张亮
漳泽发电分公司 山西长治 046021
摘 要：变压器能够保证电力系统稳定运行，但是由于变压器运行环境比较复杂，很容易导致变压器出现故障，造成整个供电系统瘫痪，所以必须要对变压器故障进行详细的分析。利用电气试验来研究变压器故障的主要成因，并且进行相对应的解决对策，提高变压器故障的处置效率，保证我国电力事业的稳定发展。
关键词：电气试验变压器故障分析应用策略
某一220kV变电站的一号主变在2019年12月11日开展了大修预防性试验，其中使用了包含绕组直流电阻测量、变比测量、绝缘电阻测量、介质损失角正切测量、短路阻抗和负载损耗、泄漏电流、绝缘油试验以及局部放电试验等，被检测的变压器型号为OSSZ11-24000/220，额定电压为（220±8×1.25）/115/10.5kV，额定电流为629.8/1204.9/6598.3A,额定容量为240000/240000/120000kVA,额定频率为50Hz，连接组别为YNa0111。在检测当日，检测环境温度为7℃。湿度为50%。依靠上述试验检测后发现，直流电阻和出厂值相对比，其误差值范围在2%以内，相间误差小于三项平均值总量的2%。介质损耗值和出厂值之间的差异为16%小于30%。绝缘电阻吸收比例为1.66，极化数据超过1.83。基于以上数据内容，工作人员确认，该变压器设备绝缘能力完好，各类试验数据达到规定要求，变压器在使用过程中没有发现故障，由此判定为达标。
1常见的几种电气试验
1.1直流电阻试验
变压器绕组的直流电阻是变压器在交接、大修和改变分接开关后必不可少的试验项目，也是故障后的重要检查项目。通过测量直流电阻，能有效的检查绕组接头的焊接质量和绕组有无匝间短路，电压分接开关的各个位置接触是否良好以及开关实际位置与指示位置是否相符，引出线有无断裂，多股导线并绕的绕组是否有断股等情况。在中、小型变压器的实际测量中，大多采用直流电桥法，当被试线圈的电阻值在１欧以上的一般用单臂电桥测量，试验规程规定预防性试验中，1.6MVA以上变压器，各相绕组电阻相互间差别不应大于三相平均值的2%，无中性点引出线时，同一分接位置测量的绕组直流电阻，直接用线电阻相互比较，其最大差值应不大于三相平均值的1%（警示值），并与以前（出厂、交接或上次）测量数据进行对比，相对变化也不得大于2%，；1.6MVA及以下的变压器，相间差值一般不大于三相平均值的4%（警示值），线间差别一般不大于三相平均值的2%。
1.2介质损失角正切tanδ试验
介质损失角正切tanδ试验是一种使用较多且对判断绝缘较为有效的方法。将交流电压加到电路中，求得绝缘有功电流分量与无功分量的比值作为绝缘功率损耗的参考依据。测量tanδ主要用于检查变压器是否受潮、绝缘老化、油质劣化、绝缘上附着油泥及严重局部缺陷等。tanδ的测试可用简易式西林电桥和介质损失角测试仪等设备进行测试。根据电力设备预防性试验规程DL/T596—1996规定，测量的tanδ值不应大于出厂试验值的1.3倍。必要时可通过观测tanδ与外施电压的的关系曲线，观测tanδ是否随电压上升，用以判断绝缘内部有无分层、裂缝等缺陷。介质损耗角正切tanδ的测量有两种接线方式，分为正接线测量与反接线测量。当试品不接地时采用正接线方式，试品接地时采用反接线方式。
1.3绝缘电阻试验
绝缘电阻是指在绝缘体的临界电压以下，施加的直流电压U-时，测量其所含的离子沿电场方向移动形成的电导电流Ig，应用欧姆定律所确定的比值，即。测量绝缘电阻和吸收比是检查变压器绝缘状态简便而通用的方法，可有效查出影响绝缘的异物、绝缘受潮和脏污、绝缘油严重裂化、绝缘击穿和严重热老化等缺陷。在测量过程中，应短接被测绕组各引线，非被测绕组进行短路接地，依次对各绕组对地及绕组间的绝缘电阻值进行测量。
2主要的故障及原因
2.1绕组形变
在变压器中，如果因为短路电流而导致变压器内部受到冲击，就很容易出现绕组故障。电网中实际运行的电力变压器，经常会因为不同的原因而受到短路电流的冲击，其中最严重的就属于近期短路故障，短路冲击电流能够使得变压器的绕组承受的电动力瞬间升高至数百倍，导致绕组温度急速升高，所以线圈的机械能变弱，引起变压器绕组故障。当变压器遭遇短路电流冲击之后，很难承受如此强大的短路电动力，所以会产生故障，由于受到短路冲击而引发变速器故障已经逐渐成为主要的原因之一。在电力系统实际运行的过程中，要想检测短路冲击电流则必须进行离线检查，但是却并不能够灵活地反映出变压器绕组故障，而且准确性也不高，所以这就导致电力系统的稳定运行，存在一定的安全隐患。还有一些变压器的绕组线圈出现比较小的变形时，并没有破坏绝缘所有的检测都能够正常，这样就导致频率响应法以及短路电抗法，均不能够准确地判断绕组存在的故障。而在变压器故障诊断中，通过利用离线吊芯检查的方式，不仅会消耗大量的人力、物力、财力，对变压器自身也会造成一定的影响，所以必须要改进检测方式，通过实时在线准确地判断变压器绕组故障的原因[2]。
2.2铁芯故障
一般的变压器铁芯都是由非线性铁磁材料硅钢片构成，但是由于硅钢片在交变磁场中的长度会逐渐的变化，所以导致磁质伸缩影响了芯片励磁频率。当硅钢片的磁致伸缩率增大时，铁芯的形变量也会增加，导致铁芯的振动频繁，如果铁芯磁质伸缩变化周期是交流电压周期的一半，所以就会造成变压器铁芯振动频率以100Hz为基础，但实际上由于变压器铁芯的振动除了有基频振动以外，还包含基频整数倍的高频附加振动信号，导致磁致伸缩非线性以及铁芯内框和外框的磁路径长短存在区别，造成高次谐波分量，导致铁芯振动信号的波形并没有呈现出正弦分布。主要的原因在于变压器铁芯内部的绝缘层破损，或者出现纸板受潮的情况[3]。如果变压器的油箱底部存在大量的油渍，很有可能导致自身的绝缘性能下降，当变压器箱体的金属零件出现脱落时，也会造成硅钢片局部短路的问题，而铁片内部的硅钢片表面，如果出现绝缘漆脱落的问题，也会造成铁芯暴露在空气中，引发变压器故障。
2.3绝缘故障
即使对同一设备，当绝缘受潮或有缺陷时，其总电流曲线也要发生变化。当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流随时间下降较缓慢。有绝缘良好与受潮时的变化。因此，对同一绝缘设备，根据的变化就可以初步判断绝缘的状况。通常以绝缘电阻的比值表示。通常将60s和15s时绝缘电阻的比值R60/R15称为吸收比，根据相关要求，变压器绝缘要求K1值大于1.3。对于吸收过程较长的大容量设备，如变压器、发电机、电缆等，有时用R60/R15吸收比值尚不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程。为了更好地判断绝缘是否受潮，可采用较长时间的绝缘电阻比值进行衡量，称为绝缘的极化指数K2=R600/R60(加压600秒与60秒时绝缘电阻的比值)，变压器极化指数K2一般应大于1.5，绝缘较好时其值可达到3~4。
3?电气试验的影响
3.1?绝缘油试验
为保证所选绝缘油可以满足变压器运行需求，需要对其进行试验分析，确定其性能达标。变压器均需要在油箱内充满变压器油，利用其绝缘、灭弧、散热特点来对铁芯以及绕组组件进行保护，降低空气氧对绝缘材料的影响，提高变压器运行可靠性。高质量的绝缘油通过对内部所有空隙的填充，可以将所存空气全部排出，对各部件与空气之间进行了有效隔绝，因此能够提高变压器整体绝缘性。同时，与空气相比变压器油绝缘强度更高，能够对变压器内部所有部件绝缘性进行强化，保证绕组之间、绕组与铁芯、绕组与箱油之间的良好绝缘效果。针对绝缘油进行试验，可从击穿电压、酸值、水溶性酸pH值、含水量、体积电阻率、界面张力以及绝缘油色谱分析等方面进行，综合各项试验数据，确定所选油质是否达标，严禁劣质油的使用。
3.2?直流电阻试验
进行直流电阻试验时，需要严格按照专业规范将测试仪测量线与变压器绕组出线端子进行可靠连接，然后对高压侧绕组各分接以及低压侧绕组的直流电阻进行测量，包括所有分接位置，正确读取测量值并登记。同时，为保证试验结果的可靠性，还需要对测量环境温度、操作条件等内容进行如实记录。并且，完成所有测量工作后，还应先进行放电处理，然后将连接的测量线全部拆除，关闭测量仪器电源放置规定位置。通过试验测量得到的数据，代表了变压器的导电性，可在一定程度上反映出变压器内部导线、导线接头以及各开关接头的接触性，对比后可判断存在的问题。整个试验过程操作简单，但是可以得到可靠的数据，可以确定变压器内各绕组是否存在短路或断路问题。
3.3?短路阻抗试验
对变压器进行短路试验，需要对额定电流下的短路损耗以及阻抗电压进行准确测量，控制电源和测量线路与空载试验条件相同，然后选择人为短路作为非电源侧绕组。就专业规范要求，大于220kV的相间偏差不得超过2%，初值差不得超过3%；小于110kV的相间偏差应不得超过3%，初值差不得超过5%。对变压器进行短路试验，可确定各部件以及油箱壁因漏磁造成的局部过热或者附加损耗过大问题，以及带负荷调压电抗绕组匝间短路和套管法兰等附件损耗过大、局部过热等问题，为后续检修工作的开展提供依据。
4 变压器及其涉及内容
4.1 结构和种类
从变压器的构造层面进行分析，可主要可以分解为初级线圈、次级线圈、磁芯这三大元素。而从变压器的使用原理进行研究，设备主要使用了电磁感应理论，达到电力和磁能二者有效转换，让电能能够进入到每个企业或家庭之中。值得关注的是，在电力系统当中，变压器功能便是把主要电网中的高压电转换为安全电，由此给使用者带来对应的用电体验。因此，在电力系统当中，变压器一直都是其中的核心部件，良好的变压器质量，是我国经济取得有效发展的重要前提，从目前国内变压器种类进行分析，可主要划分成干式变压器、组合式变压器、配电变压器三大类，在这三大类变压器当中，以组合式变压器最为多见。组合式变压器整体结构较为简单，并且性能能够基于电力企业对电力系统的实际需求来进行调整，实现了对资源最大程度的合理利用，但与此同时，组合式变压器也最容易发生故障。因此，合理应用组合式变压器，并探寻解决组合式变压器故障的有效检测方式，是电力系统工作人员必须要深度关注的问题。
4.2 变压器缺陷
基于上文论述的变压器背景，不难发现，变压器功能重要，而且能够保障电力系统的稳定运行，特别是对电压进行灵活调整，给我国企业和群众的日常工作和生活进行保障，但仍需要面对的是，变压球在使用的过程中仍然存在有诸多缺点，这些缺陷的客观存在，让电力系统不得不花费大量的人力、物力、财力来对电力系统进行维护，这些缺陷可以总结为：第一，变压器在使用过程中有较高概率发生接触不良现象，致使配电线路中电流不稳，对用电设备造成影响；第二，变压器当中因为绝缘材料老化导致绝缘能力被削弱，使其在日常使用过程中发生故障，致使电力系统无法正常运行；第三，变压器在使用过程中，必定会受到环境因素的影响，诸如雷暴、大风等恶劣气候环境下，其绝缘层的稳定性将会受到严峻挑战，因此及时就变压器的绝缘能力进行检测，是保障电力系统稳定运行的关键因素
5 结语
总的来说，电气试验的进行，可以非常有效地检查出变压器在日常使用中所存在的隐性问题，降低电力设备故障，减少对电力企业所带来的经济损失，保障人民群众的生命财产安全。因此，电力企业需要在变压器检查过程中，积极使用电气试验技术，让电力系统始终保持良好的运行状态。
参考文献
[1]龚文信.电气试验在变压器故障分析中的应用探讨[J].中外企业家,2019(20):124.
[2]马苏.高压电气试验过程的变压器应用研究[J].电子测试,2016(20):120,148.
[3]杨娇娇,夏友森,赵剑飞.浅谈电力变压器的电气高压试验技术要点[J].科技展望,2016,26(33):56.
[4]秦赫彬.电气试验在变压器故障分析中的研究[J].智能城市,2016,2(11):257.
[5]龙光权.电气试验在变压器故障分析中的应用[J].通讯世界,2016(02):268-269.