数字技术用于电力变压器局部放电定位

吴炯明

摘要：随着社会的快速发展，无论是人们的生活还是生产，都加大了对电力的依赖性，若发生大规模停电事故，将带来严重影响，由此体现出电力维护的重要性。变压器是电力系统中的关键元件，变压器运维、保护同样非常重要。如果变压器在运行中发生故障，且保护措施无法实现快速制动，此时变压器故障将会带来更大范围的影响。针对变压器故障的解决，在所有解决方法中，继电保护技术应用效果显著，以继电保护技术在变压器故障解决中的应用为对象做出分析，总结继电保护技术的应用可行策略。

关键词：数字技术；电力变压器；局部放电定位

引言

变压器是供电系统的核心装备，主要用于将输电电压转换为适合不同设备运行的使用电压，其工作的稳定性和可靠性直接决定了供电系统的运行稳定性。根据统计，在变压器的运行故障中，铁芯故障占据了故障总数的76%以上，而铁芯故障中因铁芯松动导致的变压器故障更是占据了整个铁芯故障的94%以上，因此实现对变压器铁芯松动状态的实时监测、预警，便成了降低变压器运行故障的关键。目前对变压器铁芯故障的监测主要采用了离线的短路阻抗法和低压脉冲法，在进行检测的时候不仅需要安排专人进行就地检测，而且在检测过程中会对电力系统的正常运行产生压力脉冲，检测效率低、精度差、安全性不足，无法实现对变压器运行情况的实时预警。

1研究背景

电力变压器是电压变换和电能传递的核心主设备，然而，变压器因内部故障而烧毁的事故时有发生，造成严重经济损失，威胁电网安全。CIGRE变压器A2.33工作组2013年统计结果表明，油浸式变压器发生内部故障后，约10%会发生爆裂起火事故。减小内部电弧能量（功率×时间）是防止变压器爆裂起火的关键，审视现有变压器保护策略，重瓦斯保护依据的是油枕连接管中的油流速，而驱动油流速达到整定值需要较大电弧功率且油流加速需要过程，从原理上提高保护灵敏性和动作速度的余地很小；差动保护动作整定值需要躲过不平衡电流，对轻微匝间故障等低能量电弧故障的保护灵敏性不足，励磁涌流与故障电流的辨识需要足够长的时间窗，也限制了差动保护的快速性。此外，对于高能电弧故障，即使保护动作的速度足够快，受限于断路器数十毫秒的全开断时间，在电弧被切除之前故障能量可能已经积累到足以令油箱破裂的程度。为避免变压器油箱破裂事故的发生，在着力提高继电保护措施灵敏性和快速性的同时，考虑变压器内部故障发展过程，在放电缺陷阶段对其识别并切除、避免高能电弧故障发生更为有效。为了实现对油箱内故障的提前感知，国内外已经在变压器状态监测领域开展了大量的研究工作，目前已经有利用脉冲电流、特高频、声、气体组分等信息进行局放监测的方法，也有研究借助神经网络模型等数学方法进行放电缺陷类型的辨识或放电阶段的划分，对热缺陷和机械缺陷的监测方法相对较少。现有状态监测足够灵敏但置信度不足，需要进一步分析核实才能确定停电检修，时间以天计，对于小时至秒级的从严重放电缺陷至电弧击穿的快速发展过程的阻断能力十分有限，因此，还需构建一种新型的主动式变压器保护方法来完善对快速发展的严重放电缺陷的防护，目前相关研究尚属空白。

2电力变压器故障处理

2.1渗漏油故障

渗漏油故障与成因。变压器渗漏油可以说是最为常见的故障，发电厂几乎所有的电力变压器在长时间的运行过程中，均有可能出现渗漏油故障。渗漏油故障可大可小，如果维修处理不及时，变压器渗漏油逐渐严重，致使分接开关暴露在空气中，变压器油失去绝缘作用，一旦引发内部闪络，将危及变压器的运行安全。通过长期的现场维修发现，引起该故障的主要原因是密封胶垫密封不严所导致。密封胶垫为橡胶材质，胶圈、胶垫长时间运行逐渐老化或被腐蚀，以及密封胶垫本身质量不过关也会引起该故障；密封胶垫达到使用寿命而未及时换新；变压器在制造阶段存在质量问题，如放油阀门质量存在瑕疵，不能完全关闭，也可能是密封胶垫受力不均，降低其密封性，进而产生了渗漏油现象。渗漏油故障处理措施。在发现变压器出现渗漏油现象后，首先要确定渗漏油的位置，如果油箱外部油污较多，无法确定渗漏点，使用酒精等清洗油污，抹擦干净渗漏发生的区域，查找渗漏点。如果是油箱接缝位置出现渗漏，需拧紧接缝位置的螺丝，保证油箱本身的密封性；如果胶垫、胶圈等出现了老化、破损等问题，需进行更换，并注意拧紧螺丝；如果是油箱焊缝不严导致的渗漏，则要在确定安全的情况下进行补焊，焊接时要注意焊接位置的厚度，控制好焊接的力度，避免焊接烧透油箱壁，保证故障处理的效果。

2.2瓦斯保护故障

在电力变压器试验中，若试验技术人员的操作存在失误，或者系统存在问题，都有可能引起瓦斯保护故障，进而导致相关事故发生。例如，在进行试验时，变压器内部油位下降速度过快，同时出现了保护装置二次回路短路问题。此时，试验技术人员需要深入探究问题原因，并进行有针对性的处理。为了高效处理瓦斯保护故障，试验技术人员需要在试验工作开展前对电力变压器进行系统化检查，如查看气体颜色。需要对气体进行规范、严格地取样，然后进行色谱分析。试验技术人员需按照电力变压器操作标准来进行各项工作，以此精准、高效地判断故障的具体类型。在色谱分析过程中，需要应用色谱分析仪器，对CO2、乙烯、O2、甲烷、CO等气体进行精准、完善、科学的分析，然后根据试验结果对瓦斯保护故障的发展趋势和程度等进行判断。如此，才能对故障进行有针对性的修复调整。

2.3低压侧后备保护

如果电力系统应用双绕组变压器，低压侧后备保护一般先由中低压侧短路装置提出断开指令，此时高压侧装置在接收到指令后，会以额定电流超出为条件自动跳闸。如果选择三绕组变压器，那么进行的后备保护操作与双绕组变压器大致相同，发现电流额定值超出限值后，中高压侧装置处于限定时间范围内做及时跳闸处理。为此，按照变压器低中高压侧装置发出跳闸动作的基本逻辑，对电流互感器和中低压侧装置存在的故障可以及时做出判断，以免发生二次短路后损坏变压器的主变元件。

2.4变压器异常噪音问题

在变压器运行过程当中开展高压试验，交流声频保持相对稳定的状态，所以不会出现噪音情况。如果在电力变压器高压试验过程当中有异响产生，则说明存在异常情况。变压器在正常状态下的声频比较稳定，相关运维人员可结合变压器的运行声响对其基本状态确定。但当变压器存在异常噪音时，则说明其内部有异常情况或者缺陷问题存在。当变压器的异常噪音长时间未得到处理时，则会逐渐放大变压器的故障问题。因此，在电力变压器高压试验过程当中，排查异常噪音原因是十分重要的一项内容。首先，相关试验人员应对变压器的运行状态展开分析，考虑异常噪声下变压器的负载情况。当变压器处于超载等状态时，将会对变压器相关内部构件的稳定性产生影响，而且交流电自身也具有频率特性，所以容易发生异响。一旦长期保持此状态，将会严重影响到变压器的使用安全性和寿命。其次，直流偏磁现象，其在高压试验分析结果当中，也是一类比较常见的变压器异响原因。最后，主要是由于内部零件问题引发变压器异常噪音。当相关变压器处于通电状态时，在其内部会产生大量电磁流通，需要各零部件的紧密结合，否则在受到电力场作用后将会产生异响，具体包括内部绕组短路、硅钢片松动等。因此在高压试验过程当中，相关试验人员可通过分析异常噪音的频率特征，从而初步判定异响原因。在这之后还应深入排查其结构，以此来有效解决异常噪音问题。

2.5绕组故障

变压器绕组故障可分为多种类型，不同类型故障的特征也各有不同，这就需要在实际试验期间对绕组故障类型进行科学判断[16]。当绕组中存在短路情况时，试验技术人员可对绕组内的短路区域实行短接。在确定故障由绕组线路不够均匀而引起时，就要根据试验剩余时间判断能否在试验期间完成绕组的处理或备用绕组的验证。一般情况下，会选择直接对故障区域加以调整。在整个调整过程中，需要保证全部处理工序都符合管理制度与相关标准。在结束处理后，还要在后续环节进行充分观察，只有这样，才能避免绕组故障解决不彻底或者解决无效等问题对变压器的实际运行效率造成影响。

2.6季节性过负荷故障

经过调查研究了解到，电力负荷以为单相负荷居多，而且负荷波动相对较大，使得很多电力变压器的三项负荷出现不均衡的现象，无法实现对称式运行，造成零序电流，增加了变压器的损耗，还使得变压器的有效容量大幅度降低。在夏季、冬季来临之时，由于高热、严寒的气候条件因素，人们用电设备激增，变压器在这两个季节中多处于超负荷运行状态，导致变压器过热、绝缘油劣化、绕组绝缘性能弱化度等问题，使电力变压器受损，这就是季节性超负荷故障的产生原因。通常情况下，技术人员需要逐一检查电力变压器在不同季节、一日中不同时段的负荷状况，以此作为调整三相负荷的依据，确保接近或达到对称。接下来，对用电峰谷时段进行调整，适当提高变压器的有效配电容量，降低负荷运行的频率。

2.7高压试验铁芯故障问题

首先，在实际开展高压试验的过程当中，所运用的技术原理主要为电磁感应。通过电磁感应可以顺利转换电压和电流，并通过铁芯作用在一次绕组两侧产生磁通量，而二次绕组两侧则会产生电动势。在电力变压器当中，铁芯是十分重要的核心部件，可以作为电磁通路，对电压转换具有重要作用。由于存在铁芯，因此变压器内部的高低压两侧绕组之间可以有电磁通路形成，对铁芯质量的要求也相对较高，关系到变压器内部电能转换稳定性和电磁损耗高低。其次，当变压器铁芯有接地和绝缘降低等故障出现时，会增大铁芯内部环流，而且还会有较高的热效应，产生极大破坏，对变压器的稳定运行产生影响。因此，在处理铁芯故障问题时，需要采用相关的检测技术手段，具体包括绝缘电阻测量以及色谱分析等，这样可在短时间内对铁芯故障部位和类型加以确定。最后，铁芯质量对变压器空载损耗也具有重要影响，商品质的变压器损耗相对较低，因此相关工作人员在变压器选型过程当中，应尽量对空载损耗较低的类型加以选用，从而使变压器的节能效果得到提高。在选择变压器时，节能是一项重要标准，特别是变压器空载状态下的实际能耗，其是相关人员需要充分考虑的一项关键指标。通过对合适的变压器设备选用，可以使设备的故障出现频率得到降低。

结语

电力变压器是电力系统的核心组成，其运行是否正常直接关系到电网供电的流畅性、可靠性。随着电力系统负荷的不断增长，电力变压器的维护工作越来越受到重视。在实际维护阶段，可以采取日常维护、预防维护两种方式，确保电力变压器始终处在良好的运行状态。与此同时，安排技术人员定期排查电力变压器的异常、隐患、缺陷等机械故障，认真分析故障产生原因，采取行之有效的策略进行有效处理，以此来为群众提供良好的用电体验，推动电力系统的高效运行，为国民经济增长提供助力。

参考文献

[1]刘文凤,郑雪梅,张子琦,等.高压电力变压器用NBR密封圈极端低温老化研究[J].绝缘材料,2022,55(8):72-75.

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[3]张良力,代林刚,柴琳.电力变压器高压试验虚拟仿真实验教学系统设计[J].实验技术与管理,2020,37(7):125-127,135.