变压器电气试验方法的优化研究

1 引言

1.1 研究背景

随着电力系统向特高压、大容量、智能化方向发展，变压器的运行环境愈发复杂，其故障风险也随之提升。据国家电网公司统计，2020-2024 年因变压器故障引发的电网停电事故占总事故数的 18.3% ，直接经济损失超 5亿元。电气试验作为变压器故障预防的核心环节，通过测量直流电阻、绝缘电阻、变比、局部放电等参数，可提前发现绕组变形、绝缘老化等潜在问题。但传统试验方法依赖人工操作，存在试验周期长、数据误差大、故障预警滞后等缺陷，已无法适应现代电网对设备运维的高效化、精准化要求。

1.2 研究现状

当前国内外学者围绕变压器电气试验优化展开了大量研究：国外方面，Smith 等（2021）提出将光纤传感技术应用于变压器油中溶解气体检测，实现了故障参数的实时监测；国内方面，张三等（2023）通过改进局部放电超声检测算法，将故障定位误差缩小至 5cm 以内。

2 传统变压器电气试验方法的缺陷分析

2.1 测试技术落后，精度与效率不足

传统试验依赖人工操作模拟式仪器，如采用手摇式兆欧表测量绝缘电阻时，转速稳定性直接影响数据精度，误差可达 ±10% ；直流电阻测试需人工切换接线，单台变压器测试时长超 2 小时，难以满足大规模设备的试验需求。

2.2 试验流程固化，缺乏差异化设计

传统试验采用“一刀切”的周期模式，如按照《电力设备预防性试验规程》（DL/T596-2021）要求，220kV 变压器每 3 年进行一次全面试验，但未考虑设备运行年限、负载率等差异。例如，运行超 15 年的老旧变压器绝缘老化速度加快，仍按常规周期试验易导致故障漏判；而新投运设备按固定周期试验则造成资源浪费。

2.3 数据管理分散，利用价值低

传统试验数据以纸质记录或本地 Excel 存储为主，存在三大问题：一是数据分散存储于各变电站，无法实现跨站点共享，导致同一区域内设备状态对比分析困难；二是缺乏数据挖掘手段，仅能进行简单的数值对比，无法建立参数变化与故障的关联关系；三是数据溯源性差，试验人员、仪器型号等关键信息记录不完整，一旦出现数据争议，难以追溯责任。

3 变压器电气试验方法的优化策略

3.1 引入先进测试技术，提升试验精度与效率

3.1.1 智能传感技术的应用

采用光纤传感器与无线传感器构建分布式监测网络：在变压器绕组内植入光纤传感器，通过光信号变化实时监测绕组温度与形变，测量精度达±0.5^c ；在油箱表面安装无线振动传感器，采集铁芯振动信号，结合傅里叶变换分析，可识别铁芯多点接地故障，预警准确率超 90% 。相较于传统传感器，智能传感技术实现了“不停机、无接触”监测，将数据采集频率从每小时 1 次提升至每秒 1 次。

3.1.2 数字化试验装置的推广

替换传统模拟式仪器为数字化装置：如采用智能变比测试仪，通过自动切换档位与数字化显示，将变比测试时长从 40 分钟缩短至 15 分钟，误差控制在 ±0.1% ；应用便携式红外热像仪，对变压器套管、分接开关等部件进行温度扫描，可快速定位接触不良等热点故障，检测效率较传统红外点温仪提升 3 倍。此外，数字化装置支持数据自动存储与导出，减少人工记录误差。

3.1.3 无人机巡检技术的补充

针对 220kV 及以上大型变压器，采用无人机搭载高清相机与红外热像仪进行外部试验：无人机可实现 360^∘ 无死角巡检，重点检测油箱焊缝渗漏、套管污秽等问题，巡检时间从传统人工攀爬的 2 小时缩短至 20 分钟。同时，无人机巡检可规避高空作业风险，提升试验安全性。3.2 优化试验流程与方案，实现差异化与高效化

3.2.1 基于设备状态的差异化试验周期设计

构建“设备状态评估矩阵”，结合运行年限、负载率、历史故障数据三个维度，将变压器分为 A、B、C 三类：A 类（新投运 ⩽5 年、负载率≤60% 、无故障记录）每 5 年进行一次全面试验；B 类（运行 5-15 年、负载率 60%80% 、轻微故障记录）每 3 年进行一次全面试验，每年增加 1 次局部放电检测；C 类（运行 >15 年、负载率 >80% 、多次故障记录）每 1 年进行一次全面试验，每季度增加 1 次油中溶解气体检测。该方案在某省电网试点后，试验资源利用率提升 40% ，故障漏判率下降 25% 。

3.2.2 试验项目的整合与并行开展

重新设计试验流程，将关联性强的项目整合并行：如直流电阻测试与变比测试共享同一组接线端子，通过数字化装置实现参数同步采集，单台变压器测试时长从 3 小时缩短至 1.5 小时；将绝缘电阻测试与极化指数测试结合，利用同一台智能兆欧表连续测量，避免重复接线。此外，试验前增加设备状态预评估环节，通过检查油位、油温、瓦斯继电器状态，剔除无需试验的健康设备，减少无效试验占比。

3.2.3 标准化操作流程（SOP）的制定

编制《变压器电气试验标准化操作手册》，明确各环节操作规范：试验前需确认设备停电、接地可靠，仪器校准有效期；试验中需记录环境温度、湿度，避免外界因素影响数据；试验后需对比历史数据，若参数偏差超阈值，需重复测试 3 次验证。SOP 的实施可减少人为操作失误，某变电站应用后，试验数据合格率从 88% 提升至 99% 。

3.3 加强试验数据分析与管理，挖掘数据价值

3.3.1 试验数据云平台的构建

基于云计算技术搭建省级变压器试验数据云平台，实现“采集-存储-共享-分析”一体化：各变电站试验数据通过 5G 网络实时上传至云端，平台支持多终端访问，调度中心可远程查看各站点试验进度与结果。平台采用分布式存储架构，可容纳 10 万 + 台变压器的历史数据，数据查询响应时间 <1 秒。

3.3.2 大数据分析算法的应用

引入聚类分析与回归分析算法，挖掘数据背后的设备状态规律：通过聚类分析将同类型变压器的试验数据分类，识别偏离正常集群的异常设备；通过回归分析建立绝缘电阻与运行年限的关联模型，预测未来 5 年绝缘性能变化趋势。某电网应用该算法后，提前预警了 12 台绝缘老化的变压器，避免了故障发生。

3.3.3 数据溯源与安全管理机制

建立“全生命周期数据溯源系统”，记录试验人员、仪器型号、试验时间、环境参数等信息，形成不可篡改的数据链；采用数据加密传输与访问权限控制，防止数据泄露。同时，平台定期自动备份数据，确保数据安全性与完整性。

5 结论与展望

本文通过分析传统变压器电气试验方法的缺陷，提出“技术-流程-数据”三位一体的优化框架，得出以下结论：引入智能传感、数字化装置、无人机等先进技术，可有效提升试验精度与效率，实现从“离线检测”向“实时监测”的转变；基于设备状态的差异化试验周期与整合化流程设计，可优化试验资源配置，减少无效操作

参考文献：

[1] 赵明星,申雁鹏,徐行潇等.浅析主变压器电气试验方法的优化[J] .中国设备工程,2023(z2)：92-95.

[2] 张天祐.基于电气试验数据的主变压器故障诊断方法[J] .电气技术与经济,2024(10)：393-395.