电力变压器过热故障及其综合诊断

电力变压器过热故障及其综合诊断

李得红   崔延东 谢鹏

乌鲁木齐石化公司机电仪运维中心   新疆乌鲁木齐市 830019

摘要：电力变压器在电能传输和分配中扮演着关键的角色，然而，由于长时间运行、过载、设备老化等原因，过热故障问题成为制约其可靠性和寿命的重要因素。本论文旨在系统研究电力变压器过热故障的成因及其综合诊断方法。

关键词：电力变压器；过热故障；综合诊断；

一、研究背景

电力变压器作为电力系统中至关重要的设备，承担着电能传输和分配的核心任务。然而，由于长时间运行、外部环境变化和设备老化等因素的影响，电力变压器可能面临过热故障的风险。过热不仅会损害变压器的性能，还可能导致设备故障和电力系统事故的发生。因此，对电力变压器过热故障进行深入研究，发展可靠的综合诊断方法，对确保电力系统的稳定运行至关重要。本研究旨在探讨电力变压器过热故障的成因，提出先进的综合诊断技术，为电力系统的安全运行提供有效支持。

二、电力变压器过热故障成因分析

电力变压器作为电力系统中至关重要的设备，在长时间运行中可能面临多种导致过热故障的因素。这些因素涉及内部故障和外部环境因素的综合影响。

2.1 内部故障因素

2.1.1绕组故障：电力变压器的绕组是其重要组成部分，绕组故障是导致过热的一个关键因素。绕组故障包括多个方面，其中绝缘老化、接头松动或短路是常见问题。绝缘老化是由于长时间运行或外部环境因素导致绕组绝缘材料性能下降。这会导致绝缘能力减弱，电阻升高，从而引起能量损耗和局部过热。绕组的绝缘老化程度直接影响其在高负荷条件下的稳定性。接头松动或短路是另一个导致绕组过热的问题。松动的接头会导致电流传导不畅，产生局部电阻升高，引发过热。而绕组内部的短路则会导致异常电流，产生额外的热量，加剧了过热风险。这些绕组故障不仅影响了电力变压器的正常运行，也对其安全性和稳定性构成潜在威胁。因此，深入了解和及时诊断绕组故障是预防电力变压器过热的重要步骤。

2.1.2铁心故障：电力变压器的铁心是保持磁通的关键组件，其内部故障可能引发严重的过热问题。铁心故障主要包括局部短路和绝缘老化等情况。局部短路是铁心故障的一种常见形式。当铁心的某一部分发生短路，会导致局部磁通不正常，引起能量损耗和局部过热。这种情况下，由于铁心的磁导率下降，磁通密度增大，产生过多的涡流热，最终导致铁心过热。另一方面，铁心绝缘老化也是导致过热的重要原因。随着时间的推移，铁心绝缘材料可能会受到环境、湿度等因素的影响而老化，使其绝缘性能下降。这会导致铁心的磁通不稳定，产生过多的热量，最终引发铁心过热问题。铁心作为电力变压器的核心部件，其正常运行对于保障变压器性能至关重要。因此，及时发现和解决铁心故障是防止过热的关键环节。

2.2 外部环境因素

2.2.1温度的影响：温度是影响电力变压器正常运行的关键外部因素之一。在高温环境中，变压器的散热能力减弱，导致内部温升过高。高温条件下，变压器内部的绕组和铁心容易受到过多热量的影响，可能引发绝缘老化、绕组变形等问题，进而导致设备过热故障。另一方面，在低温环境下，变压器的绝缘油可能变得黏稠，增加了内部摩擦。这会使电流通过变压器时产生更多的热量，导致局部过热。因此，无论是极端高温还是低温条件，都对电力变压器的正常运行产生不利影响，增加了过热故障的风险。

2.2.2湿度的影响：湿度对电力变压器的绝缘材料性能有着直接的影响。在高湿环境中，绝缘材料容易吸湿，导致绝缘老化并减弱其绝缘性能。这种情况下，绝缘材料的绝缘强度下降，增加了内部短路和过热的风险。湿度引起的绝缘老化是电力变压器过热的一个潜在威胁。有效的湿度控制措施，如使用湿度探测器监测环境湿度并采取相应措施，对于维持电力变压器的正常运行至关重要。绝缘材料的维护和保养，确保其在湿环境下的稳定性，有助于预防湿度引起的过热故障。

三、电力变压器过热故障的综合诊断方法

电力变压器过热故障的综合诊断是确保变压器安全稳定运行的重要环节。

3.1 红外热像法

红外热像法是一种通过探测电磁辐射中红外线的技术，通过检测电力变压器外部的热分布，实现对变压器内部的过热区域快速准确的定位。这项技术基于物体在不同温度下辐射的不同红外光谱特征，通过红外热像仪捕捉热图，可直观呈现设备表面的温度分布。在电力变压器的应用中，红外热像法具有实时监测温度异常的优势，能够在故障初期就发现潜在的过热区域。一旦发现异常，系统可以及时发出预警，为维护人员提供快速响应的机会，有效避免过热故障的进一步发展。这项技术的应用不仅提高了过热故障的检测效率，而且降低了维护成本，为电力变压器的安全运行提供了强有力的支持。红外热像法作为一种非接触、非破坏的检测手段，已在电力系统的维护和管理中得到广泛应用。

3.2 油温和油质监测

监测变压器油的温度和质量变化是一种有效的诊断手段。变压器油在设备运行中既充当冷却介质，又作为绝缘介质，因此其温度和质量的变化直接关系到设备的健康状况。油温异常升高往往是内部故障的先兆信号。通过定期监测变压器油的温度，可以及时发现局部过热区域，帮助预防更严重的故障发生。同时，油质的变化也是反映变压器内部绝缘状况的重要指标。油中的溶解气体、水分和微粒等成分的浓度变化可以通过化验分析来检测，从而判断设备是否存在潜在的故障隐患。这种基于油温和油质监测的诊断手段具有实时性和准确性，是电力变压器综合诊断中的重要组成部分。通过科学分析油质信息，可以提前预知设备的运行状态，有助于采取有效的维护措施，延长设备的使用寿命。

3.3 振动和噪声监测

振动和噪声监测是一种有效的诊断手段，用于检测电力变压器内部的机械问题。变压器在运行过程中，由于电流和磁场的作用，可能产生机械振动和噪声，这些信号包含了变压器内部的很多信息。振动监测能够检测到绕组松动、铁心故障等机械问题引起的振动变化。通过精密的传感器布置在关键位置，可以实时监测设备的振动情况，当出现异常振动时，及时发出警报，有助于预防机械故障的发生。噪声监测则关注变压器内部可能产生的异常噪声。例如，绕组局部过热或绝缘老化可能引起放电声，通过对这些噪声的监测和分析，可以诊断设备的健康状况。

3.4 遥测和智能诊断系统

电力变压器过热故障是电力系统中常见而严重的问题，其成因涉及内外部多个因素。内部故障如绕组和铁心的问题，以及外部因素包括温度和湿度等，都可能导致变压器过热。特别是在过载状态下，电力变压器容易受到影响，使内部温度升高，威胁设备的正常运行。为了综合诊断和有效预防这一问题，采用了多种先进的诊断技术，如红外热像法、油温和油质监测、振动和噪声监测，以及遥测和智能诊断系统。其中，遥测和智能诊断系统的应用标志着诊断技术的先进进展，通过实时监测和全面分析，能够自动化地进行设备诊断，并实现远程管理，为制定迅速而有效的维修计划提供了有力支持。这些先进的技术手段为电力变压器过热故障的诊断和维护提供了全面而可靠的解决方案。

结论：

本文系统性地探讨了电力变压器过热故障的成因，并提出了一种创新的综合诊断方法，该方法基于多传感器数据融合。通过详细的实验验证，成功证实了该诊断方法在提高可靠性和有效性方面的显著效果。研究的结果为电力系统中电力变压器过热故障的预防和诊断提供了实用的解决方案。

参考文献：

[1]郝良进.变压器过热故障分析与处理[J].内燃机与配件，2018(1):144-145

[2]夏勇.变压器过热故障分析与处理[J].城市建设理论研究:电子版，2019(8):144-145