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【摘要】电力变压器是输配电网络的重要设备之一，其能否安全稳定运行，直接关系到电力系统的稳定性。本文笔者探讨了变压器在线检测与故障诊断。
【关键词】变压器；在线检测；故障诊断
【分类号】TM407
0 引言
变压器是电力网中最重要的设备之一，其常见的故障有局部放电、局部过热、绝缘老化、铁心多点接地、调压开关失灵和套管故障、冷却装置故障等，尽管电网对主变压器配置了许多继电保护装置，但保护动作在变压器故障后用于切除故障，是避免事故扩大的有效措施，不足以可靠地监视变压器运行。因此，对运行变压器存在隐患和故障的预知、预测则显得尤为重要。下面笔者阐述了变压器常见故障及原因，探讨了变压器的在线监测。
1 变压器常见故障及原因
1.1 变压器的过热故障
变压器的过热故障是最常见的故障之一。因为其在运行中缺乏监视，巡视检查不到位使其过载的情况得不到及时掌握和控制。在正常运行负载下，其发生过热故障主要原因有：
绕组过热、分接开关接触不良、引线故障、漏磁导致的故障、变压器冷却装置故障。
1.2 变压器短路故障
指其出口或近区发生短路引起的故障。该异常运行是在其运行中常有的。据有关资料统计，近年来一些地区110KV及以上变压器遭受短路电流冲击直接导致损坏变压器约占全部事故的50%以上，与前几年比较呈大幅度上升的趋势，应引起人们的足够重视。
变压器突发短路可能引起绝缘热故障，因短路电流值将高达额定电流17倍以上，使绕组线圈产生很大热量，线圈等绝缘材料严重受损使其形成绕组击穿损坏事故。
1.3 变压器放电故障
主要是其内部放电对绝缘造成破坏。这是因为一方面放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并扩大至绝缘击穿，另一方面放电产生的热、臭氧、氧化氢等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介损增大导致绝缘热击穿。
1.4 变压器渗漏油故障
这种现象是变压器最常见的异常现象之一。其大多数是由于制造过程中形成的缺陷或者由于材质不良而引起的，此外因安装、检修时质量问题及环境、负载等因素影响，会造成变压器的渗漏问题。
变压器的焊点多、焊道长，焊接的工艺、技术及材料直接影响焊接质量；密封材料质量低劣、老化是变压器连接部位渗漏的主要原因。变压器油箱本体以及套管、冷却系统等连接处均采用橡胶密封件连接，这些橡胶密封件长期处于高温、挤压、油浸和局部暴露的条件下，容易老化、变质、龟裂、塑性变形，以至失效，这也是造成密封处渗漏的主要原因。而材质低劣，安装检修工艺不良是变压器早期出现油渗的主要原因；变压器的导电铜杆、导电铜板及安装座的铜焊处时常会发生渗漏，因铜焊的脆性较大，在安装或运行中可能发生裂缝而渗漏。
1.5 变压器进水受潮的故障
变压器由于进水受潮而引发绝缘事故占绝缘事故的10%～20%。进水原因有：套管顶部连接帽密封不良，水分沿引线进入绕组绝缘内，引起击穿事故；呼吸器的干燥剂失效；污爆管密封不严或潜水泵渗漏；油枕隔膜或胶串破损等情况，外界的潮气会通过这些途径进入变压器，使绝缘受潮。此外还有检修过程中，器身暴露空气中时间过长，空气中温度过大造成绝缘受潮。
1.6 变压器绝缘故障
变压器的寿命主要取决于变压器使用的绝缘材料的寿命，实践证明大多数变压器的损坏和故障大都是因绝缘系统损坏而造成的，据统计变压器绝缘故障形成事故约占全部变压器事故的85%以上。一般变压器的预期寿命定20～40年，但由于实际运行的负载较额定值为低，温升的累积较设计值低，因而变压器的实际寿命的预期的要长许多，现场运行经验表明，维护得好的变压器实际寿命可达50～70年。
1.7 变压器铁心故障
造成铁心故障原因有制造安装和检修过程中疏忽。将异物、杂物掉入油箱；铁心夹件、尺寸不对；铁心绝缘脱落；运输中定位钉未翻动或拆除；绝缘油泥污垢堵塞铁心散热通道；下夹件与铁扼的木垫及绝缘损坏受潮等等。
1.8 变压器分接开关故障
变压器的分接开关故障占有一定比例，约占全部故障的5%～10%，故障停运时间占整个非计划停运时间不到5%。分接开关故障常反映在开关弹簧压力不足，滚轮压力不足，压力不均，接触不良，接触面过小，接触电阻增大，烧伤，引线连接不良，此外分接开关相互绝缘距离不够等等。
2 变压器的在线监测
2.1 变压器油中气体监测
对绝缘油、绝缘材料长期在电、热、氧、水等各种因素的作用下会逐渐裂解变质，而通过对其裂解变质的生成物的化学分析，可以间接的诊断设备绝缘故障和老化的速度。
变压器油中气体检测是在变压器运行状况下进行，并且对故障初期有较好的灵敏度，因此被广泛采用，具有良好的经济效益和社会效益。
油中溶解气体分析判断故障的主要方法是阐值判断，即将监测到的各种气体组分的浓度和国家标准规定的注意值作对比，超过注意值时还应和历史数据作比较，确定气体浓度有无突然增长。必要时可缩短监测周期，进行追踪分析，主要应分析产气速率。另外，要注意检修后的变压器，由于油浸材料中残油所残存的故障特征气体释放至检修后己脱气的油中，导致在追踪分析初期，会发现故障特征气体明显增长的现象，从而判断为故障尚未消除。
2.2 变压器绕组在线监测
变压器绕组在线监测的基本原理是根据变压器绕组的短路电抗值的变化进行变形与否的监测和判断。因为绕组的短路电抗值与绕组的变形程度、几何尺寸以及位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。
在工频电压不变的情况下，短路阻抗及阻抗中的电感分量与变压器绕组的几何形状及位移相关。通过理论研究和实际测试，实时监测绕组短路电抗的变化对在线监测变压器绕组变形具有很好的实效性。
2.3 变压器局部放电在线监测
变压器局部放电是反映高压电气设备状态的一个重要标志。因为很多故障均产生局部放电。一般情况下，如果变压器油中发现了特征气体则表明其内部己经存在比较严重的局部放电。局部放电能有效反映变压器内部的绝缘状况。
2.4 变压器油性能指标在线监测
在变压器运行过程中，如果变压器的油质发生变化且达到一定程度，会使绝缘性能下降危及变压器安全运行。常规监测变压器油质变化的方法也很多，主要是测量油的各项性能指标和油中溶解气体的含量。
变压器油性能的在线监测专家系统由数据库、知识库、推理机、知识获取和人机接口等几部分组成。数据库的主要功能是存储并及时提供变压器油质变化的各项指标和历史数据。数据库中的各种指标和信息中还包括对油质的缺陷分析和处理结果，可以为监测维护人员提供详细的油性能数据。知识库用来存储与变压器分析相关的经验和知识。
3 结语
以上本文对变压器在线检测与故障诊断进行了粗略的探讨，由于篇幅和水平有限，还有许多内容没涉及到，比如：在线监测用于变压器的综合诊断等，在今后的工作中笔者将不断努力。
参考文献：
[1]王晓莺. 变压器故障与监测.北京：机械工业出版社，2004，3
[2]苑世光. 对低压配电变压器常见间题的探讨，黑龙江科技信息，2008，20
作者简介：
魏义江（1970—），男，汉族，湖北随州市人，技师，主要从事电工维修工作。
【关键词】变压器；在线检测；故障诊断
【分类号】TM407
0 引言
变压器是电力网中最重要的设备之一，其常见的故障有局部放电、局部过热、绝缘老化、铁心多点接地、调压开关失灵和套管故障、冷却装置故障等，尽管电网对主变压器配置了许多继电保护装置，但保护动作在变压器故障后用于切除故障，是避免事故扩大的有效措施，不足以可靠地监视变压器运行。因此，对运行变压器存在隐患和故障的预知、预测则显得尤为重要。下面笔者阐述了变压器常见故障及原因，探讨了变压器的在线监测。
1 变压器常见故障及原因
1.1 变压器的过热故障
变压器的过热故障是最常见的故障之一。因为其在运行中缺乏监视，巡视检查不到位使其过载的情况得不到及时掌握和控制。在正常运行负载下，其发生过热故障主要原因有：
绕组过热、分接开关接触不良、引线故障、漏磁导致的故障、变压器冷却装置故障。
1.2 变压器短路故障
指其出口或近区发生短路引起的故障。该异常运行是在其运行中常有的。据有关资料统计，近年来一些地区110KV及以上变压器遭受短路电流冲击直接导致损坏变压器约占全部事故的50%以上，与前几年比较呈大幅度上升的趋势，应引起人们的足够重视。
变压器突发短路可能引起绝缘热故障，因短路电流值将高达额定电流17倍以上，使绕组线圈产生很大热量，线圈等绝缘材料严重受损使其形成绕组击穿损坏事故。
1.3 变压器放电故障
主要是其内部放电对绝缘造成破坏。这是因为一方面放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并扩大至绝缘击穿，另一方面放电产生的热、臭氧、氧化氢等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介损增大导致绝缘热击穿。
1.4 变压器渗漏油故障
这种现象是变压器最常见的异常现象之一。其大多数是由于制造过程中形成的缺陷或者由于材质不良而引起的，此外因安装、检修时质量问题及环境、负载等因素影响，会造成变压器的渗漏问题。
变压器的焊点多、焊道长，焊接的工艺、技术及材料直接影响焊接质量；密封材料质量低劣、老化是变压器连接部位渗漏的主要原因。变压器油箱本体以及套管、冷却系统等连接处均采用橡胶密封件连接，这些橡胶密封件长期处于高温、挤压、油浸和局部暴露的条件下，容易老化、变质、龟裂、塑性变形，以至失效，这也是造成密封处渗漏的主要原因。而材质低劣，安装检修工艺不良是变压器早期出现油渗的主要原因；变压器的导电铜杆、导电铜板及安装座的铜焊处时常会发生渗漏，因铜焊的脆性较大，在安装或运行中可能发生裂缝而渗漏。
1.5 变压器进水受潮的故障
变压器由于进水受潮而引发绝缘事故占绝缘事故的10%～20%。进水原因有：套管顶部连接帽密封不良，水分沿引线进入绕组绝缘内，引起击穿事故；呼吸器的干燥剂失效；污爆管密封不严或潜水泵渗漏；油枕隔膜或胶串破损等情况，外界的潮气会通过这些途径进入变压器，使绝缘受潮。此外还有检修过程中，器身暴露空气中时间过长，空气中温度过大造成绝缘受潮。
1.6 变压器绝缘故障
变压器的寿命主要取决于变压器使用的绝缘材料的寿命，实践证明大多数变压器的损坏和故障大都是因绝缘系统损坏而造成的，据统计变压器绝缘故障形成事故约占全部变压器事故的85%以上。一般变压器的预期寿命定20～40年，但由于实际运行的负载较额定值为低，温升的累积较设计值低，因而变压器的实际寿命的预期的要长许多，现场运行经验表明，维护得好的变压器实际寿命可达50～70年。
1.7 变压器铁心故障
造成铁心故障原因有制造安装和检修过程中疏忽。将异物、杂物掉入油箱；铁心夹件、尺寸不对；铁心绝缘脱落；运输中定位钉未翻动或拆除；绝缘油泥污垢堵塞铁心散热通道；下夹件与铁扼的木垫及绝缘损坏受潮等等。
1.8 变压器分接开关故障
变压器的分接开关故障占有一定比例，约占全部故障的5%～10%，故障停运时间占整个非计划停运时间不到5%。分接开关故障常反映在开关弹簧压力不足，滚轮压力不足，压力不均，接触不良，接触面过小，接触电阻增大，烧伤，引线连接不良，此外分接开关相互绝缘距离不够等等。
2 变压器的在线监测
2.1 变压器油中气体监测
对绝缘油、绝缘材料长期在电、热、氧、水等各种因素的作用下会逐渐裂解变质，而通过对其裂解变质的生成物的化学分析，可以间接的诊断设备绝缘故障和老化的速度。
变压器油中气体检测是在变压器运行状况下进行，并且对故障初期有较好的灵敏度，因此被广泛采用，具有良好的经济效益和社会效益。
油中溶解气体分析判断故障的主要方法是阐值判断，即将监测到的各种气体组分的浓度和国家标准规定的注意值作对比，超过注意值时还应和历史数据作比较，确定气体浓度有无突然增长。必要时可缩短监测周期，进行追踪分析，主要应分析产气速率。另外，要注意检修后的变压器，由于油浸材料中残油所残存的故障特征气体释放至检修后己脱气的油中，导致在追踪分析初期，会发现故障特征气体明显增长的现象，从而判断为故障尚未消除。
2.2 变压器绕组在线监测
变压器绕组在线监测的基本原理是根据变压器绕组的短路电抗值的变化进行变形与否的监测和判断。因为绕组的短路电抗值与绕组的变形程度、几何尺寸以及位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。
在工频电压不变的情况下，短路阻抗及阻抗中的电感分量与变压器绕组的几何形状及位移相关。通过理论研究和实际测试，实时监测绕组短路电抗的变化对在线监测变压器绕组变形具有很好的实效性。
2.3 变压器局部放电在线监测
变压器局部放电是反映高压电气设备状态的一个重要标志。因为很多故障均产生局部放电。一般情况下，如果变压器油中发现了特征气体则表明其内部己经存在比较严重的局部放电。局部放电能有效反映变压器内部的绝缘状况。
2.4 变压器油性能指标在线监测
在变压器运行过程中，如果变压器的油质发生变化且达到一定程度，会使绝缘性能下降危及变压器安全运行。常规监测变压器油质变化的方法也很多，主要是测量油的各项性能指标和油中溶解气体的含量。
变压器油性能的在线监测专家系统由数据库、知识库、推理机、知识获取和人机接口等几部分组成。数据库的主要功能是存储并及时提供变压器油质变化的各项指标和历史数据。数据库中的各种指标和信息中还包括对油质的缺陷分析和处理结果，可以为监测维护人员提供详细的油性能数据。知识库用来存储与变压器分析相关的经验和知识。
3 结语
以上本文对变压器在线检测与故障诊断进行了粗略的探讨，由于篇幅和水平有限，还有许多内容没涉及到，比如：在线监测用于变压器的综合诊断等，在今后的工作中笔者将不断努力。
参考文献：
[1]王晓莺. 变压器故障与监测.北京：机械工业出版社，2004，3
[2]苑世光. 对低压配电变压器常见间题的探讨，黑龙江科技信息，2008，20
作者简介：
魏义江（1970—），男，汉族，湖北随州市人，技师，主要从事电工维修工作。