电力系统常用变压器故障检测方法

于鸿洁

摘 要：北京电网近年的运行经验表明，严重的变压器事故往往造成用户的大面积停电、设备的严重损坏，其造成的直接经济损失往往达数百万元甚至数千万元，间接经济损失更是不可估量。因而，保证变压器的安全可靠运行将直接影响电网安全，对国民经济的发展具有重要意义。该文通过对北京市电力公司多年运行经验及具有代表性的变压器故障检测方法进行了详细的分析，提出了变压器故障诊断的常用方法及标准，并根据变压器的常见故障及常见事故，提出了对应的故障检测方法。

关键词：电力系统 变压器故障 检测方法 电气试验

中图分类号：TN14 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0070-02

1 电气试验

1.1 绝缘类试验

变压器绝缘类试验项目主要包括绕组绝缘、铁心绝缘、直流泄漏、绕组及套管介损、工频耐压、感应耐压、局部放电试验。

绕组绝缘电阻试验，是用兆欧表摇测各绕组间、绕组对地之间的绝缘电阻值，分别记录15S、60S、600S（需测极化指数时）绝缘电阻值，并计算吸收比、极化指数；根据绝缘电阻值与历次试验值、出厂值的比较，判断变压器整体绝缘变化情况；通过该试验可以发现变压器整体受潮缺陷及绝缘老化状况，但对变压器局部绝缘缺陷的诊断没有太大意义。绕组直流泄漏电流的测试工作与绕组绝缘电阻试验的原理基本一致，只是提高了试验电压，对检查套管等外绝缘状况具有一定作用。绕组介损试验可对变压器整体绝缘缺陷的发现比较有效，同时，对贯穿性局部缺陷也比较灵敏。套管介损试验的主要目的是检查套管的绝缘状况。

工频耐压、感应耐压均属于考核变压器绝缘水平的试验，工频耐压主要考核变压器主绝缘水平（即变压器绕组线端对地、绕组间）的试验方法；而感应耐压试验主要考核变压器线圈匝间绝缘水平，同时，对于分级绝缘变压器，该试验同样可考核变压器线端对地及不同绕组之间的绝缘水平。工频耐压、感应耐压试验属于破坏性试验，一般仅在变压器出厂、安装或大修后进行，对于运行中变压器，很少使用该手段对变压器绝缘状况进行检测。

变压器局部放电试验在国外是20世纪60年代才开始进行研究的一种试验方法，国内对该项试验的研究起步较晚，变压器厂家对该试验的研究、实施开始于20世纪80年代，应用于现场起步于80年代中期，而真正推广使用是在20世纪90年代。现在，变压器局部放电试验已成为考核变压器制造、安装、大修水平的一项重要指标，因而，现在所有电力公司在220 kV及以上变压器在安装、大修后均要求进行该试验。同样，当怀疑运行的变压器存在放电性缺陷时，可通过该项试验检测其放电水平，在进行该项试验同时配合进行局部放电定位工作。目前，局部放电定位技术主要是通过超声波技术、结合放电的电信号进行的，国内各知名研究机构、大专院校对此技术都有深入研究，但到目前为止，尚没有技术完全过硬的产品，原因在于定位的结果往往与变压器结构有很大关系；国外，类似的技术、设备也很多，瑞典ABB公司制造过超声波定位设备，其定位精度较高，但该设备只提供给ABB自己的变压器制造工厂使用。北京市电力公司曾邀请ABB在中国的合资企业合肥ABB公司在现场对变压器局部放电进行定位，效果较好。

1.2 变压器特性试验

变压器特性试验主要包括变压器直流电阻、匝数比（变比）、变压器空载、负载试验。

变压器直流电阻试验主要是检查变压器导电回路是否存在缺陷，它特别对变压器线圈接头、变压器开关触头接触情况等的检查具有较好效果。根据北京市电力公司近几年的工作经验，国家标准等一些行业标准对于变压器直流电阻的要求偏松，不利于对缺陷的早期诊断。直流电阻试验已成为变压器检测的一种常用，同时也是非常重要的一个手段。

测量匝数比的目的是（1）检查绕组匝数是否正确；（2）检查分接开关状况；（3）检查绕组有无匝间金属性短路，匝数比主要用于大修、安装后的检测中。

变压器空载、负载试验主要是测试变压器的空载、负载参数，因而该试验主要作为出厂试验项目，一般在现场不进行该试验；但在怀疑铁心故障或绕组匝间故障或绕组存在变形时，可进行该项试验。

2 油务化验

油务化验目前主要包括油质化验、油中气体色谱分析，油质化验主要是化验油的电气、物理性能，如击穿电压、含水量、酸值、PH值、闪点、介损、界面张力等项目，这些项目对检测油的电气性能具有重要意义，因此，油质化验是变压器预防性检测的重要项目。

绝缘油在热和电的作用下，分解出氢气、一氧化碳、二氧化碳、以及多种小分子烃类气体，设备内部故障的类型及严重程度与这些气体分子的组成及产气速率有着密切关系。目前油中气体色谱分析就是利用这一关系判断设备内部故障和监视设备的运行，已成为充油电气设备安全运行不可缺少的手段。

3 变压器频率响应试验

变压器频率响应试验主要是测试变压器绕组变形情况，该方法的研究开始于20世纪90年代，华北电力研究院在华北地区较早推出了这一方法，北京市电力公司在变压器频率响应试验方面开展了大量工作，积累了判断试验结果的一些方法。该试验主要是对变压器线圈在10 kHz～1000 kHz的频率范围内施加正弦电压信号，测量绕组在各频率下的响应，由计算机绘制成绕组的频率响应曲线（以下简称频响曲线）。比较同电压等级的不同相间、或者同绕组历次的频响曲线，可以定性地判断变压器绕组的变形状况。

现在，该试验已成为众多电力公司在变压器遭受短路冲击或过电压冲击后判断变压器健康状况的一个重要手段。根据变压器绕组的分布参数电路分析，变压器在高频激励下，其固有频率很丰富，不容易确定，所以国内学术界对变压器绕组变形试验技术在认识方面还存在分歧。但是变压器在制造完毕以后，如果绕组未发生变形，其在高频信号激励下的转移参数是不会改变的（该测量系统采用的是电压转移比）。根据我们191台变压器绕组变形试验的结果分析，确信这项技术基本能够满足运行单位对绕组变形分析的要求：它对变形的反应程度既不过分敏感，又能明确地体现出绕组的明显变形。比较困难的是如何正确地试验和分析。北京市电力公司使用的是由华北电科院研制的FRA-1型绕组变形仪器。现场试验时测试系统所受的干扰因素难以把握、试验时间比较紧张、绕组变形的具体情况也相当复杂，所以试验和分析判断很不容易。endprint

目前，变压器绕组变形试验多用于研究单位，大量采用这项技术，该局是国内进行最早、试验次数最多和经验较为丰富的生产运行单位之一，现就该研究者理解的变形试验的用途进行例证。

（1）发现变压器变形，并指导检修。

例1，原田村1#变变压器型式：SFSZ9-50000/110；额定电压110/36.6/10.5 kV；阻抗电压：（高-中）9.95%；（高-低）17.9%；（中-低）6.89%，由沈阳变压器厂制造，1997年10月出厂；1998年11月投运。

2002年1月6日110 kV田村变电站35 kV出线田水-32线路电缆终端三相短路，造成该变电站101、301、201开关掉闸，1#变压器停运。修试处对1#主变做绝缘试验、油色谱分析化验均未发现问题，但是通过线圈变形试验发现中压线圈及低压线圈有较严重的变形。1月21日变压器经过短时间的运行后退出，2月6日该变压器在修试处吊罩解体检查时发现中压Am相、Bm相线圈各有两处沿整个线圈的高度发生严重的径向凸起变形，低压a相、b相线圈也受中压线圈挤压造成轻微变形，变形线圈上端部层压木板开裂起层。

例2，特钢变电站110 kV原1#变压器，长春变压器厂92年产品，型号SFS7-50000/110，97年10月35 kV侧出口短路、长时间过流（约1 min）后试验表明35 kV侧绕组Bm相严重变形，相间差分别为：Ea-b=6.2，Eb-c=5.9，Ea-c=3.4。吊罩发现中压三相线圈尤其是Bm相严重烧损。返厂大修换线圈后中压侧恢复正常，结果分别为：Ea-b=1.7，Eb-c=1.4，Ea-c=2.5。

例3，北土城变电站110 kV原1#变压器，瑞典89年产品，型号TORF183-108-165，98年7月低压侧因10kV出线某开关柜爆炸，引起出口短路。变形试验表明低压三相线圈发生明显变形，结果分别为：Eab-bc=5.7，Eab-ac=4.4，Ebc-ac=5.2。返厂大修时发现高压三相调压线圈已经脱落，低压三相绕组完全变形。

（2）现轻微变形后，可通过变压器运行方式的改变，使其安全地暂时运行。

特钢南站110 kV原2#变压器，沈阳变压器厂87年产品，型号SFS-31500/110，97年10月准备投运以前试验，发现三侧绕组以A相线圈（尤其是中压侧）为中心发生变形，中压侧频响曲线相间差分别为：Ea-b=7.0，Eb-c=3.2，Ea-c=7.0。现在中压侧未带负荷运行，等合适机会检修。

（3）特殊情况下需紧急决策时，通过变形试验分析绕组状况，有很大作用。

突发事故后和多年恶劣环境下运行的变压器绕组是否基本无变形，在运行单位的决策中很重要。吕村站原2#变压器、怀柔站原1#变压器（均为220kV等级），先后在运行中发生罕见的套管爆炸事故，最后就是根据绕组未发生变形和局部放电合格这两个主要技术指标，决定立即投运的。

（4）不同厂家、型号和电压等级的变压器变形试验结果进行比较和归纳，

通过比较和归纳，一定程度上可以发现变压器绕组的结构是否稳定，从而对变压器的质量进行评价。例如某些变压器厂家的所有产品变形曲线相间吻合性一直很好；而某些变压器厂家相对就差一些。这个结论基本符合大家对这些厂家产品的一贯评价。

4 在线检测

上面所述电气试验、油务化验均为离线、周期性的检测项目，不能及时发现设备缺陷；在线检测的目的主要就是为了达到对设备的实时检测。就北京市电力公司在线检测应用的现状来看，在线检测技术在近年虽有所发展，但还不能满足实用的水平，故在此不加详述。

综上所述，加强变压器故障的检测对保证变压器的安全运行具有重要意义，虽然现有的检测手段不能对所有的故障都有效，但只要充分运用这些手段仍能够发现大部分的潜伏性故障。对于突发性缺陷及外部事故造成变压器故障，关键在于应用合适的检测手段，能够及时判明变压器故障受损情况，为变压器及时修复提供依据。通过该文的论述，我们可以得出以下结论。

（1）变压器检测数据出现异常时，对异常数据应仔细分析，不应只考虑按规程是否超标，以免丧失及时发现变压器潜伏性故障的机会。

（2）对变压器的检测应打破专业界限，综合分析各类检测手段得来的数据。

（3）该文提出的几项分析手段对于分析变压器在故障后、事故后的受损情况具有实用价值，各项手段要综合起来使用，方能得出正确的结论。

随着技术的发展，变压器检测手段不断增加，今后，对于变压器故障的检测必然会朝着在线检测的方向发展，作为变压器运行维护部门应加大在线检测技术的研究及现场使用的投入。

参考文献

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[2] 王越朋，王朋，杨莹.变压器故障诊断与维修[M].化学工业出版社，2008.

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