电气试验在变压器故障分析中的应用

引言

在现代电力系统运行过程中，变压器的配置可有效调控电力系统的电压等级。当变压器产生运行故障时，不仅会影响供电质量，还会造成一定的设备损坏，更严重者会引发大面积、大规模的停电事故。所以，保证变压器正常安全运行是极为重要的。而为进一步降低变压器故障率，电力企业需制定完善的变压器检修计划，科学设置变压器检修周期，针对新投入运行的电力变压器和大修电力变压器，需通过电气试验，对其性能进行综合检测，分析其是否存在故障问题。若存在运行故障，则需了解故障成因并采取合理的处理措施。

1.变压器常见故障类型

1.1 自动跳闸故障

当变压器产生自动跳闸故障时，不仅会干扰其正常工作，还会影响供电系统的安全运行。一般来说，自动跳闸故障大多是由变压器内外部产生的异常状况而引发。当变压器内外部成异常状态时，为避免异常问题蔓延和故障问题扩大，保护装置会被触发，电路也会随之自动断开。而变压器内外部的异常情况通常表现在以下方面：第一，变压器过载问题。当变压器持续运行于电流超过其额定承载能力的状态时，其绝缘系统将面临热-电协同劣化效应。从绝缘材料失效机制分析，长期过载引发的绕组温升会加速绝缘纸纤维素分子链的断裂，同时导致绝缘油中氧化产物含量显著上升，这种双重作用将显著降低绝缘介质的击穿场强。第二，变压器短路。变压器短路的类型较为丰富，其中，对地短路和绕组间短路都会引起电流急剧快速上升，进而激活自动跳闸。除此之外，因绝缘老化，机械损伤和前期制造问题而引起的变压器内部短路也会形成自动跳闸。第三，冷却系统故障问题。科学配置冷却系统可对变压器内部温度进行有效控制。随着冷却油流动不畅，冷却风扇损坏等冷却系统故障问题的出现，变压器内部温度会呈持续升高状，当变压器内部温度达到一定限额时，温度保护机制会被触发，进而引起自动跳闸。

1.2 绕组线圈故障

在变压器高压试验过程中，绕组线圈故障出现的概率较高，绕组线圈故障大多是由工作人员的不当操作而导致。如果工作人员在变压器绕组线圈装配时，未做好前期检查和详细测试，比如，未对绕组直流电阻进行精准测量或未曾准确分析直流电阻的阻值和测量值，所以无法及时正确判断直流电阻是否存在增大的情况，也难以对其进行干预和处理，在此状态下，便极易引发绕组线圈故障。

1.3 油位反常故障

所谓油位反常故障，简而言之便是油位过高或油位过低的情况。首先，油位过高。当变压器内部产生过热问题，内部油会呈膨胀异常状，油位也会因此升高。而变压器内部过热则是由多重因素导致，其中负载水平超出设计裕度、绕组电学故障以及冷却系统效能退化是三大常见致热因素。若变压器长期保持过热状态，绝缘油的老化问题会更为突出，绝缘材料也会因此损坏。其次，油位过低。油量不足和油箱漏油都会引发油位过低变压器油位异常降低对设备运行安全构成复合型威胁，其影响机制主要体现在热力学性能劣化与电气绝缘性能退化双重维度。从热传导角度分析，当油量不足导致油位低于绕组高度20%以上时，变压器油的自然对流循环路径将被阻断，绕组与冷却介质间的换热系数将下降 35%-45%，使得绕组热点温度较正常工况升高 12-18K，这种热积累效应会加速绝缘纸纤维素分子链的热降解，缩短变压器使用寿命。油箱漏油同样会导致油量不足，油箱漏油的原因较多，其中油箱焊缝开裂，油箱腐蚀穿孔留下密封不良等现象更为常见。

1.4 铁芯故障

供电系统配置的电力变压器数量较多，变压器自身结构也具有复杂性。而作为电力变压器的关键组成部分，由非铁性磁材料硅钢片组成的铁芯会在外界磁场的干扰下产生长度变化。而长度变化又会在一定程度上引起磁致伸缩现象，磁致伸缩则会引发芯片励磁频率的偏差问题。当芯片励磁频率明显偏离正常值后，随着硅钢片磁致伸缩率的增加，铁芯变形量也会因此增大。

2.电气试验在变压器故障分析中的应用要点

2.1 直流电阻试验

直流电阻试验是通过测量变压器内部电阻值的方式，对变压器故障问题进行评估的一种电气试验方法。通过合理使用直流电阻试验，不仅能精准判断变压器内部是否存在故障问题，了解故障问题的具体类型和成因，同时还能为变压器内部导线的安全接触打下良好基础。在进行直流电阻试验时，首先要配置完善的专业测试仪器。工作人员是在明确测试仪器应用步骤和应用标准的基础上，有序进行直流电阻试验。而为保障直流电阻试验结果的准确度和可靠性试验人员在进行直流电阻试验前，需全面检查测试线和变压器绕组的出端口，对其连接状态进行评估，保证二者紧密连接，并基于此评估潜在短路故障的可能性。除此之外，在开展直流电阻试验时，试验人员还需关注以下注意事项：第一，需在实时观测周边环境温度的基础上，进行直流电阻测量；第二，需详细记录高压侧绕组和低压侧绕组之间的分界位置，并记录读数；第三，直流电阻试验结束之后，需根据试验结果对变压器设备进行及时处理，并将测量线拆除、对检测以及电源进行检查，保证其正常关闭。

2.2 油中溶解气体分析

当变压器内部产生绝缘材料老化、电弧放电和过热现象等不同类型故障时，油中溶解的气体类型也有所不同，所以，试验人员可在检测分析气体类型及浓度的基础上，对变压器内部的故障问题进行有效评估。举例来说，若油中溶解了氢和甲烷等气体，则代表变压器内部可能存在热故障和低能放电问题。若由衷溶解了乙烯和乙炔等气体，则变压器内部往往出现了高温热故障。而在进行油中溶解气体分析时，试验人员需保证采集油样的准确度，提高采集油样的代表性，采用合适的采样方法真实反映变压器状态的油样。样品采集完成后，试验人员可借助气象色谱等分析技术，精准定量分析油样中的气体成分。而在获取不同气体浓度测量分析结果的基础上，不仅可对变压器内部的故障性质进行真实反映，同时还能充分表明故障的恶劣程度。

2.3 短路试验

在正式进行短路试验前，需做好前期检查工作， 检查重点内容为变压器的接线状态，保证接线牢固。同时需密切关注被加压绕组和短路绕组的位置 容量和 计进行科学选择。一般情况下，表计精度需超出 0.5 级。与此同时， 被加压绕组的短接线和变压器连接区域作为重点观察对象， 在观 导线和接触电阻的总电阻进行严格控制，让其始终保持在 侧电流互感器二次回路实施短路操作，规避二次回路大电流产生的破坏， 测控装置和计量装置的安全性。

2.4 绝缘电阻试验

磁路所产生的电气可让变压器各绕组之间互相联系。而当变压器保持正常运行状态时，各绕组之间的绝缘强度相对固定。因此，可通过测试各绕组之间绝缘电阻的方式，分析变压器是否存在故障，并明确其故障类型。在采用绝缘电阻试验方法时，需通过兆欧表这一设备进行测试。而兆欧表量程的选择则是根据电压等级来确定的，一般情况下，当绕组额定电压为1000V 以下时，所选兆欧表量程为1000V；当绕组额定电压超出1000V，则需选择2500V 的兆欧表。

结语

为保证供电系统的高效运行，就必须降低变压器故障问题发生的概率。而针对当前变压器常见的自动跳闸、油位反常、铁芯及绕组线圈故障，可通过直流电阻试验、油中溶解气体分析、短路试验和绝缘电阻试验等多种电气试验方法，明确变压器内部故障类型及成因，在此基础上采取科学处理措施，提高电力变压器运行效率。

参考文献：

[1]邢春琛，薛文杰.电气试验技术在变压器故障分析中的应用[J].集成电路应用，2023，40（9）：206-207.

[2]刘隰蒲，王俊娜，李晟元，等.220kV 变压器交接试验放电故障诊断分析与处理[J].变压器，2022，59（3）：66-70.