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1、前 言电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务，对电力系统的安全稳定运行至关重要，尤其是大型电力变压器造价昂贵、运行责任重大，一旦变压器发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，要造成很大的经济损失，此外，发生故障后突然切除变压器也会对电力系统造成或大或小的扰动，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，因此必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。变压器是输配电系统中极其重要的电器设备，根据运行维护管理规定变压器必须定期进行检查，以便及时了解和掌握变压器的运行情况，及时采取有效措施，力争把故障消除在萌芽状态之中，从而
2、保障变压器的安全运行。现根据对变压器的运行、维护管理经验，分析总结变压器异常运行和常见故障如下:变压器短路故障原因分析及处理。油浸电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相问短路、绕组的线匝之间发生的匝问短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地（通过外壳)短路，引出线之间发生相问故障等而引起变压器内部故障或绕组变形等。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类。热故障通常为变压器内部局部过热、温度升
3、高。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。根据放电的能量密度不同，电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。由于变压器故障涉及面较广，具体类型的划分方式较多，如从回路划分主要有电路故障、磁路故障和油路故障。若从变压器的主体结构划分，可分为绕组故障、铁心故障、油质故障和附件故障。同时习惯上对变压器故障的类型一般是根据常见的故障易发区位划分，如绝缘故障、铁心故障、分接开关故障等。而对变压器本身影响最严重、目前发生机率最高的又是变压器出口短路故障，同时还存在变压器渗漏故障、油流带电故障、保护误动故障等等。所有这些不同类型的故障，有的可能反映的是热故
4、障，有的可能反映的是电故障，有的可能既反映过热故障同时又存在放电故障，而变压器渗漏故障在一般情况下可能不存在热或电故障的特征。因此，很难以某一范畴规范划分变压器故障的类型，本书采用了比较普遍和常见的变压器短路故障、放电故障、绝缘故障、铁心故障、分接开关故障、渗漏油气故障、油流带电故障、保护误动故障等八个方面，按各自故障的成因、影响、判断方法及应采取的相应技术措施等，分别进行描述。变压器是输配电系统中极其重要的电器设备，根据运行维护管理规定变压器必须定期进行检查，以便及时了解和掌握变压器的运行情况，及时采取有效措施，力争把故障消除在萌芽状态之中，从而保障变压器的安全运行。本文根据对变压器的运行、
5、维护管理的经验，分析并总结了变压器异常运行和常见故障。摘 要随着电力事业的飞速发展与社会对电力供应可靠性的要求的提高，保证供电质量是每个运行、检修人员应尽的义务。电力变压器是电力系统电网安全性运行的重要设备，是输变电系统的心脏。在变压器事故中，发生概率较高，对设备威胁较大的是变压器短路事故，特别是变压器低压侧发生短路故障，因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可能完全避免，且引发故障和事故又出于众多方面的原因。由于变压器长期在线运行，受外部热、电及其他因素影响，不可避免发生各种
6、故障。如外力的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中遗留的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化及预期寿命的影响，已成为发生故障的主要因素。在实际运行中，比较常见的故障形式是变压器套管和引出线上的相间短路及接地短路、绕组的匝问短路，而油箱内发生相间短路的情况比较少,同时，部分工作人员业务素质不高、技术水平不够或违章作业等，都会造成事故或导致事故的扩大，从而危及电力系统的安全运行。国内外的电力工作者对变压器故障诊断已经进行了许多卓有成效的研究，有的已经应用于实际工程中，有的尚处于实验室阶段，但是还存在一些问题尚待解决。近几年的研究
7、大多是通过各种智能算法来实现变压器的故障诊断，正确率较高，但仅仅是对变压器故障进行分类。虽然部分故障可以通过结合其他方法可以确定故障点位置，可大部分方法对故障点的定位仍然有所欠缺。如何有效的对变压器进行故障定位，是一个值得研究的方向。随着传感技术的发展,对变压器状态进行多方面监控成为可能。变压器故障诊断中另一个重要方面就是对故障的预测，目前公开发表的变压器故障预测方法，如回归分析法、时间序列分析法、灰色预测模型法、遗传算法预测等，其结果都不尽人意。如何利用传感器获得的数据对变压器未来运行状况进行有效预测，也是变压器故障诊断中有待解决的问题。【关键词】 变压器；电力设备；电力系统；故障诊断第 1
8、 章 绪言1.1 故障现象故障后现象为：变压器主保护动作、本体非电量保护动作，当故障非常严重时可大量喷油并起火燃烧。通常分为外部故障和内部故障。外部短路故障类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地、变压器中低压桩头至其相应的开关柜间的母线或电缆相间、相地间发生弧光短路、对应的开关柜母线及其出线至变压器 100M 范围内的短路。故障后现象为：套管、避雷器、互感器、过电压吸收器、开关、母线支柱绝缘子、架空线路绝缘子炸裂；电缆及电缆头起火；母线间有小动物或导电异物桥接，母线或带电体上有放弧痕迹等。内部短路其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的
9、接地故障等。1.2 危害辨识 故障造成电压波动或供电中断，使生产系统减量或停车，设备停运。特别是变压器低压出口短路时形成的故障一般要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此，尤应要引起足够的重视。1.3 工作原理1、短路电流引起绝缘过热故障原理变压器突发短路时，其高、低压绕组可能同时通过为额定值数十倍的短路电流，它将产生很大的热量，使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差，会使变压器绝缘材料严重受损，而形成变压器击穿及损毁事故。变压器的出口短路主要包括：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等几种类型。对 220kV 三绕组变压器而言，
10、高压对中、低压的短路阻抗一般在 10一 30之间，中压对低压的短路阻抗一般在 10以下，因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流致使变压器绝缘材料受热损坏。2、短路电动力引起绕组变形故障原理 变压器绕组在出口短路时，将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩，这种由电动力产生的机械应力，可能影响绕组匝间绝缘，对绕组的匝间绝缘造成损伤；而辐向电动力使绕组向外扩张，可能失去稳定性，造成相间绝缘损坏。电动力过大，严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。1.4 故障分析及定位1、分析继电保护装置动作情况，判断故障的类型和大致故障区域：a、内部故障：差动保护动作、轻重瓦斯动作、压力释放阀动作
11、或油流继电器动作；b、出口故障：差动保护动作；c、近区故障：后备保护动作。2、外观检查，根据继电保护动作情况，按大致故障分析现场察看定位：a、内部故障：变压器瓦斯内有气体，量较多且颜色不纯或变压器喷油。b、出口故障：变压器桩头至相应进线柜间套管、避雷器、支柱绝缘子闪络或炸裂，电缆冒烟或起火；c、近区故障：进线柜后开关柜爆炸，套管、避雷器、支柱绝缘子、线路绝缘子闪络或炸裂，电缆冒烟或起火。1.5 解决思路1、优化选型要求。选型应选用能顺利通过短路试验的变压器并合理确定变压器的容量，合理选择变压器的短路阻抗。2、优化运行条件。对变压器出线桩头要采取防护措施，要在变压器周围设置护栏或护网；要提高电力
12、线路的绝缘水平，特别是提高变压器出线一定距离的绝缘水平，同时提高线路安全走廊和安全距离要求的标准，降低近区故障影响和危害，包括重视电缆的安装检修质量；对重要变电站的中、低压母线，考虑全封闭，以防小动物侵害；提高对开关质量的要求，防止发生拒分等。3、优化运行方式。确定运行方式要核算短路电流，并限制短路电流的危害。采取装备用电源自投装置后开环运行，以减少短路时的电流和简化保护配置；对故障率高的非重要出线，可考虑退出重合闸保护；提高速切保护性能，压缩保护时间；220kV及以上电压等级的变压器尽量不直接带 l0kV 等级的电力负荷等。4、提高运行管理水平。首先要防止误操作造成的短路冲击；要加强变压器的
13、适时监测和检修，及时发现变压器的变形强度，保证变压器的安全运行，其次要强化积淀保护的管理和校验，防止保护定值不当和保护拒动。2 方案的检测国内外变压器在线监测的范围很广，主要包括：利用光纤传感器进行热点监测；油中可燃气体总量，可分析 H2、C H4、C 2H6、C 2H4、C 2H4、CO、CO 27种特征气体含量；局部放电，包括电局部放电、声音局部放电、超高频局部放电、静态局部放电；套管的功率因数和电容；冷却装置的功能(例如，风扇、油泵的转换状态等)；油中酸度、温度、湿度；负载电流；绝缘纸的迁移情况和湿度；绕组顶部和底部油温；介电和动力系统的缺陷；结构件的夹紧力；有载调压变压器(Oilloa
14、d tap changer，OLTC)的性能和缺陷，包括 OLTC 声音传播情况、OLTC 分接变换过程中的振动，在线监测 OLTC 电机驱动性能；铁心接地故障和绕组缺陷；储油柜的油位，通过安装传感器提供油渗漏信息；气体绝缘开关设备全封闭组合电器。目前，局部放电试验、油中溶解气体分析、绝缘油的特性试验等在变压器状态监测和故障诊断中得到广泛的应用和研究。2.1 物理参数监测1 红外热成像技术红外热成像技术的原理是自然界中高于绝对零度的物体时时刻刻都会发出红外线，且发出的红外线均带有物体的特征信息，可用于判别物体温度高低和温度分布情况。大部分电力设备在故障初期都会以局部温度异常表现出来。红外热成像
15、技术具有非接触性、响应快、操作方便、在线监测安全性高等优点，可以监测导电回路、绝缘介质和铁心等部位的异常，也可用于分析变压器油老化的特性；能够检测变压器多类热故障，如变压器内外导流回路热故障，缺油、油循环不畅、内绝缘故障、铁心损耗过大、涡流损耗增加、泄漏电流增大和电压分布异常等各种原因引起的热故障，分接头由于磨损导致的热故障等。应用红外热成像技术进行故障诊断的缺点是红外热诊断技术中的基础理论核心问题，导热反问题的研究仍无法满足红外热诊断的需求，针对内部缺陷的诊断还处于理论研究和实验室研究阶段。2 脉冲电流法脉冲电流法广泛应用于变压器型式试验、预防和交接试验、局部放电研究及在线监测等，是研究最早
16、、应用最广泛的一种测量方法，也是 IEC 标准中推荐的方法。当变压器内部发生局部放电时，在变压器中性点或外壳接地电缆处加装罗科夫斯基线圈就可以检测出电流脉冲，或用一个和变压器套管抽头相连接的检测器进行检测，理论上能测量小至几皮库的局部放电，但是易受外部干扰。所以对变压器进行局部放电在线监测的关键是抑制现场干扰，比较常见的是脉冲鉴别法，其原理是利用脉冲鉴别电路，使出现局部放电时高频脉冲电流在不同的检测阻抗上产生相反的极性，而外来的干扰信号则在其上产生相同的极性，从而鉴别不同类型的信号。也有采用选频法消除外界干扰，即在信号采集系统中加人选频滤波器。3 超声检测与定位技术超声检测定位的原理是： 当变压器内部发生局部放电时，由于电场力的作用，绝缘缺陷部分产生的气泡发生膨胀或收缩，引起局部体积变化，这种体积变化会发出超声波，超声波在不同介质中传播速度不同，通过测量超声波传播的时延时间，经过定位算法就能够确定局部放电源的位置。该方法主要应用于变压器局部放电检测，具有非接触性、受电气干扰少等特点。变压器在线运行时，此方法更具优势
