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[摘 要]变压器是现代电力系统中的核心设备，一旦其发生故障必然会对电能的输送与安全造成影响。相关调查显示，近几年变压器故障中出口故障或近距离短路故障占比很大，本文基于综合电气试验的方式对变压器出口短路故障进行诊断和研究，旨在进一步提升变压器故障诊断的有效性。
[关键词]变压器；故障；电气试验；油色谱
中图分类号：TH993 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0378-01
变压器在出现短路故障之后其内部的电气性能随即发生改变，相应的物理特征和化学特征也会逐渐发生变化。因此在故障诊断中可采用电气特性试验以及化学分析等方法进行检测，快速找到故障的发生部位缩短维修的时间。鉴于电气量和油气量的改变，下文则介绍两种变压器故障采用油色谱分析联合电气分析的诊断实例。
1 变压器应用概述
1.1 变压器的用途
变压器作为火力发电厂非常常见的设备，能够对某一数值的交变电压进行转换，使其变成同一频率的另外一个数值的交变电压，也能够改变交流电的数值，并对阻抗和相位进行变换，对于电能的利用和传输具有非常重要的意义。
1.2 变压器的分类
在当前火力发电厂中，其所配备的变压器具有较多的类型，如根据相数不同可分为单相变压器和三相变压器，按冷却方式还可分为干式变压器和油浸式变压器。而按变压器用途还可分为工频变压器、变频变压器、电源变压器、调节变压器及互感器等。
1.3 变压器的结构
尽管变压器具有较多的种类，但其基本原理和结构具有较强的类似性，在火力发电厂中，多以油浸式变压器为主。油浸式变压器具体结构大致分为以下几类：
1.3.1 铁芯
变压器磁路部分主要以鐵芯为主，铁芯主要由热轧或是冷轧硅钢片叠装而成，硅鋼片含硅量较高，而且在其表面涂有绝缘漆。铁芯主要由铁芯柱和铁轭两部分组成，绕组套在铁芯柱上，而铁轭起到闭合磁路的作用。
1.3.2 绕组线圈
在变压器电路部分主要以绕组为主，绕组主要由纸包的绝缘扁线或是圆线绕成。
1.3.3 油箱
变压器油箱是利用钢板焊接而成，分为上下两个部分。对于壳式变压器，其线圈主要是利用绝缘材料完全密封而成，同时利用线芯进行环绕，在使用过程中不用担心外部影响而带来的损伤，同时也不需要提供绝缘空间。
1.3.4 变压器保护装置
主要包括储油柜、吸湿器、安全气道、气体继电器、净油器、温度计等。
1.3.5 出线套管
1.3.6 调压装置
2 变压器短路出口故障发生原因
（1）最多见的是单相线圈的线匝之间、层间的短路，一旦短路电流很大时，线圈在电动力的作用下，严重变形，进一步扩大故障。这种短路故障只能用差动保护和变压器本身的重瓦斯动作来保护。但超过了一定的时间变压器发生损坏。
（2）变压器由于长期过负荷，绝缘老化，变压器油变质。造成变压器带电部分对地短路。如果重瓦斯保护不了，强大的电动力使线圈变形，直至烧毁。
（3）变压器外部短路引起变压器的动稳定失衡。也会引起内部短路。
（4）变压器内部绝缘有缺陷，造成局部放电逐步加大，热稳定失衡或局部电击穿，造成带电部分对地短路。
（5）还有很多原因，如线匝绝缘在负载激烈变化时（如果线圈绕的不紧），在电动力长期作用下，绝缘纸摩擦破损或变压器外部经常有短路，反复重合闸。造成匝间短路。特别在线匝换位处（俗称剪刀口，包扎不够）等等很多原因都会使变压器遭受损坏。
3 油色谱联合电气试验分析联合诊断
变压器内的固体绝缘材料以及绝缘油在故障状态下会发生裂解反应产生氢类气体（氢气、甲烷等）、一氧/二氧化碳等，通过对绝缘油进行色谱分析可以纵向比较气体含量和横向对比气体产生的速率值差异，从而判定设备内部是否出现故障情况。IEC三比值是使用乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）和氢气（H2）5种气体其中的乙炔/乙烯、甲烷/氢气、乙烯/乙烷的比值和规范编码进行比较从而判定故障的性质，然后再通过测量电流、电阻、现场局部放电、短路试验等方式确定具体的故障位置。油气量对早期故障的敏锐度较高，可以完成对故障特性的确定；电气量则主要是确定具体的故障位置，但是其缺陷是无法对故障类型进行定性，因此两种分析方法综合其优点实现对变压器故障性质、故障部位的分析和诊断，降低排查的难度提升维修的效率。
4 实例分析
绕组是变压器最关键的部件之一，其绝缘的好坏最终影响电机的使用时间和安全性，特别是绕组是整个电机中最容易损坏的部分，所以在日常中除过要加强维护，尤其是在发生故障时必须快速准确的进行诊断性质和具体位置。下文则主要针对220kV的变压器低压绕组复合故障进行分析。
4.1 故障介绍
（1）变压器情况：该变压器为220kV变电站的主变，其额定点压为230/121/10.5kV、额定容量为120000/120000/60000kVA；（2）故障现象：在运行中突然110kV线路的154开关保护动作跳闸，重合失败后故障发展成两相接地短路情况。1号主变压器的本体重瓦斯动作，其三侧面的开关跳闸保护。所提取的故障录波信息、装置故障信息显示：110kV线路为单相短路，单次故障电流为7546.8A，故障持续时间为98ms；工作人员检查发现主变压器有明显喷油情况，铁芯接地位置因短路而烧灼。
4.2 故障分析
（1）油色谱分析定性。正常运行状态下油色谱检测频率为6个月/次，出现事故当天的油色谱分析数据中，乙炔含量、烃类含量明显超标，依据三比值进行计算且编码组合为102，因此可判定为电弧放电性故障。 （2）电气分析故障定位。电气分析的具体流程主要有5个步骤，首先，测量绝缘电阻极化系数、吸收比；然后进行频谱法绕组变形试验，再实施低电压状态下空载运行试验，测量设备的直流电阻值，最后进行变比试验。分析结果：变压器铁芯的绝缘电阻值为0，低压侧AX对地的绝缘电阻值0，其他绕组电阻值检测均为正常值；A相的中变比与低变比之间的差值為4.72，相应的高变比与低变比之间差值为4.50，其他均变比差值为正常。绕组变形检测的结果是低压绕组的波形发生非常明显的畸变现象，低压置留电阻值呈AX增大情况，低电压状态下空载试验结果显示A相电流增大明显。
（3）诊断结论：变压器的铁芯发生多点接地型故障；A相低压绕组有较为明显的变形情况，线圈有短路、接地等故障发生；初步判定A相低压绕组上出现电弧性短路故障情况。
（4）解体后维修时的实际故障和诊断故障结果对比：该主变在解体后显示A相低压线圈有明显的变形情况，线圈有断裂现象且上部的绝缘体受损严重，与铁芯连接处的线圈已经烧熔，铁芯也损坏。上铁轭的固体绝缘材料（绝缘纸）烧坏，分析其原因主要是铁芯与A相绕组链接的通路在上铁轭处发生接地情况。中压A相线圈未受损但呈扭曲状，而B相则呈现贯穿式变形的情况。经更换损坏部件后故障得以解决。
4 结语
本文分别利用变压器几点保护动作特性和油色谱分析为着手点，联合变压器故障后其内部电气量的微变化原理，先是对故障的性质的进行确定，然后再对故障的位置进行确定，准确的诊断出故障情况。联合诊断方法将油色谱分析与电气分析各自的优点进行结合，实现了变压器内部故障检测功能的互补，从而为以后变压器故障的诊断维修提供指导和参考，确保变压器长时间、高效率、稳定、安全的运转。
参考文献
[1] 刘兴华，薛启成，陈玉锋，等.基于综合电气试验的变压器出口短路诊断分析[J].电力系统装备，2015（8）.
[2] 门晓清，等.基于综合特征量分析的变压器故障诊断与预防措施[J].变压器，2016，53（9）：53-56.
[3] 魏万杰.变压器出口短路后电气试验的探讨[J].科技成果管理与研究，2008（10）：71-73.
[4] 富强，刘英军.基于油中溶解气体分析與绕组变形试验的变压器出口短路故障诊断[J].变压器，2008，45（10）：56-59.
[关键词]变压器；故障；电气试验；油色谱
中图分类号：TH993 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0378-01
变压器在出现短路故障之后其内部的电气性能随即发生改变，相应的物理特征和化学特征也会逐渐发生变化。因此在故障诊断中可采用电气特性试验以及化学分析等方法进行检测，快速找到故障的发生部位缩短维修的时间。鉴于电气量和油气量的改变，下文则介绍两种变压器故障采用油色谱分析联合电气分析的诊断实例。
1 变压器应用概述
1.1 变压器的用途
变压器作为火力发电厂非常常见的设备，能够对某一数值的交变电压进行转换，使其变成同一频率的另外一个数值的交变电压，也能够改变交流电的数值，并对阻抗和相位进行变换，对于电能的利用和传输具有非常重要的意义。
1.2 变压器的分类
在当前火力发电厂中，其所配备的变压器具有较多的类型，如根据相数不同可分为单相变压器和三相变压器，按冷却方式还可分为干式变压器和油浸式变压器。而按变压器用途还可分为工频变压器、变频变压器、电源变压器、调节变压器及互感器等。
1.3 变压器的结构
尽管变压器具有较多的种类，但其基本原理和结构具有较强的类似性，在火力发电厂中，多以油浸式变压器为主。油浸式变压器具体结构大致分为以下几类：
1.3.1 铁芯
变压器磁路部分主要以鐵芯为主，铁芯主要由热轧或是冷轧硅钢片叠装而成，硅鋼片含硅量较高，而且在其表面涂有绝缘漆。铁芯主要由铁芯柱和铁轭两部分组成，绕组套在铁芯柱上，而铁轭起到闭合磁路的作用。
1.3.2 绕组线圈
在变压器电路部分主要以绕组为主，绕组主要由纸包的绝缘扁线或是圆线绕成。
1.3.3 油箱
变压器油箱是利用钢板焊接而成，分为上下两个部分。对于壳式变压器，其线圈主要是利用绝缘材料完全密封而成，同时利用线芯进行环绕，在使用过程中不用担心外部影响而带来的损伤，同时也不需要提供绝缘空间。
1.3.4 变压器保护装置
主要包括储油柜、吸湿器、安全气道、气体继电器、净油器、温度计等。
1.3.5 出线套管
1.3.6 调压装置
2 变压器短路出口故障发生原因
（1）最多见的是单相线圈的线匝之间、层间的短路，一旦短路电流很大时，线圈在电动力的作用下，严重变形，进一步扩大故障。这种短路故障只能用差动保护和变压器本身的重瓦斯动作来保护。但超过了一定的时间变压器发生损坏。
（2）变压器由于长期过负荷，绝缘老化，变压器油变质。造成变压器带电部分对地短路。如果重瓦斯保护不了，强大的电动力使线圈变形，直至烧毁。
（3）变压器外部短路引起变压器的动稳定失衡。也会引起内部短路。
（4）变压器内部绝缘有缺陷，造成局部放电逐步加大，热稳定失衡或局部电击穿，造成带电部分对地短路。
（5）还有很多原因，如线匝绝缘在负载激烈变化时（如果线圈绕的不紧），在电动力长期作用下，绝缘纸摩擦破损或变压器外部经常有短路，反复重合闸。造成匝间短路。特别在线匝换位处（俗称剪刀口，包扎不够）等等很多原因都会使变压器遭受损坏。
3 油色谱联合电气试验分析联合诊断
变压器内的固体绝缘材料以及绝缘油在故障状态下会发生裂解反应产生氢类气体（氢气、甲烷等）、一氧/二氧化碳等，通过对绝缘油进行色谱分析可以纵向比较气体含量和横向对比气体产生的速率值差异，从而判定设备内部是否出现故障情况。IEC三比值是使用乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）和氢气（H2）5种气体其中的乙炔/乙烯、甲烷/氢气、乙烯/乙烷的比值和规范编码进行比较从而判定故障的性质，然后再通过测量电流、电阻、现场局部放电、短路试验等方式确定具体的故障位置。油气量对早期故障的敏锐度较高，可以完成对故障特性的确定；电气量则主要是确定具体的故障位置，但是其缺陷是无法对故障类型进行定性，因此两种分析方法综合其优点实现对变压器故障性质、故障部位的分析和诊断，降低排查的难度提升维修的效率。
4 实例分析
绕组是变压器最关键的部件之一，其绝缘的好坏最终影响电机的使用时间和安全性，特别是绕组是整个电机中最容易损坏的部分，所以在日常中除过要加强维护，尤其是在发生故障时必须快速准确的进行诊断性质和具体位置。下文则主要针对220kV的变压器低压绕组复合故障进行分析。
4.1 故障介绍
（1）变压器情况：该变压器为220kV变电站的主变，其额定点压为230/121/10.5kV、额定容量为120000/120000/60000kVA；（2）故障现象：在运行中突然110kV线路的154开关保护动作跳闸，重合失败后故障发展成两相接地短路情况。1号主变压器的本体重瓦斯动作，其三侧面的开关跳闸保护。所提取的故障录波信息、装置故障信息显示：110kV线路为单相短路，单次故障电流为7546.8A，故障持续时间为98ms；工作人员检查发现主变压器有明显喷油情况，铁芯接地位置因短路而烧灼。
4.2 故障分析
（1）油色谱分析定性。正常运行状态下油色谱检测频率为6个月/次，出现事故当天的油色谱分析数据中，乙炔含量、烃类含量明显超标，依据三比值进行计算且编码组合为102，因此可判定为电弧放电性故障。 （2）电气分析故障定位。电气分析的具体流程主要有5个步骤，首先，测量绝缘电阻极化系数、吸收比；然后进行频谱法绕组变形试验，再实施低电压状态下空载运行试验，测量设备的直流电阻值，最后进行变比试验。分析结果：变压器铁芯的绝缘电阻值为0，低压侧AX对地的绝缘电阻值0，其他绕组电阻值检测均为正常值；A相的中变比与低变比之间的差值為4.72，相应的高变比与低变比之间差值为4.50，其他均变比差值为正常。绕组变形检测的结果是低压绕组的波形发生非常明显的畸变现象，低压置留电阻值呈AX增大情况，低电压状态下空载试验结果显示A相电流增大明显。
（3）诊断结论：变压器的铁芯发生多点接地型故障；A相低压绕组有较为明显的变形情况，线圈有短路、接地等故障发生；初步判定A相低压绕组上出现电弧性短路故障情况。
（4）解体后维修时的实际故障和诊断故障结果对比：该主变在解体后显示A相低压线圈有明显的变形情况，线圈有断裂现象且上部的绝缘体受损严重，与铁芯连接处的线圈已经烧熔，铁芯也损坏。上铁轭的固体绝缘材料（绝缘纸）烧坏，分析其原因主要是铁芯与A相绕组链接的通路在上铁轭处发生接地情况。中压A相线圈未受损但呈扭曲状，而B相则呈现贯穿式变形的情况。经更换损坏部件后故障得以解决。
4 结语
本文分别利用变压器几点保护动作特性和油色谱分析为着手点，联合变压器故障后其内部电气量的微变化原理，先是对故障的性质的进行确定，然后再对故障的位置进行确定，准确的诊断出故障情况。联合诊断方法将油色谱分析与电气分析各自的优点进行结合，实现了变压器内部故障检测功能的互补，从而为以后变压器故障的诊断维修提供指导和参考，确保变压器长时间、高效率、稳定、安全的运转。
参考文献
[1] 刘兴华，薛启成，陈玉锋，等.基于综合电气试验的变压器出口短路诊断分析[J].电力系统装备，2015（8）.
[2] 门晓清，等.基于综合特征量分析的变压器故障诊断与预防措施[J].变压器，2016，53（9）：53-56.
[3] 魏万杰.变压器出口短路后电气试验的探讨[J].科技成果管理与研究，2008（10）：71-73.
[4] 富强，刘英军.基于油中溶解气体分析與绕组变形试验的变压器出口短路故障诊断[J].变压器，2008，45（10）：56-59.