摘要：目前，变电站内主变压器(以下简称“变压器”)在其全寿命周期内推行状态检修模式，通过开展必要的检修以使其保持、恢复或改善运行状态，其中例行停电检修作为其状态评估与维护的重要手段，发挥了十分关键的作用。本文对不停电检测的变压器状态检修进行探讨。
关键词：不停电检测；变压器；状态检修
一、变压器运行情况分析
1、缺陷分类
变压器按结构形式主要由本体、套管、分接开关、冷却系统和其他组部件构成。本次变压器样本数据库仅统计危急、严重缺陷，按缺陷类型共分为13类，分别为接触不良、局部过热、渗漏油、声响异常、油位异常、绕组变形、冷却系统故障、分接开关故障、呼吸器异常、外表锈蚀、指示异常、瓦斯发信和绝缘缺陷。
2、缺陷统计分析
依据选定对象在2005年至2014年期间共计发现的4606条危急、严重缺陷，建立了变压器缺陷样本数据库。按照缺陷类型、发现方式、电压等级、设备运行年限等维度对变压器缺陷开展了统计分析，揭示了变压器在运行过程中的相关规律，为开展变压器设备带电检测项目替代停电检测项目的研究提供了实际依据。具体统计分析结果如下：按照缺陷类型统计分析。冷却系统缺陷和渗漏油缺陷数量最多，二者占缺陷总数55%以上。其中冷却系统缺陷1619项，占缺陷总数的35.1%；渗漏油缺陷1050项，占缺陷总数的22.8%。按照发现方式统计分析，巡视发现缺陷数量为3855条，占比为83.7%，其中冷却系统缺陷(1615条，占比为35.1%)和渗漏油(1023条，占比为22.2%，)是主要的缺陷类型；停电试验发现缺陷数量为176条，占比为3.8%，其中接触不良(74条，占比为40%)和绝缘缺陷(46条，占比为26.1%)是最主要的缺陷类型；带电检测发现缺陷数量为544条，占比为11.8%，其中接触不良(306条，占比为56.3%)和绝缘缺陷(183条，占比为33.6%)是最主要的缺陷类型；在线监测发现缺陷数量31条，占比为0.7%，均为绝缘缺陷。以上两种统计结果表明：变压器大部分缺陷可以通过运行巡视方式发现，带电检测与在线监测方式可以发现大部分接触不良和绝缘缺陷，而停电试验方式可发现的缺陷仅为3.8%。按照不同电压等级对缺陷进行统计分析。其中，500kV变压器缺陷104条，占比为2.3%；330kV变压器缺陷35条，占比为0.8%；220kV变压器缺陷805条，占比为17.5%；110kV变压器缺陷3188条，占比为69.2%；66kV变压器缺陷474条，占比为10.3%。其缺陷比例分布与各电压等级变压器设备在运数量比例基本一致，说明各电压等级变压器设备出现缺陷的概率相当。按照设备运行年限对缺陷进行统计分析。运行年限小于等于5年的设备数量为1382台，占比为30%；运行年限大于5年小于等于10年的设备数量为1306台，占比为28.4%；运行年限大于10年小于等于15年的设备数量为925台，占比为20.1%；运行年限大于15年小于等于20年的设备数量为458台，占比为9.9%；运行年限大于20年的设备数量为535台，占比为11.6%。根据统计结果分析，设备缺陷率和设备运行时间密切相关：设备投运初期是设备质量缺陷集中爆发的时期，缺陷发生概率较高；随着设备运行和周边环境趋于平稳，缺陷数量逐渐减少，但当设备运行超过20年时，由于设备的老化，缺陷率开始上升。
3、故障统计分析
变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。依据选定对象在2005年至2014年期间共计发现的80次故障，建立了变压器故障样本数据库，分别按照故障类型、故障原因、设备运行年限进行统计分析。按照设备故障类型进行统计分析。由外部短路引起的内部放电和绕组损坏是最重要的故障类型。其中内部放电类故障23次，占比为28.75%；分接开关故障16次，占比为20%；绕组损坏故障15次，占比为16.25%；套管故障8次，占比为10%；冷却系统故障1次，占比为1.25；其他故障17次，占比为21.25%。按照设备故障原因进行统计分析，外部短路和组附件故障是引起变压器故障的主要原因，占总数的73.8%。其中组附件故障原因25次，占比为31.3%；过电压(雷击)原因10次，占比为12.5%；外部短路原因34次，占比为42.5%；内部故障原因9次，占比为11.3%；误操作(误动作)原因2次，占比为2.5%。以上故障统计结果表明：在80次变压器故障中，大部分为突发性故障，不能被现有检测技术提前发现。其中由于外部突发短路引起的故障34次、由过电压(雷击)引起的故障10次、由于误操作(误动作)引起的故障2次、由于组附件故障引起的18次(其他7次可提前发现)等。
按照设备运行年限进行统计分析。运行年限小于等于5年的设备数量为29台，占比为36.25%；运行年限大于5年小于等于10年的设备数量为26台，占比为32.50%；运行年限大于10年小于等于15年的设备数量为12台，占比为15%；运行年限大于15年小于等于20年的设备数量为4台，占比为5%；运行年限大于20年的设备数量为9台，占比为11.25%。结果表明，其故障统计结果与缺陷统计结果类似，即设备投运初期是设备质量问题集中爆发的时期，故障发生概率较高；随着设备运行和周边环境趋于平稳，故障数量逐渐减少，但当设备运行超过20年时，由于设备的老化、抗短路能力不足等原因，故障率开始上升。
二、停电例行试验项目替代性研究
1、停电例行试验评估
1.1绕组电阻
绕组电阻可以发现电气回路接触不良、匝间短路和导线短路等故障。外部接触不良可以通过红外测温技术替代；变压器本体内部的电气回路接触不良会导致局部过热或者局部放电，利用油中溶解气体分析和局部放电带电检测可以间接检出。因此，该项试验可以通过油中溶解气体分析、红外热像检测、高频与超声局放带电检测以及振动测试等带电检测手段替代。
1.2套管试验
套管试验包括绝缘电阻、电容量和介质损耗因数等项目，可以发现套管瓷套裂纹、绝缘劣化受潮、电容芯层局部击穿、末屏断线及接触不良等缺陷。
套管绝缘性能的下降表明其内部主绝缘受潮或绝缘劣化，会导致介质损耗因数的增加或者局部发热，严重时可能会引起局部放电甚至击穿。因此，可以通过红外测温、相对介质损耗因数和电容量检测、高频局部放电检测等带电检测手段替代。
1.3铁芯绝缘电阻
铁芯绝缘电阻测试可以发现铁芯多点接地和铁芯绝缘件绝缘性能下降等故障。铁芯绝缘缺陷会引起内部局部过热和油中溶解气体增长，同时其铁芯接地电流也会增加。因此，可以通过铁芯及夹件接地电流监测和油中溶解气体分析等带电检测手段替代。
1.4绕组绝缘电阻
测量变压器的绝缘电阻、吸收比和极化指数，对检查变压器的整体绝缘状况具有较高的灵敏度，能有效地检查出变压器绝缘整体受潮、部件表面受潮或脏污以及贯穿性的缺陷。当劣化绝缘贯穿于两极之间时，测量其绝缘电阻会有明显的降低；若绝缘只有局部缺陷，而两极之间部分仍保持有良好的绝缘时，则绝缘电阻降低很少，甚至不发生变化。因此，测量绝缘电阻不能检测绝缘的局部缺陷，该项试验可以通过油中溶解气体分析和局放带电检测等带电检测手段替代。
1.5绕组绝缘介质损耗因数
绕组绝缘介质损耗因数测量可以发现变压器绝缘整体受潮、部件表面受潮或脏污、贯穿性的集中缺陷(瓷瓶破裂、引出线接地、器身内有金属接地等)等缺陷。绕组整体介损的增加主要由其内部绝缘劣化或者受潮引起，在内部强电场作用下，在受潮严重区域还会出现局部放电，绝缘油中溶解气体会有所增长。因此，可以通过油中溶解气体分析、变压器油微水、耐压、介损试验、高频和超声波局部放电检测等带电检测手段替代。
1.6有载分接开关检查
有载分接开关的例行检查主要包括储油柜和呼吸器检查、电动机构箱检查、紧急停止功能以及限位装置检查、动作特性试验以及油质试验等。通过有载分接开关检查可以发现其内部元器件触头松动、金属部件变形、过渡电阻断裂或损坏、切换触头表面电弧烧蚀、传动机构机械故障、电机及控制回路故障和限位装置失灵等故障。该项例行试验的部分项目可以通过有载分接开关振动测试技术替代，但“有载分接开关振动测试”可以检测机械方面的故障，暂无法检测有载分接开关过渡时间和过渡电阻的测量。
1.7冷却装置检查
冷却装置的例行检查主要包括电机运行情况、电源运行情况以及装置部件有无异常，可以发现冷却装置存在的异常缺陷。冷却装置散热不良引起的缺陷可以由红外测温技术发现，其他检查则可通过例行巡视替代。
1.8测温装置检查
测温装置的例行检查主要包括外观检查、测温装置校验以及二次回路绝缘电阻的测量，虽然目前其测量项目暂没有不停电检测技术可以替代，但测温装置引起的变压器故障率较低。
1.9气体继电器检查
气体继电器例行检查主要包括外观检查、整定值的校验以及二次绕组绝缘电阻测量，可以发现其漏油、整定值不正确以及二次绕组绝缘电阻不合格等缺陷。虽然目前没有不停电检测技术可以替代，但气体继电器引起的变压器故障率较低。
1.10压力释放装置检查
压力释放装置的例行检查主要包括外观检查和开启压力检验，可以发现压力释放装置缺陷以及开启压力不准确等缺陷，由于压力释放装置引起的变压器故障率较低，且为解体性检修时项目，故无需进行带电检测。综合以上评估分析，绕组电阻、套管试验、铁芯绝缘电阻、绕组绝缘电阻、绕组绝缘介质损耗因数项目可以用不停电检测方式替代；有载分接开关检查项目可以部分用不停电检测方式替代；冷却装置检查、测温装置检查、气体继电器检查、压力释放装置检查等项目暂不能完全替代，但其引起的变压器故障率极低。
2、安全性与经济性评估
基于本文建立的变压器设备样本数据库，近10年来，变压器的停电试验方式检出效率相当于运行巡视方式的2.6%、带电检测方式的9.6%，检出效率非常低；按照目前市场的平均工时费计算，在盲检率基本不变的情况下，取消变压器设备的停电例行试验项目，将节约数千万元的运维检修成本，并大大减少电网基层人员的工作量。因此，本文提出的基于不停电检测的变压器状态检修优化研究，将具有较为显著的安全和经济效益，也将进一步提升未来电网发展的效率与效益。
结束语
1）变压器状态量优选后得到涉及本体、套管、分接开关、冷却系统和非电量保护5个部件共计28个状态量，在运行巡视、停电试验和带电检测中应予以重点关注。
2）全部取消停电例行试验项目，盲检率由当前的9.63%上升至12.59%，具备开展基于不停电检测检测为基础的状态检修工作条件。
3）变压器停电例行试验项目共有10项，其中绕组电阻、套管试验、铁芯绝缘电阻、绕组绝缘电阻、绕组绝缘介质损耗因数等5项可以用不停电检测方式替代；有载分接开关检查项目可以部分用不停电检测方式替代；冷却装置检查、测温装置检查、气体继电器检查、压力释放装置检查等4项暂不能完全替代，但其引起的变压器故障率极低。
4）基于不停电检测的变压器状态检修优化研究成果的应用，能减少停电检修活动，降低检修成本，适应未来智能化运检发展需要，解决电网结构性缺员与快速发展之间的矛盾，显著提高电网运行可靠性。
参考文献
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