变压器绝缘故障浅析

变压器绝缘故障浅析

马晓宁

国网山西送变电工程有限公司  邮编030006

摘要：时代不断进步，经济社会快速发展提升了人们的生活质量和水平，加大了人们对电力的供给需求，也使电力系统的运维工作也越来越复杂化。而当前，绝大多数的变压器都存在着设备绝缘故障的问题，绝缘故障很有可能会导致异常事故的发生，造成变压器设备的故障与损坏，产生不必要的经济损失。同时，应该重视变压器的检修工作，建立完善的检修体系与制度，才能确保变压器的安全稳定运行。

关键词：电力变压器；绝缘故障；分析与诊断

引言：近年来，我国经济不断发展，各个行业对电能的消耗量也逐渐增多，基于这种情况，输电的电压等级也要随之提高，变压器的容量和电压等级也应进行相应的升高，只有这样才能使得变压器正常工作。绝缘故障是技术人员在故障检测中最易出现的一种，其主要组合材料为绝缘油和绝缘纸，长期使用不进行维护会出现老化情况，为避免重大事故的发生，对变压器的故障诊断是非常必要的。

1.分析变压器的故障

1.1短路故障

变压器出口短路称之为变压器短路故障。主要是由于内部引线短路，相与相之间短路或绕组间对地短路造成的。据有关数据显示，变压器短路造成的事故占全部事故的一半以上。出口短路对变压器的影响主要以下两个方面：第一个方面是短路造成绝缘过热故障，这主要是由于短路电流产生的热能造成的。如果变压器承受不了这么高的电流热能，就会严重损害变压器的绝缘材料。第二方面是短路电动力使得绕组严重变形的故障。绕组变形损坏的程度取决于电路电流的大小。如果电流大，损坏就会很严重。

1.2绝缘故障

绝缘材料决定着变压器的寿命。影响绝缘故障的因素很多，据统计主要有这么几条。首先是温度，在不同的温度下，油、纸绝缘材料会受影响。温度高的时候，纸内的水分会增多，温度低的时候，油中的水分会被纸所吸收。所以变压器的绝缘油的含水量会随温度升高而增多。其次是湿度，如果水分多的话，纸纤维素为下降，二氧化碳会增多，水分少的话，一氧化碳会增多。最后是过电压影响。

2.电力变压器绝缘故障发生的原因

2.1温度

变压器为油、纸绝缘结构，在不同的温度下油与水有着不同的平衡关系，一般的情况下，随着温度的不断升高，纸中的水分会向油中转移，相反，油中的水分向纸析出。所以，温度升高变压器油中的水分会比较大，温度低时，油中水含量较少。对于绝缘材料来说，经过研究，温度不同时，会改变纤维素的分解并产生CO与CO2等有机气体，随着温度的升高，气体的产生呈现为指数规律变化。油中的气体含量与绝缘的老化有着直接关系，所以可以将测量气体变化来判断变压器是否出现异常。IEC（国际电工委员会）认定A级绝缘变压器在80—140温度变化内，每提高6度，变压器的寿命会降低一半，这就是著名的6度定则。

2.2湿度

变压器中湿度的增加可以加速绝缘中纤维素的降解，所以湿度越高，分解出的有机气体越多。而油中的水分，对油的电气性能和理化性能都有着极坏的影响。对某些变压器，特别是中小型变压器由于呼吸作用，使水分和潮气进入变压器油中.这样会大大降低油的耐电强度，从而可能引起线圈对油箱或铁芯构件的击穿. 变压器长时间过载可引起变压器油的老化，油温过高会加速油泥、水分及酸的生成.

2.3过电压

当作用在绝缘上的电场强度超出了绝缘能承受的最大场强就会发生绝缘故障。本文中涉及的场强主要为作用电场强度（简称作用场强）和耐受电场强度（简称耐受场强）两种。其中作用场强可分三大类，雷电冲击作用场强（LI）、操作冲击作用场强（SI）和工频作用场强（AC）。这三种类型作用场强因绝缘成分不同，各自的耐受场强也不同。 而绝缘发生故障的原因按作用场强和耐受场强的抗衡关系可分为2种情况：

（1）作用场强过高。例如110kV和220kV降压变压器的第三绕组（10kV或35kV绕组）在雷击时出现作用场强高于变压器本身的正常耐受场强，引起雷击损坏的绝缘故障。雷电过电压，由于波头较陡，会引起线圈匝间电压分布不均，可能会在绝缘上产生局部放电，从而损伤绝缘。

（2）绝缘性质改变引起的耐受场强下降。例如变压器生产过程中绝缘损坏，或者是各种情况下绝缘受潮，对油纸绝缘中的水分，操作冲击比雷电冲击敏感 。而且由于操作过电压的波头比较平滑，电压的分布曲线会近似为线性，产生的过电压波在两个绕组间转移时，与两个线圈之间的匝数基本成正比，这样容易对主绝缘或相间的绝缘产生损坏。

3.电力变压器绝缘故障诊断分析

3.1绝缘油硫腐蚀的故障诊断

近年来，相关研究表明，变压器的出现的故障多是由油硫腐蚀的原因造成的，设备在运行较长时候后，设备用的线圈材料会因何硫的大面积接触导致出现腐蚀现象，这种情况逐渐引起电力工业技术人才的广泛关注，很多人在研究中发现，容量的大小、电压的高低和这种现象出现的概率成相关性，并且在高压绕组上，绝缘纸与裸铜线相结合的部位最为明显，出现这种情况说明，其与变压器运作中的问题也有一定的关联，在出现腐蚀的高压绕组上会发表有颜色的物质出现，呈蓝自色或浅灰色，研究人员对该物质进行诊断，发现其为硫化亚铜，其表现出现出的特性-导电，对绝缘体的绝缘性造成了很大的影响。

3.2绝缘油中溶解气体的故障诊断

一般电压器在运作时，会有空气中水分和氧分渗入到里面，会对绝缘材料的性能造成直接的影响，随着使用设备的时间推移，变压器中所用绝缘油和绝缘纸的性质也会在物理及化学两方面发生变化，在出现绝缘故障时，机器内部就会产生大量的CO、CO2，这些气体随着故障的不断延续而变为旗袍，不断溶解在油中，根据对油质的分析，就能对其故障进行诊断。

3.3人工智能在线变压器故障诊断

在进行故障诊断时，对设备油中融化气体进行解析，就能对故障类型进行判断，但分析油中溶解的气体程序比较复杂，产生故障的原因也有很多，在这种情况下，对技术人员的专业知识及素养就有了更高的要求，国内外学者研究各种在线监测系统，出现了较为先进的人工智能诊断技术，其主要是模仿人们的思维，找出故障，并解决故障之间的复杂关系，并且其还能随外界变化进行调整，缓解了工作人员的压力，提高了诊断效率，近几年研究出了几种的几种方法如神经网络、专家判断、模糊数字等已得到广泛应用，其中神经网络模型已被认定为最具潜力的一种方法。

4.电力变压器绝缘故障问题的解决对策

4.1完善检修体系与制度

完善变压器的维修体系与制度，使变压器的设备日常检修工作管理更加规范，才能积极推动供电系统的稳定发展。在如今，虽然变压器设备检修管理都拥有专业管理制度，但是由于管理的不严格以及维修员工技能水平低等原因，造成了对设备维修制度的执行度低，在一定程度上影响了变压器工作的效率。因此，完善变压器检修体系与管理制度是非常必要的，保障了电气设备的安装过程与材料选择更加标准化。

4.2强化变压器设备操作人员的综合培训

对变电站的维修人员进行综合培训中，培训的内容应该更加全面，注重了维修人员的设备知识掌握程度和应用技能，形成了完整的培训流程。应录制好维修设备的学习视频提供给维修人员进行学习，进行整体维修系统课程培训不仅包含课堂内容学习，还应该进行实际的操作培训，面向全体维修人员，进行信息化知识的普及，提高变压器设备维修的基础知识，提升其专业技能的水平。

结束语

变压器是整个配电网的核心设备，一旦变压器发生故障，轻则会影响配电网的正常运行，严重时会造成大范围停电。当变压器的绝缘状态下降时，故障的发生几率会随之增大。期望通过本文的研究能够对配电变压器绝缘水平的提升和实际使用寿命的延长有所帮助。

参考文献：

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