变压器状态评估及故障诊断方法陈建伟

变压器状态评估及故障诊断方法陈建伟

陈建伟

（国网山东兰陵供电公司山东省临沂市277700）

摘要：变压器是电力系统中的重要设备，也是故障发生较高的的电力设备，因此其运行状态的好坏是决定电网运行的基础。做好变压器的运行状态的检测，发现故障及时排查，是电力维修领域的重要工作内容。本文围绕变压器故障及其检测、维修方式展开探讨，期望对于电网运行具有实用价值。

关键词：变压器；状态评估；故障诊断

引言

电力变压器作为企业变电站中的核心设备，其运行状态既直接影响整个变配电系统的安全性与稳定性，也关系到企业运行成本。因此，随着电力变压器使用年限的增加和实际负荷的变化，持续跟踪变压器状态，及时开展预防性评估工作，对确保供配电系统可靠性、降低企业用电风险、提升运行经济效益、规范电力设备管理都具有重要意义。

1评估主要内容及结论

1.1变压器绝缘性能

预防性电气试验报告显示，近三年两台变压器的绝缘电阻R60均为10000Ω，交流耐压均合格，绕组直流泄漏电流与前一次测试结果相比也无明显变化。但1#、2#主变高压-低压及地的介质损角均呈现增长的趋势；2#主变低压-高压及地的介质损角波动较大，明显异于正常情况，其原因可能是油中含水量增加，导致变压器整体受潮，固体材料老化且有加深的趋势。

1.2变压器绕组回路性能

经计算，1#主变高、低压侧，在相同电压下，直流电阻值呈逐年上升趋势，相邻年份差值在增大且差值已超出2%（规定值）。2#主变高压侧，在相同电压下，A、B、C三相的直流电阻相差也较大。故变压器可能已经发生绕组出现断股、分接开关接触状态不良、导线接头接触不良等故障，导致绕组直流电阻出现不平衡。

综合以上分析，1#、2#主变已出现不同程度的绝缘老化。随着固体绝缘老化程度的加深，绝缘的机械强度下降，变压器绕组抵抗短路大电流冲击的能力也会降低，从而影响变压器的运行可靠性。

1.3变压器运行负载数据分析

近三年，两台主变最高负荷率呈下降趋势，且基本上维持在50%-70%之间。从电力系统运行可靠性来看，由于系统为四分段结线，当一台变压器检修或故障退出时，另一台变压器需承担全部四分之三的负荷，剩余的四分之一通过联络线由其它站承担。参照当年2台变压器的最高月负载率53.33%及58.89%，另一台变压器将单独承受84.17%的负载运行；参照三年平均最高月负载率58.14%、59.63%，另一台变压器将单独承受88.33%的负载，考虑10%的安全裕度，满足供电系统N-1的原则。

1.4经济及社会效益分析

两台Sz7-10.0MVA油浸式主变已进入维修期，每两年小修一次约需6万元，每五年大修一次约需12.8万元，运行成本较高。根据变压器的运行损耗公式

（其中P0：变压器空载损耗，PK：变压器负载损耗，I0：空载电流，UK：短路阻抗，SN：额定容量，k：无功经济当量取0.05，ρ：负载率，平均为40%），如果换成干式变压器SCZ10-10.0MVA，可得损耗功率差值ΔP=6.328kW，损耗电量差值：6.328（kW）*24（h）*365（天）=55433.28kWh。原变压器P0=14.5kW，PK=56.2kW，I0=1.1%，UK=7.5%，SN=10000kVA；干式SCZ10-10.0MVA变压器参数：P0=12.96kW，PK=48.52kW，I0=0.4%，UK=7.5%，SN=10000kVA。按平均电价0.85元/kWh计算，两台变压器年均节约电费55433.28*2*0.85=94236.576元。若按平均寿命30年计算，可节约电费近300万，且干式变压器具有低噪、防火、抗突发短路能力强、运行维护费用较低等特点。故从长远效益出发，用节能干式变压器替换高能耗Sz7油浸式变压器，有较大现实意义。

2变压器故障诊断

2.1油浸式变压器的故障

可以分为主体结构的故障（绕组、铁芯、油质、附件）、回路故障（电路、磁路、油路）等。其中铁芯、分接开关、绕组等故障属于一般常见故障。变压器的内部故障还可以按照出现的原因分为电气回路缺陷，绝缘损伤等潜伏性故障。变压器的最危险，故障率也最高的当属变压器的出口短路的故障，一旦发生会出现变压器的渗漏、保护误动等。

2.2出口短路故障

其位于变压器的出口部位，受到短路故障的影响，变压器的热量导致绝缘的发热损害。受到短路冲击的时候，由于电流过小，保护技术动作带来了绕组的变形，变压器如果继续运行，就会发生故障和事故。

2.3绕组故障

其位于变压器的核心部位，变压器的输入和输出，带来了电气回路的故障模式，如绝缘老化、绕组受潮，短路、短路的情况发生，绕组的松动和变形发生，相间的变形短路情况的发生等等。变压器的绕组发生了松动和变形，导致了绝缘在损伤的情况下，虽然还能够运行，但是实质上却已经出现出现了内部的损伤，导线被损伤，抗短路的冲击能力被降低。

2.4铁芯的故障

主要是铁芯的质量的问题造成的。故障的模式包括铁芯的多点接地，接地不良、芯片的短路等等，故障发生的原因主要是由于铁质的夹件发生了松动，铁芯被碰接，出现了松动后，接地不良，绝缘老化，安装不正等，最终导致铁芯发热，损伤增大。铁芯故障以短路和多点接地为主，在多点接地中，铁芯的局部会发热，过热导致了铁芯接地引线的烧断，强磁场中形成的涡流使得铁芯的局部过热，呈现介质损坏和超标的情况，局部的过热烧坏了铁芯的绝缘，出现铁芯的故障。

3变压器故障维修

3.1油浸式变压器故障诊断方法

由于气体的产气速率较为重要，在故障开始的时候往往以低能量的潜伏性开始，但是如果总量超过注意值，则会考虑使用产气的速率进行故障的判断。另外还有故障的消耗能量、故障部位以及故障点的温度，同时分析故障的部位以及故障的温度等。

3.2IEC三比值法

针对气体中的溶解度和扩散系数进行相近的气体组成系数相近的气体，组成三对比值，不同的编码可以显示为不同的故障类型，经过改良后的三比值法进行溶解的气体分析和判断。

三比值法设施对变压器的故障进行判断的较为简单方便的方法，目前被广泛使用，但是也有不足，就是达到各组分进行有理由判断的话，会存在故障的问题，但是如果停气后，成分的比值会发生变化，不宜使用三比值法。另外由于故障本身存在模糊性，因此在不同程度上进行多种故障状态的显示，容易引起误判。

3.3基于贝叶斯决策树对变压器故障进行诊断的方法

利用该方法进行变压器的状态的评估，会发现变压器存在的隐患往往可以作为变压器故障诊断分析的依据。例如变压器油中的组分含量以及高度非线性的映射关系，可以通过模型算法的数据样本的建立来进行变压器的故障诊断过程。根据监测的数据进行在线或者离线的历史数据以及背景资料的计算，应用人工智能算法，将故障的性质、程度以及类别加以分析，得到明确的故障原因和系统关系，为运行人员提出维修计划提供参考。

结语

变压器状态评估是一项长期、动态的工作，要形成一套较完整的评估机制，从电气试验、运行情况、经济性不同角度进行分析评估，今后在诊断的准确度的提高，故障信息的获取方面，还需进一步的研究和完善。

参考文献：

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