浅析大中型变压器的可靠性检测
随着现代工业的发展，设备能否安全可靠地以最佳状态运行，对于确保产品质量、提高企业生产能力、保障安全生产都有十分重要的意义。如何有效地提高设备运行的可靠性，及时发现和预测出故障的发生是十分必要的，这正是加强设备管理的重要环节和最重要的工作。
1 大中型变压器可靠性检测的重要性和必要性
众所周知，大中型变压器在制造、运输和投入检修的一系列环节中，都有可能因为意外事故的发生而残留有潜伏性缺陷。同时，在长期的使用过程中，还容易受到诸多外界因素（如电场、外力损伤、导体发热、大气条件和化学品的腐蚀等）的影响，而产生各种可能的缺陷，从而导致其绝缘性能的下降，这种情况也即是我们通常说的劣化现象。为防止大型变压器损坏事故，国家电网公司先后制定和颁布了《预防110（66）kV～500kV油浸式变压器（电抗器）事故措施》（国家电网生[2004]641号）和《110（66）kV～500kV油浸式变压器（电抗器）技术监督规定》（国家电网生技[2005]174号）等有关规定，并提出相关要求，以防止大型变压器损坏事故的发生。但是，从另一个侧面可以发现，之所以会出现大量大中型变压器损坏事故，正是由于在实际工作中，我们对大中型变压器的定期预防性试验和可靠性检测存在严重的不足。
2 大中型变压器的主要故障事故
一般而言，大中型变压器的故障事故可以分为两种情形，其一是内部故障，其二是外部故障。
所谓内部故障主要是指变压器油箱内发生的各种故障，从故障的原因上看，主要包括短路故障和接地故障。短路故障又包括两种，即发生在各相绕组之间的相间短路和发生在绕组线匝之间的匝间短路；接地故障则主要是指绕组或引出线通过外壳发生的接地故障。从故障的性质上看，主要包括热故障和电故障。
所谓外部故障主要是指变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，包括因绝缘套管闪络或破碎导致的通过外壳产生的短路现象，以及由于引出线之间发生相间故障而导致的变压器内部故障或绕组变形等现象。
3 大中型变压器可靠性检测的现状
3.1 大中型变压器可靠性检测方法的分类
目前，对大中型变压器进行可靠性检测的方法主要包括以下几种：
3.1.1 离线检测
离线检测又称为脱机故障检测（offoperational fault detection），是指把系统中有故障的部分从物理上或从逻辑上与系统分开后，单独进行的故障检测。在这里，是指对变压器进行停用，然后根据《电力设备预防性试验规程（DL/T596—1996）》中有关电力变压器及抗震器的试验项目、周期和要求的内容和标准进行的变压器故障检测试验，并采用《油浸式变压器（电抗器）状态评价导则（Q/GDW 169—2008）》进行管理。
3.1.2 状态检测（status detection）
第一，在线检测（online monitor）
在线检测是指通过装在生产线和设备上的各类监测仪表，对生产及设备状况进行连续自动检测，是状态检测的一种。在此主要是指，在变压器运行的时候，根据检测的条件，通过传感技术（sensor technology）对所需物理量进行的实时检测，主要检测的对象包括四类，即变压器局部放电、变压器油色谱、带电设备红外诊断和变压器铁心接地有接地线的工频电流等。
第二，带电检测（Live testing）
带电检测是通过特殊仪器、仪表装置，对被测试的变压器进行特殊的检测，用于发现运行的变压器设备所存在的潜在性的故障。它只检测变压器设备在检测时刻的运行状态，只做电器检测，不做继保传动检测。主要方法包括对变压器的油色谱进行分析的气象色谱法和对变压器局部放电检测、铁心接地工频电流检测和中性点直流电流检测的电测法。
3.2 检测设备
3.2.1 对变压器局部放电进行检测的设备
目前，国际国内对于变压器局部放电进行检测的设备较多，在此我们仅对比较常见的三种设备进行比较（详见表一和表二）。
表一 变压器局部放电检测设备比较一览表
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|
离线测试仪器 |
在线监测系统 |
便携式在线测试 |
|
测量方式 |
只能在投运、大修时 |
只能对某台变压器监测 |
可对局属所有变压器进行定期监测 |
|
一次性投资/（万元/套） |
60 |
30 |
15 |
|
安装、运行维护 |
无需安装、维护 |
需安装、维护 |
无需安装、维护 |
|
对全局变压器局放情况管理 |
测试后人工记录 |
自动记录 |
自动记录 |
|
可靠性 |
好 |
较好 |
较好 |
|
测量输出 |
视在放电量 |
视在放电量工频漏电流 |
视在放电量工频漏电流 |
|
测量位置 |
按国标 |
铁心、构架接地线、中性点接地线 |
套管末屏、中性点、
铁心接地 |
|
实时监控 |
不能实时监控 |
能实时监控 |
能实时监控 |
|
测试能力 |
离线鉴定 |
故障早期预报 |
故障早期预报 |
|
变压器局放测试连续能力 |
不能 |
可连续测试较长时间 |
可连续测试1个月 |
|
对全局变压器设备管理能力 |
未配设备管理软件 |
配有设备管理软件 |
配有设备管理软件 |
表二 当前主要的变压器局部放电检测设备传感器比较一览表
|
生产厂家 |
测量位置 |
|
套管末屏 |
中性点接地线 |
铁心接地线 |
外壳接地线 |
|
AVO（美国） |
√ |
|
|
|
|
加拿大魁北克省水电局 |
|
√ |
|
√ |
|
LEMKE（德国） |
√ |
|
|
√ |
|
吉思电气（清华大学） |
√ |
√ |
|
|
|
伏安公司（中国电力科学研究院） |
√ |
√ |
|
|
|
四川省电力科学研究院 |
|
√ |
√ |
|
|
武汉高压研究所 |
√ |
√ |
√ |
|
|
JBJ便携机（西安佳源） |
|
√ |
√ |
|
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3.2.2 对铁心接地工频电流进行检测的设备
当前，对大型变压器铁心接地工频电流进行检测时，主要都选用高精度选频钳型电流表，这种电流表的抗干扰能力相比于其他类型的电流表要强很多，因此它能最大程度地降低环境中各种电磁对检测工作的干扰，在不改变原设备接线的情况下，将信号取样点选择在变压器铁芯接地引出线处，使用特制的线圈制作的高灵敏度传感器，直接测量，并显示变压器运行状态下的接地电流值。
3.2.3 对中性点直流电流进行检测的设备
根据国标规定：“变压器中性点直流电流测试，中性点直流电流须小于3A”。电力变压器的磁动势和磁通出现直流分量的现象称为“直流偏磁”，若长期带缺陷运行，可使绕组发热，导则绝缘降低。因此，对中性点直流电流的检测一般都选用专用的测量设备，采用电测法，在不改变原设备接线的情况下，将信号取样点选择在变压器中性点接地引出线处，直接测量（中性点接地需直接接地），显示变压器运行状态下的直流电流值，进而诊断运行主变的直流偏磁情况。
4 实地检测情况分析
4.1 监测记录
重庆市万州区供电局于2010年8月和2011年4月，分别对其所属的5台主变进行了局部放电在线监测，所采用的监测设备为现佳源JBJ变压器局放在线测量仪，监测的结果见表三和表四。
表三 在线局放测试记录
|
测试时间 |
2010年11月 |
2011年1月 |
|
试验项目 |
|
局放值/PC |
铁心接地电流/A |
局放值/PC |
铁心接地电流/A |
110KV
南滨变 |
1# |
2718 |
0.068 |
2946 |
0.07 |
|
2# |
2253 |
0.07 |
2393 |
0.072 |
110KV
密西沟变 |
1# |
1850 |
0.06 |
1865 |
0.06 |
|
2# |
1475 |
0.05 |
1408 |
0.05 |
110KV
大田变 |
1# |
388 |
0.025 |
739 |
0.04 |
|
2# |
550 |
0.20 |
752 |
0.24 |
110KV
双场变 |
1# |
1225 |
0.065 |
1236 |
0.075 |
|
2# |
583 |
0.03 |
760 |
0.04 |
110KV
龙宝变 |
1# |
1455 |
0.03 |
1650 |
0.035 |
|
2# |
1965 |
0.05 |
1971 |
0.05 |
表四 南滨变1#主变局放测试分析
|
测试时间 |
2010年11月 |
20011年1月 |
2010年8月—2011年1月 |
|
试验项目 |
局放值/PC |
铁心接地电流/A |
局放值/PC |
铁心接地电流/A |
两次测试局放变化率 |
|
测量值 |
2718 |
0.068 |
2946 |
0.07 |
2.8%mon |
|
备注 |
高雅侧电压120KV
电压40A
有载开关档位：5 |
高雅侧电压121KV
电压40A
有载开关档位：4 |
PC值增大
重点观察 |
表五 南滨变1#主变绝缘油色谱分析数据
|
序号 |
取样时间 |
各类气体含量（μL/L） |
备注 |
|
H2 |
CH4 |
C2H4 |
CO |
CO2 |
C1+C2 |
|
1 |
2009.3.8 |
7 |
1.6 |
0.4 |
47 |
380 |
2.0 |
投运10天 |
|
2 |
2009.6.13 |
53.15 |
4.92 |
2.11 |
345 |
832 |
7.03 |
各含量↗ |
|
3 |
2010.2.4 |
4.39 |
2.0 |
1.86 |
45 |
1012 |
3.86 |
各含量↘ |
|
4 |
2010.8.11 |
9.3 |
6.59 |
2.67 |
526 |
1117 |
9.26 |
各含量↗ |
|
5 |
2010.8.12 |
10.83 |
8.66 |
4.12 |
888 |
1455 |
12.78 |
各含量↗ |
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4.2 监测结果分析
第一，从表四对南滨变电站1#主变局放测试的结果可知，变压器局部放电量的不断增加，已经超过了它在交接时的临界值，但是从3个月的测量结果来看，两次的变化速率都不高。另外，对铁心接地电流的两次测量结果也表明，铁心接地电流是呈上升态势的，而且绝对值也比较大。
第二，从表五对南滨变电站1#主变绝缘油色谱的分析可知，所有烃类的含量并不高，其中，氢气（H
2）的含量并未超过注意值，而且甲烷（CH
4）在烃中的比例也保持在70%上下，从2009年以来，虽然各种气体都有所增加，但是其增加的幅度都不大，并以氢气为主导。
第三，从以上两方面看，重庆市万州区供电局所属的110kV南滨变电站1#主变确实是局部放电初期故障。对此，万州区供电局也采取了缩短预试周期和加强巡视、重点观察的措施，以保障变压器的安全运行。
5 结语
第一，变压器局部放电故障是变压器运行中的重要故障之一，如果对其采用在线检测法的话，不但可以及时掌握有关的局部放电情况，而且可以节约大量的人力、物力和财力，使检测更具可靠性。
第二，大型变压器局部放电在线检测法是对《电力设备预防性试验规程（DL/T596—1996）》的延续，而且使变压器的可靠性检测更为直观。
第三，在实际检测的过程中，灵活采用局部放电在线检测，并配以油在线色谱分析，可使检测结果更加准确有效，这也必将成为今后对大型变压器进行可靠性检测的主要方法。
第四，从以上试验数据和检测结果来看，得出的效果都是比较令人满意的。以后各地都可以根据变压器自身运行条件选择检测设备，进行大型变压器运行检测追踪。这项技术具有普遍的推广意义。
参考文献：
[1]牟岳.提高电力变压器可靠性的措施分析[J].中国科技博览，2011（21）：96.
[2] J.A.Lapworth，等. 李莉华，选编.变压器可靠性调查[J].华东电力，2008（4）：68.
[3]史清.大型电力变压器可靠性增长模型研究[J].上海电力学院学报，2007（2）：105-108.
[4]张利国.提高电力变压器可靠性的措施[J].变压器，2006（10）:45-46.
