综合利用油化、电气试验数据进行变压器故障诊断探究

综合利用油化、电气试验数据进行变压器故障诊断探究

张勇

身份证：440203198106061812

摘要：在当今高度信息化的能源领域，变压器作为电力传输和分配的核心设备，承担着重要的功能和责任，由于长期运行和外部环境的影响，变压器可能会面临各种故障和异常情况，对电网的稳定运行和设备的安全性构成威胁，及时准确地进行变压器故障诊断和预防显得尤为重要。基于此，本文深入探讨综合利用油化、电气试验数据进行变压器故障诊断，以供参考。

关键词：油化、电气试验数据；变压器；故障诊断

前言：油化和电气试验是变压器故障诊断的两种重要手段。油化试验通过分析变压器绝缘油中的溶解气体、含水量、介质损耗因子等指标，可以快速了解变压器内部的绝缘状态和潜在故障情况。电气试验则通过测量变压器的绕组电阻、绝缘电阻、局部放电等参数，揭示其内部结构和电气特性，为故障诊断提供关键信息。

1.油中溶解气体的注意值

变压器是电力系统中重要的设备，其健康状态对整个电网的安全稳定运行至关重要，变压器故障的早期诊断可以有效防止严重的机械或电气故障，而油中溶解气体分析（Dissolved Gas Analysis, DGA）是一种广泛采用的检测方法，通过分析变压器油中的溶解气体来预测和诊断内部故障。此外，电气试验数据也为变压器的健康状态提供了重要信息，通过综合利用油化和电气试验数据，可以更全面地评估变压器的运行条件。

在进行油中溶解气体分析时，关键的步骤包括采样、气体的提取与分析以及数据的解读。必须确保采样过程不受外部污染，通常在变压器运行中或停机后不久进行，采样时应使用无菌、无水的容器，避免气体逸出。采集后的油样需要在分析前尽快送达实验室以避免气体组成的变化。

气体提取通常采用真空抽提技术。在这些技术中，样品油被加热使溶解气体从油中释放到封闭系统的空气中，再通过气相色谱法（GC）进行分析。气相色谱法能够准确测定氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等气体的浓度。

对于气体分析结果的解读，通常依据国际电工委员会（IEC）标准IEC 60599和IEEE标准C57.104来进行。这些标准提供了气体含量的典型阈值和比值，用以指示可能的故障类型。例如，乙炔（C2H2）的存在通常指示高温电弧放电；乙烯（C2H4）和乙烷（C2H6）的比值高则可能表明低温裂解或热故障；而氢气和甲烷的比值则可以用来区分部分放电与低能量放电。

一般而言，当氢气浓度超过100 ppm，或乙炔浓度超过10 ppm时，就应认为变压器存在严重故障风险，需进行进一步的检查或采取相应的维护措施。此外，如果一氧化碳和二氧化碳的比值异常（通常CO/CO2<3表示绝缘纸热降解），也应引起注意。

2.介电损耗测试

介电损耗测试作为一种关键的电气试验手段，广泛应用于评估变压器绝缘材料的老化程度以及绝缘系统的湿度和污染水平。介电损耗测试，又称为介质损耗因数测试，是衡量介质在交流电场中因介电耗散而产生能量损失的能力的一种方法。在变压器中，这项测试主要用于检测绝缘油和固体绝缘材料（如纸和板材）的介电性能。介电损耗值（Tanδ）是介电损耗与介电储存能量之比，其数值反映了绝缘材料中能量损失的程度。理想的绝缘材料应当具有低的介电损耗值，表示其优良的绝缘性能和较小的能量耗散。

进行介电损耗测试的基本方法是在变压器绝缘材料上施加一个已知频率（通常为工频50Hz或60Hz）的交流电压，并测量通过材料的电流。测试得到的电流可以分解为两部分：一部分与施加电压同相，称为有功电流，反映了介质中的能量损耗；另一部分与施加电压垂直，称为无功电流，反映了介质中的能量储存。通过对这两种电流的测量，可以计算出介电损耗角δ，从而得出介电损耗因数Tanδ=有功电流/无功电流。

在实际操作中，进行介电损耗测试需要使用特制的测试设备。测试前，首先要确保变压器被正确地隔离并接地，以保障测试人员的安全。接着，将测试设备连接至变压器的绝缘系统，设置适当的测试电压和频率。测试过程中，测试仪器会自动记录并分析数据，最终给出介电损耗因数的值[1]。

在变压器的故障诊断中，介电损耗测试的结果需要与油化试验数据相结合进行分析。油化试验，包括油中溶解气体分析（DGA）、油品的物理化学性质测试（如击穿电压、水分含量、酸值等）等，能提供变压器内部绝缘油的状态信息。通过对比介电损耗测试结果与油化试验数据，可以更准确地判断变压器的健康状态。

例如，如果介电损耗测试结果显示高于正常范围的Tanδ值，同时油化试验显示油中水分含量增加，这可能表明变压器绝缘系统受潮，绝缘性能下降；如果介电损耗值异常升高，并且DGA结果显示有大量的热分解气体，如氢气和一氧化碳，这可能表明变压器内部存在过热或燃烧现象。这些综合信息将指导维护人员采取相应的维护措施，如干燥处理、更换绝缘油或对变压器进行内部检查等，以确保变压器的可靠运行。

3.绝缘电阻测试

绝缘电阻测试（图1）是变压器维护和故障诊断中的一项基本电气试验，通过测量变压器绝缘系统的电阻值来评估其绝缘性能。这项测试对于预防故障、延长设备寿命以及保障电力系统的可靠运行至关重要。在综合利用油化试验和电气试验数据进行变压器故障诊断的过程中，绝缘电阻测试提供了一种直观、有效的手段来评估变压器绝缘材料的老化程度、湿度和污染水平。

绝缘电阻测试的基本原理是通过向变压器的绝缘系统施加一个直流电压，并测量通过绝缘材料的电流，从而计算出绝缘电阻。测试时，通常使用一个高压直流电源，施加500V、1000V或更高电压，根据不同的标准和变压器的额定电压选择适当的测试电压。绝缘电阻的测量值以兆欧（MΩ）为单位，其数值越高，表示绝缘性能越好[2]。

在进行绝缘电阻测试之前，必须确保变压器处于停机状态，并与电网彻底隔离，以保证测试人员的安全。测试过程中，将测试仪器的正负极分别连接到变压器的高压侧和地线（或低压侧），然后施加直流电压。测试仪器会测量并记录一段时间内的电流值，通常测试时间为1分钟，然后计算出1分钟时的绝缘电阻值。

绝缘电阻的测量结果受多种因素影响，包括绝缘材料的类型、温度、湿度以及测试电压的高低，在分析测试结果时，需要考虑这些因素的影响。一般而言，变压器绝缘电阻的正常值应该在几百兆欧到几千兆欧之间。如果测量值低于这个范围，可能表明绝缘系统存在问题，如绝缘材料老化、受潮或污染。

在变压器的故障诊断中，绝缘电阻测试的结果需要与油化试验数据相结合进行综合分析。油化试验，包括油中溶解气体分析（DGA）、油品的物理化学性质测试等，能够提供变压器内部绝缘油的状态信息。如果绝缘电阻测试显示绝缘性能下降，而油化试验数据显示油中水分含量增加或油品劣化，这可能表明变压器绝缘系统整体存在问题，需要进一步的检查和维护。

图1 绝缘电阻测试示意图

结束语：在变压器故障诊断领域，综合利用油化和电气试验数据已经成为一种主流趋势。通过这种综合手段，可以更准确地评估变压器的健康状态，及时发现潜在问题，并采取必要的维护措施，从而确保电力系统的可靠运行。未来，随着数据采集和分析技术的不断进步，变压器故障诊断将迎来更大的突破。

参考文献：

[1]肖斌. 电气试验在变压器故障检测中的应用研究[J]. 家电维修, 2023, (12): 36-37+7.

[2]李宝锋, 周义雄, 罗传胜. 变压器故障检测中电气试验的应用[J]. 电子元器件与信息技术, 2023, 7 (01): 25-28+33.