局部放电检测

中图分类号：TU99 文献标识码：A

引言

在电能的传输和配送过程中，电力变压器是能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路，是电网中最重要和最关键的设备。电力设备的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统，而电力变压器是这道防御系统中最关键的设备。变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，给社会造成巨大的经济损失。

一、电力变压器故障检测存在的问题

变压器的在线检测现正处于发展中，该领域内的科学研究和技术开发在国际上处于较为活跃的阶段。目前国内外在线检测用的相对较多的是单一参数的在线检测产品，而要反映变压器的运行状况，靠单一性能指标，都只能从某一侧面反映其运行状态，然而电力变压器故障诊断是个复杂的问题，需要综合在线的、离线的多种检测手段，而且变压器故障现象与故障原因之间存在着密切的联系，且是复杂模糊的，存在许多模糊性的概念难以直接由测量值判断变压器状态，在这种趋势下，变压器的故障诊断不应成为一个孤立的部分，而应当与电力系统的其他部分结合起来，实现数据的共享和服务。除此之外，目前的电力变压器故障检测还存在以下问题：

（1）测试精度及其稳定性校验是在线检测系统面临的一个重要技术问题。由于现场情况的复杂性，使监测结果无法进行校准，更难跟停电试验结果进行对比，而且由于其监测的实时连续性，所以干扰信号的准确判断成为影响监测结果的重要因素。

（2）传感器的特性是在线监测的关键。现在用量最大的传感器是罗可夫斯基线圈，为了追求小信号大灵敏度多采用软磁芯，其磁性易受外界条件（如温度、压力、冲击）的影响，甚至被测信号的大小不同也会影响传感器自身的角差。所以研制高精度、高稳定、零角差的传感器仍是一个重要的研究课题。

（3）干扰问题一直是影响在线检测系统安全可靠运行的重要因素。由于高压变电站复杂的电磁干扰环境，使微量信号的监测难度增加，同时偶然的强干扰信号（如雷电冲击、操作冲击）甚至会直接击毁在线监测的入口电子电路。因此，在这里防干扰具有两方面的含：一是采用滤波器排除干扰信号对监测信号的影响，二是设置灵敏的过电压防护器件，以及采取降低干扰电平的措施和方法。

(4) 积累运行经验，建立专家系统和报警值以及相应的监测标准。由于目前运行经验不足，所以往往使报警值无法确定，这正如预防性试验标准的制定一样，需要不断总结运行经验。专家系统的建立则要求进行大量的基础性研究工作，如绝缘老化规律的研究，以确定多种形式的绝缘特性参数的变化与残余击穿电压的关系等。

二、 变压器在线监测技术

变压器在线监测的目的，就是通过对变压器特征信号的采集和分析，判别出变压器的状态，以期检测出变压器的初期故障，并监测故障状态的发展趋势。目前，电力变压器的在线监测是国际上研究最多的对象之一，提出了很多不同的方法。

(1)油中溶解性气体分析技术。由于变压器内部不同的故障会产生不同的气体，因此通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比，就可达到对变压器绝缘诊断的目的。几种典型的油中溶解气体，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析的特征气体。在检测出各气体成分及含量后，用特征气体法或比值法等方法判断变压器的内部故障。

(2) 局部放电在线监测技术。变压器在内部出现故障或运行条件恶劣时，会由于局部场强过高而产生局部放电（PD）。PD水平及其增长速率的明显变化，能够指示变压器内部正在发生的变化或反映绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡等。

(3)振动分析法。振动分析法就是一种广泛用于监测这种变压器故障的有效方法。通过对变压器振动信号的监测和分析，从而达到对变压器状态监测的目的。

(4)红外测温技术。红外热像技术是利用红外探测器接受被测目标的红外辐射信号，经放大处理，转换成标准视频信号，然后通过电视屏或监视器显示红外热像图。当变压器引线接触不良、过负荷运行等情况时都会引起导电回路局部过热，铁芯多点接地也会引起铁芯过热。

(5)频率响应分析法。频率响应分析法是一种用于判断变压器绕组或引线结构是否偏移的有效方法。绕组机械位移会产生细微的电感或电容的改变，而频率响应法正是通过测量这种细微的改变来达到监测变压器绕组状态的目的。

(6)绕组温度指示。绕组温度指示器就是用于监测变压器绕组的温度，给出越限报警，并在需要时启动保护跳闸。目前已开发出一种用于大型变压器绕组温度监测的新技术，即将一条光纤嵌入变压器绕组以便直接测量绕组的实时温度，从而改进变压器的预测建模技术，并达到实时监测变压器绕组温度状态的目的。

(7)其他状态监测方法。低压脉冲响应测试（Low Voltage Impulse Response，LVIR）也是一种有效的变压器状态监测方法，并且已经是一种用于确定变压器是否能通过短路试验的公认方法。此外，绕组间的漏感测试、油的相对湿度测试、

绝缘电阻测试等也是变压器状态监测的常用方法。

三、电力变压器的局部放电检测的研究成果

（1）电力变压器检测方法解析。电力变压器在局部放电的过程中经常会伴随

着电磁外泄、绝缘的物质会分解产生气体、电极两端释放出脉冲电压等现象。根

据电力变压器在局部放电过程的现象，我们可以制定一些简单易行的检测法。比如脉冲电流检测方法和脉冲电压检测方法等。而脉冲电流检测方法是当前最经常、最普遍的检测办法。在电力变压器在进行试制实验，及出厂前实验或者现场工作环境的检测试验时经常使用脉冲电流检测方法

（2）变压器放电时位置判别分析。为了快速而准确的对电力变压器在局部放电时的位置进行判别，排除可能发生的故障，从而有效有力的保障电力系统平稳安全的运行，我们需要在出厂时对电力变压器可能发生局部放电的位置进行判别，进而有效的检测是电力电压器在发生故障时可能出现电力局部放电的位置处在什么地方。在对电力变压器局部放电的进行检测时，现在最为实用的有以下两种，一是：电气元器件定位方法和超声波反射障碍物检测方法。电气元器件定位方法可以分为极性检测法、电容改进后分量检测方法及其多位置进行检测方法等检测方法。而超声波反射障碍物检测定位方法又可以分为：声-声检测定位方法和电声转化检测方法。在目前的使用情况，声声转化的检测方法使用更为普遍些。相对于电器元器件检测方法超声波反射障碍物存在灵敏度低和测量准确性不好等缺陷

（3）电力变压器在放电时候进行防止电磁干扰和抑制电磁干扰的措施当测量环境中存在电磁干扰或者其他电器元器件的干扰时，工作人员在对电气变压器进行局部放电测量时，电力变压器的电测检测方法的灵敏度和准确性都会受到一定的影响，在有些情况下甚至有可能无法测到想要的结果，因而在测量时如果有效的对电力变压器进行抑制电磁波的干扰关系到后面测量过程的准确性。

四、对于变压器安全运行的几点建议

(1）变压器作为电力系统中的重要电气设备，设计、制造及运行各环节都应注意其安全性。其动、热稳定性的设计应充分考虑变压器是否并列运行，并列运行的台数，几侧有电源及电网中性点接地方式等要求。

（2）为了确保变压器运行中承受故障的热稳定性，制造厂应提供变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线，类似于发电机允许承受负序的A值要求。

（3）变压器保护的配置与整定时，应根据制造厂提供的变压器绕组流过故障电流大小与允许时间的关系曲线配置与之相适应的保护。

（4）变压器差动保护的范围应包括低压侧开关，使低压侧开关与TA间的故障不对变压器的热稳定构成威胁。

（5）变压器保护应尽可能实现微机化，可以有较多的过流保护段，使各侧的过流保护能有相对较快的延时段跳变压器各侧开关，特别是中、低压侧保护跳变压器各侧开关的保护段有利于变压器尽快脱离故障点。

五、结束语

要反映变压器的运行状况，靠单一性能指标，都只能从某一侧面反映其运行状态，我们需要电力变压器绝缘综合在线检测与故障诊断系统，力求通过多参数多方面综合反映设备运行状况，为检修策略的制定提供依据。对变压器进行综合在线检测，利用远程分析管理系统进行综合分析诊断，可以方便、有效、全面地反映运行中变压器的绝缘状况及发展趋势，及时发现变压器内部绝缘故障和缺陷，从而提高大型电力变压器安全运行水平和事故预知能力，有效预防事故，防止非计划停电和不必要的检修带来的重大损失，并可优化检修策略，提高维护检修的技术水平，带来可观经济效益。