三相變壓器故障診斷方法

一、引言

三相變壓器作為電力系統中的核心設備，其運行狀態(tài)直接關系到電網的安全穩(wěn)定。由于長期處于高電壓、大電流的工作環(huán)境，加之絕緣材料老化、機械振動、過載等因素影響，變壓器難免會出現各類故障。及時準確地診斷變壓器故障，對于預防重大事故、延長設備壽命、保障供電可靠性具有重要意義。本文將系統介紹三相變壓器常見故障類型及其診斷方法。

二、三相變壓器常見故障類型

1. 繞組故障

繞組故障是變壓器最常見的故障之一，主要包括：

- 匝間短路：繞組相鄰匝間絕緣損壞導致的局部短路

- 相間短路：不同相繞組間的絕緣擊穿

- 繞組接地：繞組與鐵芯或外殼間的絕緣損壞

- 繞組變形：機械應力導致的繞組幾何形狀改變

2. 鐵芯故障

鐵芯故障主要包括：

- 鐵芯多點接地：正常情況下鐵芯應單點接地，多點接地會產生環(huán)流

- 鐵芯局部過熱：硅鋼片間絕緣損壞導致的渦流損耗增加

- 鐵芯松動：緊固件松動導致的異常振動和噪聲

3. 絕緣系統故障

絕緣系統故障包括：

- 油紙絕緣劣化：長期熱老化導致的絕緣性能下降

- 局部放電：絕緣內部或表面局部區(qū)域的放電現象

- 油質劣化：變壓器油受潮、氧化或污染

4. 分接開關故障

有載分接開關常見故障有：

- 觸頭燒蝕：頻繁操作導致的接觸不良

- 機械卡澀：機構潤滑不良或零件磨損

- 過渡電阻異常：電阻值變化或開路

5. 冷卻系統故障

冷卻系統故障包括：

- 油泵故障：電機損壞或軸承磨損

- 風扇故障：葉片變形或電機問題

- 散熱器堵塞：灰塵積聚或閥門故障

三、三相變壓器故障診斷方法

1. 電氣試驗診斷法

(1) 繞組電阻測量

通過測量繞組直流電阻可發(fā)現：

- 繞組斷線或接觸不良

- 分接開關接觸問題

- 繞組匝間短路（需結合其他方法）

(2) 變比試驗

測量各分接位置下的電壓比可發(fā)現：

- 繞組匝數錯誤

- 分接開關錯位

- 嚴重的繞組短路

(3) 空載試驗

測量空載電流和損耗可判斷：

- 鐵芯質量（硅鋼片性能）

- 鐵芯多點接地

- 繞組匝間短路

(4) 短路試驗

測量短路阻抗和負載損耗可發(fā)現：

- 繞組變形或位移

- 引線接觸不良

(5) 絕緣電阻測試

測量繞組對地及繞組間絕緣電阻可評估：

- 整體絕緣狀況

- 受潮程度

- 嚴重局部缺陷

2. 油中溶解氣體分析(DGA)

DGA是診斷變壓器內部故障最有效的方法之一，通過分析油中溶解的特征氣體可判斷：

- 過熱故障：主要產生CH?、C?H?、C?H?

- 放電故障：主要產生H?、C?H?

- 油紙絕緣劣化：CO、CO?含量增加

常用診斷方法包括：

- 特征氣體法：根據氣體成分判斷故障類型

- 比值法（如Rogers比值、Doernenburg比值）：通過氣體比值確定故障性質

- 三比值法（IEC 60599標準）：最常用的診斷方法

3. 局部放電檢測

局部放電是絕緣劣化的重要征兆，檢測方法包括：

- 電測法：測量放電脈沖電流

- 聲測法：檢測放電產生的超聲波

- 超高頻法：檢測300MHz-3GHz頻段的電磁波

- 化學法：檢測放電產生的特征氣體

4. 頻率響應分析法(FRA)

FRA通過測量繞組在不同頻率下的響應特性來診斷：

- 繞組變形（軸向、徑向）

- 繞組松動

- 內部引線位移

5. 紅外熱像檢測

利用紅外熱像儀可發(fā)現：

- 接頭過熱

- 套管異常發(fā)熱

- 散熱器堵塞

- 油位異常

6. 振動與噪聲分析

通過監(jiān)測振動和噪聲可診斷：

- 鐵芯松動

- 繞組松動

- 冷卻系統機械故障

7. 在線監(jiān)測技術

現代變壓器常配備在線監(jiān)測系統，包括：

- 油中氣體在線監(jiān)測

- 局部放電在線監(jiān)測

- 繞組溫度在線監(jiān)測

- 負荷電流在線監(jiān)測

四、綜合診斷策略

1. 初步判斷：根據運行記錄、保護動作信號、外觀檢查等進行初步判斷

2. 油化驗分析：優(yōu)先進行DGA分析，確定是否存在內部故障

3. 電氣試驗：根據初步判斷選擇適當的電氣試驗項目

4. 專項檢測：針對特定問題開展局部放電、FRA等專項檢測

5. 綜合評估：結合各項檢測結果進行交叉驗證和綜合判斷

6. 趨勢分析：與歷史數據對比，評估故障發(fā)展程度

五、結論

三相變壓器故障診斷是一個多方法、多參數的綜合分析過程。實際應用中應根據變壓器的重要性、運行歷史和故障征兆，選擇合適的診斷方法組合?，F代智能診斷技術如人工智能算法、大數據分析等正在變壓器故障診斷領域得到應用，可進一步提高診斷的準確性和效率。定期預防性試驗與在線監(jiān)測相結合，構成了變壓器狀態(tài)檢修的技術基礎，對保障電力系統安全運行具有重要意義。