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油浸式变压器故障诊断与分析

1. 引言

1.1 油浸式变压器的重要性

1.1.1 油浸式变压器的优势

• 油浸式变压器以其优良的绝缘性能和冷却效果在电力系统中占据主导地位。
• 它能够有效地隔离高压电路，保证电力系统的稳定运行。
• 油浸式变压器使用矿物油作为冷却和绝缘介质，能够有效地带走热量，防止过热。

1.1.2 故障诊断的重要性

• 变压器的故障可能导致严重的电力中断，影响人们的日常生活和工业生产。
• 及时的故障诊断和处理可以减少停电时间，提高电力系统的可靠性。
• 故障诊断有助于延长变压器的使用寿命，降低维护成本。

2. 油浸式变压器的常见故障类型

2.1 内部故障

2.1.1 相间短路

• 相间短路是指不同相的绕组之间发生的短路故障。
• 它可能导致绕组烧毁，严重时甚至引发火灾。

2.1.2 匝间短路

• 匝间短路是指同一相绕组内部线匝之间的短路。
• 匝间短路可能导致局部过热，影响变压器的绝缘性能。

2.1.3 接地故障

• 接地故障是指绕组或引出线通过外壳发生的接地故障。
• 接地故障可能导致变压器内部绝缘损坏，影响其正常运行。

2.2 外部故障

2.2.1 绝缘套管故障

• 绝缘套管故障包括闪络或破碎导致的接地短路。
• 绝缘套管故障可能导致变压器内部故障或绕组变形。

2.2.2 引出线故障

• 引出线之间发生相间故障可能导致变压器内部故障或绕组变形。
• 引出线故障也可能引起变压器内部绝缘损坏。

3. 油浸式变压器的故障诊断方法

3.1 离线故障诊断方法

3.1.1 油色谱分析

• 油色谱分析是检测变压器油中溶解气体的含量和变化规律。
• 通过分析不同气体的比例，可以判断变压器的故障类型和严重程度。

3.1.2 电气试验

• 电气试验包括测量变压器的电阻、绝缘电阻、空载电流和损耗等。
• 电气试验可以帮助诊断变压器的电气故障，如局部放电、短路等。

3.2 在线故障诊断方法

3.2.1 电检测法

• 电检测法是通过检测局部放电产生的电流信号来诊断故障。
• 它可以提供放电的频率、幅值和相位等参数，有助于判断故障的类型和位置。

3.2.2 超声波检测法

• 超声波检测法是利用超声波传感器检测变压器内部的放电声波。
• 通过分析声波的频率和强度，可以诊断变压器的绝缘状态和故障类型。

3.2.3 红外成像检测法

• 红外成像检测法是通过红外摄像头捕捉变压器表面的温度分布。
• 通过分析温度的变化，可以诊断变压器的过热和绝缘故障。

4. 油中溶解气体分析法（DGA）

4.1 DGA的原理

4.1.1 气体产生机制

• 变压器内部的绝缘材料在电场和热场的作用下会分解产生气体。
• 不同的故障类型会产生不同种类的气体，如氢气、甲烷、乙炔等。

4.1.2 气体分析方法

• DGA是通过检测变压器油中溶解气体的种类和浓度来诊断故障。
• 常用的分析方法包括比值法、三比值法、关键气体法等。

5. 案例分析

5.1 案例背景

5.1.1 变压器基本信息

• 某变压器型号为SFP7-370000/220，容量为370000 VA，高压侧额定电流为928.8 A。
• 变压器于1997年5月投产，至今已连续运行26年。

5.1.2 故障现象

• 铁芯及夹件接地电流超标，达到3.28 A、4.15 A，瓦斯未报警。
• 油色谱分析总烃含量超过正常值3.28倍，达到394.18 μL/L，最高达到492.25 μL/L。

5.2 故障诊断

5.2.1 油色谱分析

• 利用三比值法进行计算，C2H2/C2H4=0.98/394.18=0.002486，结果小于0.1，比值范围编码为0。
• CH4/H2=105.3/42=2.51，结果在1～3之间，比值范围编码为2。
• C2H4/C2H6=215.2/72.7=2.96，结果在1～3之间，比值范围编码为1。
• 变压器5种气体的比值编码为021，对应为变压器内部存在过热性故障，温度范围在300～700 ℃之间。

5.3 故障处理

5.3.1 停运检查

• 变压器停运后进行了绕组绝缘电阻、介质损耗、绕组直阻和电压比、频率响应等试验项目。
• 试验结果均合格，与历史数据对比相差不大，变化规律基本一致。

5.3.2 大修处理

• 变压器进行了返厂吊罩大修，发现故障现象主要是由于变压器长期运行发生振动，油中悬浮物与铁芯产生接触，铁芯多点接地影响造成的。
• 现场检查还发现主变压器夹件磁屏蔽及托板螺栓有两处发热痕迹，判断是由于主变压器长期运行振动造成了螺栓松动引起接触不良，磁场分布不均，造成发热。
• 变压器复装后进行了各项预防性试验，所有试验合格，铁芯绝缘电阻满足要求。

6. 结论

6.1 故障诊断的意义

• 及时的故障诊断和处理可以减少停电时间，提高电力系统的可靠性。
• 故障诊断有助于延长变压器的使用寿命，降低维护成本。
• 故障诊断是保障电力系统稳定运行的关键措施。

6.2 故障诊断的发展趋势

• 随着人工智能和大数据技术的发展，故障诊断将更加智能化和自动化。
• 未来的故障诊断系统将能够实时监测变压器的运行状态，及时发现潜在的故障隐患。
• 故障诊断将更加依赖于多源数据的融合分析，提高诊断的准确性和可靠性。

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