变压器故障检测中电气试验的应用_李宝锋.pdf

电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|25科技前瞻变压器故障检测中电气试验的应用李宝锋，周义雄（通信作者），罗传胜（通信作者）广西电网有限责任公司南宁供电局，广西南宁，530023摘要：变压器故障检测处理成为保障电力系统正常运行的关键点，因此需要寻找一种更加科学有效的电气试验方案。本文立足电气试验技术，在了解变压器常见故障类型之后，介绍了不同电气试验技术的应用方法，最后根据某次变压器故障现象，进一步阐述了电气试验方法在检测变压器故障中的可行性。根据案例项目的实际情况可知，通过电气试验技术可以提升变压器故障检测质量，对于发现变压器潜在质量缺陷的意义重大，值得推广。关键词：电气试验；变压器；故障检测中图分类号:TM41文献标志码:ADOI:10.19772/ki.2096-4455.2023.1.006 0引言在当前电力系统中，变压器占据着重要位置，成为保证电网安全运行的关键。但是因为电网在运行过程中经常受到各种风险因素的影响，可能会导致变压器的运行条件改变，进而增加设备故障发生率，这已经成为不容忽视的问题。为了降低变压器故障对电网运行的影响，需要寻找一种科学有效的故障检测方法，而电气试验无疑是其中的重要组成部分，但是因为不同电气试验方法的操作存在明显不同，因此需要相关人员掌握电气试验技术的操作流程与操作方法，这也是本文研究的主要目的。1变压器故障分析目前常见的变压器故障主要分为以下几种类型。（1）分接开关故障。变压器分接开关的故障表现形式以灼伤以及熔化为主，而造成这一故障的原因主要包括：变压器连接螺丝松动；带负荷调整装置不良或者调整方式不恰当；存在分接头绝缘板绝缘效果差的问题；在生产过程中存在质量问题，包括接头焊锡不满而造成接触不良，或者弹簧压力不足而引起质量问题等1。（2）绕组故障。它表现为匝间短路或者相间接地、绕组接地等，造成此类故障的原因包括：在生产或者检修期间忽视了局部绝缘性能问题，而遗留质量缺陷；变压器在长时间运行时出现过载或者散热不良等情况，也可能是因为绕组内落入杂物而导致温度异常升高，加速了绝缘老化进程；制造工艺存在弊端，导致压制效果差，变压器的机械强度无法承受短路冲击而造成变形破坏。（3）套管故障。变压器的套管故障表现为漏油、闪络或者炸毁等，造成此类故障的原因包括：变压器自身存在质量问题，因为密封效果差而造成漏油；呼吸器配置不合理或者装置吸入水分后未得到及时处理；变压器高压侧使用电容套管，因为瓷质不达标而导致裂纹或者沙眼等故障；电容芯子自身存在问题，导致内部发生游离放电。作者简介：李宝锋，男，汉族，陕西宝鸡，本科，工程师，研究方向：系统运行、变电检修、变压器、高压断路器、变电智能运维。通信作者：周义雄，男，壮族，广西南宁，本科，助理工程师，研究方向：系统运行、变电检修、变压器、高压断路器、变电智能运维；罗传胜，男，汉，广西南宁，本科，高级工程师，研究方向：高压电气试验、变电智能运维。dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术26|（4）铁芯故障。造成变压器铁芯故障的原因包括：硅钢片的绝缘损坏而造成铁芯局部温度异常，严重情况下引发铁芯熔化；夹紧铁芯的穿心螺栓绝缘结构破坏，进而导致铁心硅钢片与螺栓之间接触而造成短路；因为装置内部残留少量焊渣，而导致铁芯两点接地；铁芯与绕组夹件因为漏磁等质量问题影响而导致温度异常，最终发展为绝缘损坏2。（5）瓦斯保护故障。造成瓦斯保护故障的原因可能包括：瓦斯保护动作的原因可能是冷却系统、滤油或者加油系统密封性差而导致空气进入并影响其性能；受到温度异常的影响，因为温度下降而导致油位缓慢下降，最终影响了变压器的性能；因为发生穿越性短路故障而造成瓦斯保护故障；因为保护装置二次回路故障所引起的故障。2电气试验在变压器故障检测中的应用2.1直流电阻试验技术在变压器故障检测中，直流电阻试验需要借助性能可靠的仪器实施检测，该技术的原理为：变压器的绕组不同，通过设置对应的直流电阻来检测变压器的运行数据差异。在具体操作中，应先闭合开关，维持绕组正常供电，而当直流电阻测试仪的运行状态良好且无异常数据时，则证明被测绕组的性能良好，无异常。在变压器故障分析中，直流电阻试验技术可以完成以下几方面检测。评估变压器有无接线问题。通过直流电阻试验技术可以判断变压器有无接线问题。例如，在试验中发现分接头电阻异常偏大，同时伴有三相不平衡等情况，需要检查分接头的清洁性，一般接头位置被污染则可能导致上述检测结果出现3。甚至在接头检查过程中可以直接排除因为清洁度问题而造成的缺陷，如接头连接效果差等。在评估焊接质量中的作用。焊接质量问题是变压器故障处理中较为常见的问题，在直流电阻试验中，若发现焊接位置的电阻值偏高，则可以认为绕组与引线位置存在质量缺陷，通过技术人员的排查即可有效清除故障。检查绕组引出线与导电杆接触性能。在直流电阻试验技术中，通过平衡电桥法可以检测绕组引出线与导电杆接触效果，例如在试验期间发现二者接触位置的电阻值异常，则可以判断变压器故障与二者连接位置的接触是否良好有关，进而快速排查故障。判断电流回路连接状况。当变压器的运行工况良好时，其内部电路可以正常地传递电流，但是在故障发生后会导致电流传递过程受到影响，所以可以借助直流电阻试验技术来检测回路电流的大小。在具体操作环节，可利用欧姆定律计算电流参数后，与正常工况下的变压器电流相对比，若对比结果显示二者的差值偏高，则证明变压器回路存在故障，技术人员根据该结果进行故障排查即可。评估三相电阻平衡性。有调查发现，随着变压器运行时间的增加，会增加三相电阻不平衡故障的发生率，这也是故障排查中不可忽视的问题，而通过直流电阻试验技术则可以发现三相电阻平衡性的潜在故障缺陷，具有可行性4。这是因为在直流电阻试验技术检测中，若检测发现实测电阻值与设计电阻值的差异明显，则可以认为存在三相电阻不平衡的问题，需要引起重视。2.2短路试验技术短路试验是检测变压器故障的有效方法，目前常见的检测方案分为两种。后短路法。该方法的关键是在变压器的低压侧施加励磁电压，该电压空载电压高于绕组额定电压（但是小于被试变压电器绕组额定值的1.15倍）。该方法通过模拟变压器运行过程中发生短路故障的情况，方便技术人员对变压器的性能做出评估。同时因为该方法使用预先磁化铁芯技术，因此可以降低励磁涌流现象对短路试验结果的干扰作用。先短路法。该方法就是先在变压器二次侧预先短路，之后在变压器一次侧施加变压器绕组额定电压。此时为避免因为铁芯饱和而影响最终检测结果，可以考虑将试验电压施加在远离 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|27科技前瞻铁芯的绕组上，将接近铁芯的绕组短路后，可以避免因为早期周波产生励磁电流并叠加在短路电流上而影响检测结果5。因此，在按照上述方法展开变压器短路试验之后，可以根据试验结果判断变压器的动稳定性与热稳定性，其中热稳定性可以通过计算验证，但是动稳定性需要充分结合短路试验结果。通过变压器短路故障试验，可以发现变压器绕组变形现象，受到短路电流的影响，可能会导致绝缘支撑件或者绕组的变形以及扭曲位移等，因此通过直接观察法就可以确定故障的存在。或者为了提升结果的精准度，相关人员也可以联合采用短路电抗法等技术。短路电抗法是在变压器短路试验前后均检测短路电抗值，根据电抗值之间的差异判断有无变形发生。2.3介质损失角正切tan试验技术在电压作用的影响下，电介质不可避免地会发生损耗，而一旦介质损耗超过界限值，则会导致电介质温度快速上升并加剧原材料的老化。并且当这个温度上升或者材料老化问题加剧，可能会造成电介质烧焦融化等问题，影响其绝缘性能而引发热击穿问题。因此在变压器故障处理中，电介质损耗大小成为不可忽视的影响因素。但是因为不同变压器的电压以及结构尺寸不同，单纯利用介质损耗来评估变压器性能是不科学的，所以当前学术界引入了介质损失角正切tan的概念，其计算公式为：介质损耗因数被测试品有功功率（P）被测试品的无功功率（Q）100%在变压器故障检测试验中，介质损耗因数只受到材料特性的影响，而体积、尺寸等因素对最终检测结果的影响被弱化，所以该方法可以用于评估变压器的性能指标，具有可行性6。在利用介质损失角正切tan试验判断变压器故障时，可以按照下列步骤进行试验。第一步，根据图纸连接线路，其中要重点关注电压电桥工作点等特殊部位的接地情况。第二步，测量前估算电容电流，再根据选择分流器位置。在试验中若不知被测试装置的电容值，可考虑在变压器高压线圈地端串联交流毫安表直接测量电流值，根据测试结果判断分流电阻的位置。第三步，将可调节电阻R3调整为零，将可调电容旋转至最小值，将检流计灵敏度调整至0的位置，并断开极性转换开关。第四步，接通检流计灯光源开关，检查狭窄光带在标尺上的数据，并借助调零旋钮将光带调节至0的位置。第五步，关闭低压电源，将电压提升至试验电压。第六步，将极性转换开关中的“+tan”标签转动至“接通”的位置，同时从零开始增加检流计灵敏度，直至光带放大至刻度值的1/3以上为止。第七步，调整检流计频率旋钮，确定谐振点参数后，使光带的宽度增加至最大值。第八步，调整可调节电阻R3，直至光带缩减至最窄值；当调整至最窄值时，可改为调整“tan”来进一步控制光带狭窄度；随着光带进一步狭窄，可考虑增加检流计灵敏度并反复调节tan值与R3值，直至检流计灵敏度被拓展至最大值，此时光带减至最低值（正常该参数不足4mm），此时达到了电桥平衡状态。工作人员记录R3与tan的数据后，将检流计灵敏度回旋为0。第九步，判断外部电磁场的影响，将极性开关旋转至“接通”以及“+tan”的位置，再重复上述操作直至电桥平衡状态，记录相关数据，再与“+tan”“接通”时的数据对比，二者差值越大，则证明干扰越强。最后计算介质损失角正切tan，计算方法如公式（1）所示：（1）在公式（1）中，tan1代表“接通”时“tan”的读数，单位为%；tan2代表“接通”时“tan”的读数，单位为%；C1代表“接通”时无损标准的电容值，单位“mF”；C2代表dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术28|“接通”时无损标准的电容值，单位“mF”。在数据计算中，当“tan”小于1.5%时，则证明变压器正常，反之则证明变压器存在质量问题。2.4绝缘电阻试验方法绝缘电阻试验被认为是变压器性能检测中的重点内容，该方法在评估变压器绝缘水平中表现出良好的灵敏度，与传统技术相比，通过该方法可以判断变压器导电部位是否存在影响绝缘的异物或者有无整体受潮、绝缘击穿以及热老化等缺陷7。在运用绝缘电阻试验方法时应注意以下内容。（1）在选择测量部位时应注意，当测量变压器为双绕组变压器时，应检测高压绕组对低压绕组及地，低压绕组对高压绕组及地，高、低绕组对地，共测量三次。针对三绕组变压器，需要进行共计七次测量，测量内容分别为：高压绕组对中与低压绕组与地，低压绕组对高、中压绕组及地，中压绕组对高、低压绕组及地，高、中压绕组对低压绕组及地，高、低压绕组对中压绕组及地，中、低压绕组对高压绕组及地，高、中、低压绕组对地。在测量过程中考虑到绕组间的电容重新充电过程存在差异可能会对测试结果产生影响，所以为了消除误差，要求在测量过程中严格按照顺序展开测量，这对提升检测结果精度的意义重大。（2）操作方法。在绝缘电阻试验操作中，应遵照以下操作方法。检查绝缘测定装置、兆欧表、测量线的绝缘情况，避免因为绝缘效果差而影响检测结果。其操作方法为：将兆欧表的接地端子与地线连接，另一端与测量端子连接，测线另一端算空，连接后启动绝缘测定器输出开关，此时绝缘电阻读数接近无限大，而瞬时短接电阻显示为0。将高中低绕组的端子用导线连接，在测量前可对被测绕组对地以及其余绕组放电。连接绝缘测定器开关，接通绕组绝缘电阻回路后，统计接通时间。当时间达到15s时即可记录电阻值，记为“R15”；达到60s时记录电阻值，记为“R60”；若在检测过程中需要采集极化指数，可将试验时长延长至10分钟，每一分钟记录一个数值。达到试验