关于电力变压器的故障分析讨论

关于电力变压器的故障分析讨论

杨怀东

中国能源建设集团甘肃电力变压器厂

摘要：变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。本文以电力变压器的故障诊断为研究对象，主要探讨了电力变压器的故障分类及规律，并介绍了电力变压器故障诊断的关键技术，然后基于模糊理论对电力变压器的故障诊断方法进行分析。

关键词：模糊理论；变压器；故障诊断

前言

变压器是电力系统中极其重要的电器没备，它的安全运行直接关系到电网能否安全、高效、经济地运行。变压器一旦故障，将造成的经济损失巨大。电力变压器是传输、分配电能的枢纽，也是电力网的核心元件，其可靠运行不仅关系到广大用户的电能质量，也关系到整个系统的安全程度。变压器运行的正常直接影响用户生产和生活用电，并关系到用电设备的安全。因此，探讨研究电力变压器的故障诊断方法对于电力系统安全性的提高来说意义非凡。

一电力变压器的故障分析

变压器的故障分析及处理方法是电工和电气技术人员必须掌握的一门实用技术。熟悉而准确地排除变压器、电气故障，是每个电气工作人员必须具有的基本功。电力变压器故障发生率的降低及电气设备可靠性的增加等不仅取决于制造设备及安装设备的质量、水平，还取决于对设备实施检修维护工作的必要性。在常见的变压器故障类型当中，划分方式有很多：通过回路可以划分成为磁路、油路以及电路三个类型；通过主体结构可以划分为铁芯、油质、绕组等类型的故障；以变压器本体为依据可以划分为外部故障、内部故障。比如：油浸式变压器，出口的短路故障是故障发生率最高的区域，并且对于电力变压器产生的影响也最大，同时也有油渗漏故障、变压器油流带点故障以及互动保护故障等潜藏其中。

随着时间的不断变化，故障的发生率也可以大致划分成为早期、偶然以及损耗三个阶段的故障。电力变压器设备在投入使用的最初三年时间里发生的故障就是早期故障，其发生率较高，且随着时间的推移，这一几率会逐渐降低。导致早期故障发生的主要原因是变压器设备在设计制造方面存在缺陷，如设计不科学、使用材料未达标、焊接装配不当、质量检验粗糙等。在早期故障之后，变压器就进入到有用寿命期，偶然故障随之发生。该故障的特点是稳定且发生率很低，由一些偶然的、随机的因素造成，如突然变压器的技术参数超越极限值、在偶然因素的激发下材料弱点得以凸显、运行环境突然被改变、操作失误及维护不当等。在电力变压器的使用末期，损耗故障自然就产生了，且随着时间的推移，其发生率将越来越大。损耗故障发生的主要因素是电力变压器内部发生化学变化、物理变化等，从而引起疲劳、老化、腐蚀、磨损、阻抗增大等。

二电力变压器故障的诊断技术

1变压器绕组变形故障的测试与诊断。电力网设备最核心的组成部分之一就是电力变压器，所以其运行的可靠程度将直接决定着电力系统的安全水平。但是，由于受到设计工艺及制造技术、维护水平等因素的限制，造成电力变压器时常发生故障，尤其是近年来频繁发生的电力变压器短路故障，对电力系统的运行安全带来严重的消极影响。一旦电力变压器绕组而产生机械的局部变形之后，变压器内部的电容和电感等参数的分布必将发生改变。因此，我们应当科学使用一定的故障诊断测试技术、方法，对变压器的每一个特定绕组参数进行测量，并仔细分析比较测试的结果，致力于诊断出电力变压器绕组的倾斜、扭曲、移位以及鼓包等各种变形现象。站在测试手段的角度，我们最常使用的电力变压器故障诊断方法包括低压脉冲法、阻抗法及频率响应分析法等。

2变压器红外诊断技术。变压器故障的红外诊断技术具体是指针对正在运行的变压器实施非接触性的无损检测，并对温度分布场实施大面积的扫描，以对局部缺陷完成定点测温工作，准确识别变压器设备表面的温差变化，通常是0.1-0.5℃。与此同时，红外仪器将有机结合计算机技术，准确处理电力变压器设备出现的红外热像，从而针对故障数据实现统计、分析、存储及显示等各种技术功能。红外测温诊断技术并不会受到现场电力变压器设备的高压强电场带来的干扰，所以并不会对正常运行电力变压器造成不利影响。且红外诊断技术能够确保诊断仪器跟带电部位维持在足够程度的安全距离上，所以这一故障诊断技术十分安全，并拥有较高的可靠性及经济性。红外诊断技术最常使用的故障诊断方法有相对温差法、温度辨析法、历史数据分析法以及同类比较法等。

三基于模糊理论的故障诊断

1模糊诊断的原理。较专家系统结构而言，模糊系统有很多相似之处，其组成部分主要包括模糊知识库、模糊推理机以及人机界面等。模糊理论正在持续地发展和完善，它的一些优点逐渐得到人们的重视，如模糊理论能够适应一些不确定的问题；专家的经验通过模糊知识库语言变量的使用进行传达，跟人们的表达习惯更加接近；一个问题可以通过模糊理论得到若干个可能的解决方案，并能够以这些方案拥有的模糊程度实现优先排序等。模糊理论在对不确定性的问题进行处理时主要有两种方法，即基于模糊理论及基于概率理论。作为有效处理不确定性信息的工具之一，模糊数学将有助于提高诊断系统的稳定性、准确性。而电力变压器的故障诊断就是运用有效的诊断方法搜索各种故障征兆，并针对这些征兆的产生原因进行科学解释。在电力变压器的故障诊断过程中，很多不确定的因素是普遍存在的，并以模糊性、随机性的形式呈现，客观反映出故障的不确定性，具体表现为边界的不确定性、人为主观解释的不确定性。由于这两种不确定性的因素是同时存在的，因而电力变压器现有的绝对化故障诊断规则并不能适应这种不确定性，造成故障诊断始终存在误判，无法对电力变压器的潜在故障进行准确的定位和分析。模糊诊断最基本的流程分为三个阶段：将气体溶解到油里面，对原始数据进行分析并实施模糊化处理；针对模糊集上面存在的相似关系开展计算工作；实施动态分类步骤，以找寻分类结构的最优化。

2故障诊断的分析。使用模糊故障诊断方法的目的在于判断电力变压器是否存在故障。如大型的油浸式变压器，其故障诊断的单一依据是产气率，它并不能对故障的发生作出全面的提示，而以往的故障诊断技术方法仅考虑了气体的注意值，因此我们应当将产气率纳入到故障诊断系统进行考虑，综合分析特征气体及其产气率，以尽量提升油浸式电力变压器的故障诊断精度。故障的诊断和辨别主要是对电力变压器产生故障的情况进行判断，并分析出故障发生的类型。可以直接采用国家制定的标准判断导则，但这一方法存在两点局限：一是在划分比值区间时太过绝对化，很容易造成误判；二是故障的反映不全面，在诊断复合故障方面不具备足够高的准确度。针对这样的局限，我们应当科学使用模糊诊断技术和方法，克服电力变压器故障诊断存在的不足，从而大力提升诊断的准确率。

四结语

造成电力变压器故障的原因有很多，人为因素、外界因素、变压器自身因素等等，当变压器出现故障时，检修人员在判断变压器故障的过程中，要对故障进行全面的分析，以便制定出最为合理科学的应对方案，从而保证电力系统的正常运行。这就需要我们在今后的工作中不断进行理论研究和实践经验的总结，争取挖掘出更加科学、更加有效的电力变压器故障诊断方法，以高电力企业健康发展的速度。

参考文献：

[1]邵苠峰.电力变压器故障诊断中交互式推理的研究与实现[J].变压器，2013，3.

[2]杜联兴.变压器故障诊断研究进展与展望[J].广东电力，2013，3.

[3]高伟.电力变压器状态评估及故障诊断方法研究[J].科技创新与应用，2014，19.

作者简介：

杨怀东：男；汉；工程师中级职称；本科；研究方向：电力、电力工程监理；供职单位：中国能源建设集团甘肃电力变压器厂。