变压器运行故障排查在电气设备安全运行中的重要性

变压器运行故障排查在电气设备安全运行中的重要性

王海

黄河大通发电有限责任公司，青海西宁，810100

摘要：在现代工业和生活中，电力系统扮演着至关重要的角色，而变压器作为电力系统的核心元件，其稳定运行对电气设备的安全至关重要。然而，变压器在长时间、高强度的运行中，难免会出现各种故障。因此，深入理解变压器运行故障排查在电气设备安全运行中的重要性，对于预防事故、保障电力系统的稳定运行具有极高的实践价值。

关键词：变压器；运行故障排查；电气设备安全；重要性

一、引言

随着社会经济的飞速发展，电力系统的安全稳定运行已经成为保障社会正常运行和民众生活品质的关键因素。在这庞大的电力网络中，变压器作为电力系统的核心组件，其运行的稳定性直接影响到整个电力系统的性能和效率。然而，变压器在长期高负荷的运行环境下，不可避免地会出现各种故障，这些故障可能引发局部乃至整个电力系统的波动，甚至会导致大面积停电，造成严重的经济和社会影响。本文旨在深入探讨变压器运行故障排查在电气设备安全运行中的关键作用，从理论到实践，从故障类型到排查方法，再到预防措施，全方位剖析这一问题。我们将剖析变压器在电气设备中扮演的角色，分析其运行故障可能带来的后果，以及如何通过科学的故障排查方法，来确保电力系统的高效与稳定。此外，我们还将关注技术进步对故障排查的影响，展示如何利用现代科技手段提升故障预测和处理能力。

二、电气设备中的变压器作用

变压器，作为电力系统中至关重要的设备，其作用体现在从发电厂到用户的电能传输过程中，扮演着电能分配和电压等级转换的双重角色。电力系统通常包含多个电压等级，以适应不同距离和功率需求的输电需求。变压器通过升高电压在长距离输电线路上减少电能损失，然后在目的地通过降低电压将电能供给用户，这种电压等级的转换是电力系统中不可或缺的一环。

在电气设备中，变压器的主要作用可以归纳为以下几点：

1.电压变换：电力系统中，发电厂通常在高电压下运行以降低电能损失，而用户侧则需要在较低的电压下使用电能。变压器通过初级线圈和次级线圈之间的电磁感应原理，将高电压转换为低电压，或反之亦然，以满足不同场景的电压需求。

2.电流变换：变压器不仅改变电压，同时也根据电压比改变电流。当电压升高时，电流降低，反之亦然。这一特性使得电力系统能够实现大功率的电能传输，同时保护用户设备免受高电流的损害。

3.隔离：变压器还提供了一种电气隔离，有助于减少电能传输过程中的短路风险，提高系统的安全性。

4.频率保持：尽管电力系统中各类设备的运行频率保持一致（在大部分国家为50赫兹或60赫兹），变压器在变换电压时并不改变交流电的频率，确保了电能质量的稳定。

5.保护和控制：变压器还常常配备有保护设备，如过载保护、短路保护和温度保护等，以防止故障发生，保障系统安全。同时，它们还可以配合调压器实现对电压的精确控制，确保电力系统的稳定运行。

因此，变压器在电气设备中的作用不仅仅是物理上的电压和电流变换，还包括系统稳定、安全运行的保障，以及对电能质量的维护。深入了解变压器的运行原理和故障排查方法，对于电力系统的整体稳定和供电质量的提升至关重要。随着电力需求的不断增长，优化变压器的设计、使用和维护策略，将是提高电力系统性能和效率的关键所在。

三、变压器运行故障的分类

变压器运行故障的分类主要依据故障的性质、发生位置和影响程度。这些故障可能源自内部缺陷、外部因素、操作不当或维护不足。了解这些分类有助于快速识别问题，采取相应的维修策略。以下是几种常见的变压器运行故障类型：

1.绝缘故障

绝缘故障是变压器中最常见的问题，它可能涉及绕组绝缘、油纸绝缘或套管绝缘。过热、水分侵入、局部放电和老化都可能导致绝缘材料性能下降，造成短路或接地故障。例如，如果变压器油受潮，其击穿电压会显著降低，引发内部短路。

2.油路故障

变压器的油路系统包括油箱、油枕、冷却器和油泵等。油路故障可能由于油位异常（过高或过低）、油质劣化、油路堵塞或渗漏油引起。渗漏可能导致油位下降，影响冷却效果，而油质劣化则会降低绝缘性能[1]。

3.热故障

变压器过热是另一个常见的故障原因，可能是由于过载、短路、冷却系统失效或绕组故障导致的。长时间的过热可能导致绝缘材料老化、变压器油分解，严重时甚至会引起火灾。

4.机械故障

机械故障通常与变压器的运动部件有关，如轴承故障、冷却风扇停转或振动过大。这些问题可能引发噪声、振动加剧，甚至导致局部过热或机械损坏。

5.电气故障

电气故障涉及诸如绕组故障、分接开关问题或接地故障。绕组故障可能是由于短路、过电压或长期过载造成的。分接开关问题通常由于接触不良、磨损或切换机构故障引起。

6.气体故障

变压器内部的气体故障通常指气体继电器动作，这可能是由于内部局部放电、过热或短路产生的气体积聚。气体分析可以进一步鉴别故障类型，例如，氢气和乙炔的增加可能指示绕组过热或电弧放电。

7.运行参数异常

变压器的运行参数，如电压、电流、温度和油位，若出现异常，可能是内部故障的早期预警。例如，油温异常升高可能预示着内部过热，而油色谱分析中出现异常的气体成分则可能揭示潜在的绝缘故障。

故障的早期识别和及时处理对于防止故障扩大至关重要。通过定期的在线监测、油样分析和例行检查，工作人员可以尽早发现这些故障迹象，从而采取预防性维护措施，避免突发的设备停运。现代技术如智能传感器、在线诊断系统和大数据分析在故障分类和预警中发挥着重要作用，使得故障排查更加精确和高效。

四、排查变压器运行故障的方法

排查变压器运行故障的方法是确保电力系统稳定的关键环节。这些方法涵盖了从常规的视觉检查、听觉检测到现代的在线监测系统，以及实验室分析等多种手段，以尽早识别并解决潜在的问题。下面我们将详细介绍一些主要的故障排查方法。

1.视觉检查：这是最基础的检查方法，通过直接观察变压器的外观，检查是否有油位异常、外部损伤、过热痕迹或异常振动。例如，油位过高或过低可能是由于渗漏或冷却系统故障；外部锈蚀或损坏可能提示存在机械或电气故障[2]。

2.听觉检测：专业的技术人员可以通过听变压器在运行时的声音，来判断其运行状态。正常的变压器运行声音平稳，如果出现异常的嗡嗡声、敲击声或爆裂声，可能暗示内部存在故障，如局部放电或绕组松动。

3.振动与温度监测：安装在变压器上的振动和温度传感器可以实时监测设备的运行状态。振动异常通常是机械故障的征兆，而持续的温度升高可能预示过热或内部故障。

4.油样分析：定期抽取变压器油样进行实验室分析，可以检测油中溶解气体（如氢气、一氧化碳和乙炔）的浓度，以判断是否存在局部放电、过热或油质劣化等潜在故障。

5.超声波检测：利用超声波技术可以检测绕组、绝缘层或变压器内部其他组件的异常。过大的超声波信号可能指示存在局部放电、裂纹或松动现象。

6.红外热像仪检查：通过红外热像仪，可以快速发现设备的热分布不均，帮助定位过热区域，这往往是绝缘故障、过载或冷却系统问题的早期迹象。

7.频率域分析：通过分析变压器的振动信号，可以获取设备内部结构的健康状态信息，帮助识别潜在的机械问题。

8.油纸绝缘纸试验：对变压器的绝缘纸进行实验室测试，可以评估其老化程度和性能，预测可能的绝缘故障。

9.在线监测系统：现代电力系统常配备在线监测系统，如变压器油色谱在线监测、局部放电监测等，实时监控设备状态，提供故障预警。

10.智能诊断系统：结合大数据分析和人工智能技术，可以从大量实时数据中提取模式，预测故障，甚至在故障发生前进行早期干预。

11.声发射技术：通过监听设备内部的声发射信号，可以识别潜在的机械故障，如松动的螺栓或疲劳的零件[3]。

每种方法都有其适用范围和局限性，因此，综合运用多种排查手段，结合设备历史数据和现场情况，是确保准确诊断和及时处理故障的关键。同时，借助现代科技，如物联网、云计算和人工智能，故障排查正变得更为智能化和精确，这将有助于电力系统管理更加高效，降低故障带来的潜在风险。

五、预防措施

在电力系统中，预防永远优于治疗。变压器的故障排查虽然重要，但更有效的策略是采取预防措施，以减少故障发生的可能性。这包括定期维护、技术升级、严格的质量控制和持续的员工培训。通过这些手段，可以确保变压器的稳定运行，从而降低故障对电力系统的影响。

1. 定期维护是预防变压器故障的关键。这包括定期的油样分析、电气参数检测、机械部件检查，以及对冷却系统的维护。油样分析可以检测油质变化，预防油路故障和绝缘问题；电气参数检测可以及时发现过载、短路等电气故障的早期迹象；机械部件检查则能确保轴承、风扇等组件的正常运行，防止振动和机械故障；冷却系统的维护则能保证油温控制在合适范围内，防止过热。

2.技术升级是提高变压器可靠性的另一重要手段。采用先进的材料和制造技术，如改进的绝缘材料、更高效的冷却设计，以及更稳定的绕组结构，都可显著降低故障发生的概率。同时，安装智能传感器和在线监测系统，能够实时监控设备状态，提供早期预警，使得维护团队能在故障恶化前采取行动。

3.质量控制在整个设备生命周期中都至关重要。从设备的设计、制造、安装，到运行和维护阶段，都需要严格的质量管理体系。对于新设备，应进行详尽的出厂检验，确保所有组件符合设计规格；在安装环节，确保正确安装和连接，防止因人为错误导致的故障；而在运行阶段，定期的第三方检验和设备性能评估，能确保设备始终处于良好状态。

4.员工培训则是预防故障的长期投资。通过持续的专业培训，提升工作人员的技术水平和故障处理能力，确保他们能正确地执行维护程序，正确解读监测数据，及时识别并解决问题。定期的应急演练也能帮助员工在故障发生时迅速做出反应，减少故障造成的损失。

5.制定合理的操作规程和维护计划，对预防故障至关重要。设备的运行参数应根据实际工况调整，并遵循制造商的建议。避免设备长时间超负荷运行，定期进行负载测试，确保设备在设计范围内工作。同时，通过预防性维护计划，避免故障累积，将维护工作纳入日常管理，而非等到问题出现才进行

[4]。

6.在技术发展日新月异的今天，持续关注行业动态，引入最新的故障预防和诊断技术，也是必不可少的。例如，大数据分析和人工智能能帮助预测设备的故障趋势，实现预测性维护；物联网技术可以将各类传感器数据集中管理，提高故障识别的精确度；而云计算则可以实现远程监控和故障诊断，大大提升故障处理效率。

六、技术发展对故障排查的影响

随着科技的快速发展，电力系统中故障排查的方法和效率得到了显著提升。传统的故障排查手段，如定期的人工检查和油样分析，虽然基础且必要，但受限于人力和时间，往往无法实现故障的实时监控和精确预警。

1.智能传感器的广泛应用是现代故障排查的一大进步。这些传感器能够实时监测变压器的运行参数，如油温、油压、振动频率和局部放电强度等，数据的实时传输使得管理人员可以迅速掌握设备的健康状况。一旦传感器监测到异常数据，系统会立刻发出警报，提醒维护人员及时进行检查和处理，从而大大缩短了故障发现和响应的时间，降低了故障可能引发的后果。

2.在线监测系统的使用，如变压器油色谱在线监测和局部放电监测，能够在故障早期就捕捉到潜在问题的迹象，比如油中溶解气体浓度的异常变化，或是局部放电产生的高频信号。这些早期信号通常在故障发生前就能被监测到，从而为故障预防提供了宝贵的时间窗口。

3.大数据分析和人工智能技术则为故障诊断提供了前所未有的精准度。通过分析海量的设备运行数据，智能诊断系统能够发现设备状态的微妙变化，揭示出可能的故障模式。同时，通过机器学习，系统可以不断优化自身的诊断能力，甚至在故障发生前就进行预测，实现从被动应对到主动预防的转变[5]。

4.物联网技术将各类传感器连接起来，形成一个统一的监控平台，使得数据的收集和处理更为集中和高效。这不仅减少了数据处理的复杂性，也使得故障信息的实时传递更为流畅，有助于更快地做出应对决策。

5.云计算技术的引入，使得故障数据的存储和处理不再受地理限制，远程专家可以实时查看设备状态，提供远程诊断和维护建议，这在一定程度上突破了人力资源的地域限制，提高了故障处理的效率。

6.3D打印、机器人技术以及无人机巡检等新兴技术也在逐步应用于电力设备的维护和故障排查中，它们可以执行危险或难以人工触及的任务，从而提高工作效率，降低维护成本。

技术的发展对变压器运行故障排查的影响是全方位的，它改变了传统的人工检查模式，提升了故障识别的效率和准确性，使得电力系统更加安全、稳定。然而，技术进步带来的改变也要求电力系统管理人员不断学习和适应，提升自身的技术素养，充分利用现代科技手段，以确保电力设备的高效运行。在未来，随着技术的进一步发展，我们有理由相信，故障排查的智能化程度将进一步提高，电力系统的安全性和稳定性将得到更大的保障。

结束语

变压器运行故障的及时排查与处理，不仅是对设备生命周期的延长，更是对整个电力系统安全稳定运行的有力保障。在实际操作中，应持续提升故障诊断技术，建立完善的预防维修体系，通过科技手段如智能监测系统，实现故障的早发现、早预警、早处理，以此降低故障带来的经济损失与安全隐患。只有这样，我们才能在享受电力带来的便利的同时，确保电气设备在安全的环境中持续运行，为社会的稳定发展提供源源不断的动力。

参考文献

[1]王伟, 于群英, 王喆, 司昌健, 赵晓冰, 邰宇峰. 66 kV主变压器累积短路冲击烧损故障分析[J]. 吉林电力, 2022, 50 (06): 49-51.

[2]肖立军, 万新宇, 刘丹, 段飞跃. 电力电子变压器可靠性评估与故障预诊断[J]. 电力电子技术, 2020, 56 (12): 44-47.

[3]张茂兵, 程明之, 周越. 一起变压器低油位故障原因分析与处理[J]. 电力安全技术, 2020, 24 (12): 17-18.

[4]罗兵, 徐立, 王婷婷, 王邸博, 黄小龙, 赵莉华. 基于CEEMDAN-GAF的变压器机械故障检测方法[J]. 电测与仪表, 1-9.

[5]王赞基,刘秀成,陈香辉. 用于内部故障分析的变压器电感参数计算模型[J]. 电力系统自动化, 2019, (24): 21-25.