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(tǒng)中的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。由于長(zhǎng)期處于高電壓、大電流的工作環(huán)境，加之絕緣材料老化、機(jī)械振動(dòng)、過(guò)載等因素影響，變壓器難免會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)故障。及時(shí)準(zhǔn)確地診斷變壓器故障，對(duì)于預(yù)防重大事故、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保障供電可靠性具有重要意義。本文將系統(tǒng)介紹三相變壓器常見(jiàn)故障類(lèi)型及其診斷方法。

二、三相變壓器常見(jiàn)故障類(lèi)型

1. 繞組故障

繞組故障是變壓器最常見(jiàn)的故障之一，主要包括：

- 匝間短路：繞組相鄰匝間絕緣損壞導(dǎo)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(jī)械應(yīng)力導(dǎo)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(diǎn)接地：正常情況下鐵芯應(yīng)單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地會(huì)產(chǎn)生環(huán)流

- 鐵芯局部過(guò)熱：硅鋼片間絕緣損壞導(dǎo)致的渦流損耗增加

- 鐵芯松動(dòng)：緊固件松動(dòng)導(dǎo)致的異常振動(dòng)和噪聲

3. 絕緣系統(tǒng)故障

絕緣系統(tǒng)故障包括：

- 油紙絕緣劣化：長(zhǎng)期熱老化導(dǎo)致的絕緣性能下降

- 局部放電：絕緣內(nèi)部或表面局部區(qū)域的放電現(xiàn)象

- 油質(zhì)劣化：變壓器油受潮、氧化或污染

4. 分接開(kāi)關(guān)故障

有載分接開(kāi)關(guān)常見(jiàn)故障有：

- 觸頭燒蝕：頻繁操作導(dǎo)致的接觸不良

- 機(jī)械卡澀：機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑不良或零件磨損

- 過(guò)渡電阻異常：電阻值變化或開(kāi)路

5. 冷卻系統(tǒng)故障

冷卻系統(tǒng)故障包括：

- 油泵故障：電機(jī)損壞或軸承磨損

- 風(fēng)扇故障：葉片變形或電機(jī)問(wèn)題

- 散熱器堵塞：灰塵積聚或閥門(mén)故障

三、三相變壓器故障診斷方法

1. 電氣試驗(yàn)診斷法

(1) 繞組電阻測(cè)量

通過(guò)測(cè)量繞組直流電阻可發(fā)現(xiàn)：

- 繞組斷線或接觸不良

- 分接開(kāi)關(guān)接觸問(wèn)題

- 繞組匝間短路（需結(jié)合其他方法）

(2) 變比試驗(yàn)

測(cè)量各分接位置下的電壓比可發(fā)現(xiàn)：

- 繞組匝數(shù)錯(cuò)誤

- 分接開(kāi)關(guān)錯(cuò)位

- 嚴(yán)重的繞組短路

(3) 空載試驗(yàn)

測(cè)量空載電流和損耗可判斷：

- 鐵芯質(zhì)量（硅鋼片性能）

- 鐵芯多點(diǎn)接地

- 繞組匝間短路

(4) 短路試驗(yàn)

測(cè)量短路阻抗和負(fù)載損耗可發(fā)現(xiàn)：

- 繞組變形或位移

- 引線接觸不良

(5) 絕緣電阻測(cè)試

測(cè)量繞組對(duì)地及繞組間絕緣電阻可評(píng)估：

- 整體絕緣狀況

- 受潮程度

- 嚴(yán)重局部缺陷

2. 油中溶解氣體分析(DGA)

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

- 過(guò)熱故障：主要產(chǎn)生CH?、C?H?、C?H?

- 放電故障：主要產(chǎn)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(jù)氣體成分判斷故障類(lèi)型

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

- 三比值法（IEC 60599標(biāo)準(zhǔn)）：最常用的診斷方法

3. 局部放電檢測(cè)

局部放電是絕緣劣化的重要征兆，檢測(cè)方法包括：

- 電測(cè)法：測(cè)量放電脈沖電流

- 聲測(cè)法：檢測(cè)放電產(chǎn)生的超聲波

- 超高頻法：檢測(cè)300MHz-3GHz頻段的電磁波

- 化學(xué)法：檢測(cè)放電產(chǎn)生的特征氣體

4. 頻率響應(yīng)分析法(FRA)

FRA通過(guò)測(cè)量繞組在不同頻率下的響應(yīng)特性來(lái)診斷：

- 繞組變形（軸向、徑向）

- 繞組松動(dòng)

- 內(nèi)部引線位移

5. 紅外熱像檢測(cè)

利用紅外熱像儀可發(fā)現(xiàn)：

- 接頭過(guò)熱

- 套管異常發(fā)熱

- 散熱器堵塞

- 油位異常

6. 振動(dòng)與噪聲分析

通過(guò)監(jiān)測(cè)振動(dòng)和噪聲可診斷：

- 鐵芯松動(dòng)

- 繞組松動(dòng)

- 冷卻系統(tǒng)機(jī)械故障

7. 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

現(xiàn)代變壓器常配備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

- 油中氣體在線監(jiān)測(cè)

- 局部放電在線監(jiān)測(cè)

- 繞組溫度在線監(jiān)測(cè)

- 負(fù)荷電流在線監(jiān)測(cè)

四、綜合診斷策略

1. 初步判斷：根據(jù)運(yùn)行記錄、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、外觀檢查等進(jìn)行初步判斷

2. 油化驗(yàn)分析：優(yōu)先進(jìn)行DGA分析，確定是否存在內(nèi)部故障

3. 電氣試驗(yàn)：根據(jù)初步判斷選擇適當(dāng)?shù)碾姎庠囼?yàn)項(xiàng)目

4. 專項(xiàng)檢測(cè)：針對(duì)特定問(wèn)題開(kāi)展局部放電、FRA等專項(xiàng)檢測(cè)

5. 綜合評(píng)估：結(jié)合各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行交叉驗(yàn)證和綜合判斷

6. 趨勢(shì)分析：與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)估故障發(fā)展程度

五、結(jié)論

三相變壓器故障診斷是一個(gè)多方法、多參數(shù)的綜合分析過(guò)程。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)變壓器的重要性、運(yùn)行歷史和故障征兆，選擇合適的診斷方法組合。現(xiàn)代智能診斷技術(shù)如人工智能算法、大數(shù)據(jù)分析等正在變壓器故障診斷領(lǐng)域得到應(yīng)用，可進(jìn)一步提高診斷的準(zhǔn)確性和效率。定期預(yù)防性試驗(yàn)與在線監(jiān)測(cè)相結(jié)合，構(gòu)成了變壓器狀態(tài)檢修的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義。