变压器运行状态监测与故障诊断研究

一、引言

变压器作为电力系统中至关重要的设备，承担着电压变换、电能分配与传输等核心功能。其运行状态的优劣直接关乎整个电力系统的稳定性与可靠性。一旦变压器出现故障，不仅会导致局部区域停电，影响居民正常生活与企业生产，还可能引发连锁反应，造成大规模停电事故，给社会带来巨大的经济损失。因此，对变压器运行状态进行实时监测，并及时准确地诊断出潜在故障，对于保障电力系统的安全稳定运行具有不可估量的重要意义。

二、变压器运行状态监测技术

（一）电气量监测

电气量监测是变压器运行状态监测的重要手段之一，通过对变压器电压、电流、功率等电气参数的持续跟踪与分析，能够直观地反映变压器的运行状况。如电压的异常波动可能暗示着变压器内部绕组存在匝间短路或负载分配不均等问题。电流的突然增大则可能预示着变压器过载运行或出现局部放电现象。监测功率因数的变化，有助于评估变压器的无功补偿效果以及整体运行效率。通过长期积累和分析这些电气量数据，可以建立变压器的正常运行模型，为后续的状态评估和故障预警提供基础依据。

（二）非电气量监测

非电气量监测涵盖了温度、油位、振动等多个方面。温度监测是变压器运行监测的关键环节，变压器内部绕组、铁芯等部件的温度过高会加速绝缘材料的老化，降低变压器的使用寿命，甚至引发绝缘击穿等严重故障。因此，在变压器关键部位安装温度传感器，实时监测温度变化，对于预防过热故障至关重要。油位监测则能够反映变压器油的量是否充足，油量不足可能导致变压器散热不良，影响其正常运行。此外，振动监测通过对变压器本体及附件振动信号的分析，可以判断是否存在机械松动、绕组变形等潜在问题，为早期发现故障提供线索。

（三）在线监测系统

在线监测系统是将上述电气量与非电气量监测技术进行整合，实现对变压器运行状态的实时、全面监控。该系统通过传感器网络采集各类监测数据，并利用通信技术将数据传输至监控中心。在监控中心，利用专业的数据分析软件对数据进行处理和分析，一旦发现数据异常，系统会及时发出警报，通知运维人员进行处理。在线监测系统具有实时性强、数据准确等优点，能够大大提高变压器运行状态监测的效率和准确性，为变压器的安全稳定运行提供有力保障。

三、变压器常见故障类型及诊断方法

（一）绕组故障及诊断

绕组是变压器的核心部件之一，常见的绕组故障包括绕组短路、断路和变形等。绕组短路会导致电流异常增大，引起局部过热，加速绝缘材料的老化，严重时甚至会引发火灾。绕组断路则会使变压器无法正常传输电能，影响电力系统的供电。绕组变形可能是由于短路冲击、运输振动等原因造成，会影响变压器的电气性能和机械强度。诊断绕组故障的方法主要包括电气试验和振动分析。电气试验如绕组直流电阻测试、绝缘电阻测试等，能够通过测量绕组的电气参数来判断是否存在故障。振动分析则通过监测变压器振动信号的频率、幅值等特征，分析绕组的机械状态，判断是否存在变形等问题。

（二）铁芯故障及诊断

铁芯故障主要表现为铁芯多点接地、铁芯片间短路等。铁芯多点接地会使铁芯中产生环流，导致铁芯过热，降低变压器的效率，甚至损坏铁芯。铁芯片间短路则会影响铁芯的磁导率，增加变压器的空载损耗和励磁电流。诊断铁芯故障常用的方法有铁芯接地电流监测和空载损耗测试。铁芯接地电流监测通过在铁芯接地线上安装电流传感器，实时监测接地电流的大小，当接地电流超过正常范围时，可能预示着铁芯存在多点接地故障。空载损耗测试则通过测量变压器在空载状态下的损耗，与正常值进行对比，判断铁芯是否存在片间短路等问题。

（三）绝缘故障及诊断

绝缘故障是变压器最常见的故障类型之一，主要包括绕组绝缘老化、油纸绝缘受潮等。绝缘老化会导致绝缘材料的电气性能和机械性能下降，增加绝缘击穿的风险。油纸绝缘受潮则会使绝缘电阻降低，引发局部放电等问题。诊断绝缘故障的方法主要有绝缘电阻测试、介质损耗因数测试和局部放电检测。绝缘电阻测试通过测量变压器绕组对地及绕组之间的绝缘电阻，判断绝缘是否受潮或存在破损。介质损耗因数测试则能够反映绝缘材料的损耗情况，当介质损耗因数增大时，可能意味着绝缘存在缺陷。局部放电检测通过监测变压器内部的局部放电信号，能够及时发现绝缘中的薄弱环节，为绝缘故障的早期诊断提供依据。

（四）套管故障及诊断

套管故障主要表现为套管渗漏油、套管闪络等，套管渗漏油会导致变压器油量减少，影响散热效果，同时可能使套管内部受潮，降低绝缘性能。套管闪络则会在套管表面产生放电现象，严重时可能导致套管击穿，引发短路故障。诊断套管故障的方法包括外观检查、红外热成像检测和电容量测试。外观检查可以直接发现套管是否存在渗漏油、裂纹等明显缺陷。红外热成像检测通过测量套管表面的温度分布，判断是否存在局部过热现象，进而判断套管内部是否存在故障。电容量测试则能够反映套管的绝缘状态，当电容量发生变化时，可能预示着套管存在受潮或绝缘老化等问题。

四、变压器故障诊断技术发展趋势

（一）智能化诊断技术

随着人工智能技术的快速发展，智能化诊断技术在变压器故障诊断领域展现出巨大的潜力。利用机器学习算法，如神经网络、支持向量机等，对大量的变压器监测数据进行学习和分析，能够自动提取故障特征，建立故障诊断模型。这些模型可以根据实时监测数据，快速准确地判断变压器的运行状态和故障类型，大大提高了故障诊断的效率和准确性。

（二）多源信息融合诊断技术

多源信息融合诊断技术是将变压器的电气量、非电气量、历史运行数据以及环境信息等多种来源的信息进行综合分析和处理。通过整合不同类型的信息，能够更全面、准确地了解变压器的运行状态，提高故障诊断的可靠性。多源信息融合诊断技术能够克服单一信息源的局限性，为变压器故障诊断提供更可靠的决策支持。

（三）远程诊断与专家系统

远程诊断与专家系统利用互联网和通信技术，实现变压器故障诊断的远程化和智能化。运维人员可以通过远程监控平台，实时获取变压器的运行数据和诊断结果，及时进行故障处理。当遇到复杂故障时，运维人员可以向专家系统咨询，获取准确的诊断结果和处理方法，提高故障处理的效率和质量。远程诊断与专家系统的应用，将打破地域限制，实现变压器故障诊断的资源共享和协同工作，提升整个电力系统的运维水平。

五、结束语

随着电力系统对安全稳定运行要求提升，变压器运行状态监测与故障诊断重要性凸显。采用先进监测诊断技术可实时掌握变压器状态，及时处理潜在故障，降低故障率、延寿命、提效率。智能化与多源信息融合等技术发展将推动故障诊断技术升级，为可靠供电提供保障。未来需持续加强相关技术研究应用，优化方法，提升电力系统智能化运维水平，以适应发展需求。

参考文献

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