本章节对电力变压器的故障诊断与处理进行了全面的分析和研究。通过对故障类型及原因的详细探讨，我们识别了导电回路过热故障、绝缘水平下降、产气故障、调压开关故障、变压器绕组变形、变压器渗油缺陷和电容套管故障等主要故障类型，并分析了它们对变压器安全运行的影响。
一、 变压器故障类型及原因
1. 导电回路过热故障
导电回路过热故障通常是由于变压器内部导电回路的接触不良或导线接头焊接质量差引起的。据统计，约有30%的变压器故障源于此。例如，将军帽接线装置过热和线圈导线接头的虚焊都是常见的问题。此外，过负荷运行也会导致导电回路局部过热，这种情况下，变压器的负荷超过了设计标准，长期过负荷运行会加速导线绝缘材料的老化，增加故障风险。
2. 绝缘水平下降
绝缘水平下降主要由以下几个因素引起：变压器进水受潮，导致绝缘材料性能降低；变压器油油质不良，如介损偏大、含有微生物或含水量高，这些都会影响绝缘性能。据研究，绝缘油的介损值每增加1%，绝缘材料的寿命将减少约10%。此外，变压器内部局部过热也会导致绝缘材料损坏和热解，从而降低绝缘水平。
3 .产气故障
产气故障通常与过热和放电有关。过热故障的主要原因包括导体故障、磁路故障以及接点或连接不良。放电故障则分为局部放电和其他形式的放电故障。在放电过程中，由于电场强度过高，导致绝缘材料发生劣化，产生气体。数据显示，放电故障在变压器故障中占比约为15%，且这类故障往往难以通过常规检测手段发现，具有一定的隐蔽性。
4 .调压开关故障
调压开关故障涉及到调压开关主触头没有到位、抽头引线松动、触头烧毛以及接触压力不够等问题。在有载调压开关中，还可能存在切换开关接触不良、触头烧毛和过渡电阻断线等问题。据统计，调压开关故障在变压器故障中占比约为10%，是影响变压器稳定运行的重要因素。
5 .变压器绕组变形
变压器绕组变形通常是由于运输过程中的不当操作或未采取安全措施导致。在发生出口短路时，如果变压器抗短路能力差，绕组可能会发生变形或散架，严重时甚至造成变压器烧毁。根据故障分析，约有5%的变压器故障与绕组变形有关。
6 .变压器渗油缺陷
变压器渗油缺陷包括油箱焊缝渗油、高压套管升高座或进人孔法兰渗油等。这些渗油问题不仅影响变压器的外观，更重要的是可能导致变压器内部绝缘性能下降，甚至引发短路。据统计，渗油缺陷在变压器故障中占比约为20%。
7 .电容套管故障
电容套管故障主要是由于进水受潮、油介损不好或整体介损不好等原因引起的。制造质量差、内部存在严重局部放电以及运行中末屏接地不良等都可能导致套管绝缘不良或绝缘损坏。电容套管故障在变压器故障中占比约为5%，虽然比例不高，但一旦发生，往往会造成严重后果。
二、故障诊断方法
1 .直观检查方法
直观检查方法是电力变压器故障诊断的初步步骤，主要依赖于维修人员的感官检查，包括视觉、嗅觉、听觉和触觉。这种方法简单易行，可以快速发现变压器的明显故障迹象。
视觉检查：通过观察变压器的外部特征，如渗油、变色、裂缝等，可以初步判断变压器是否存在故障。例如，变压器油位计指示大大低于正常位置可能意味着内部故障导致油量泄漏。
嗅觉检查：通过闻变压器的气味，可以发现如过热或放电等故障。例如，臭氧味可能表明外部电晕或闪络的发生。
听觉检查：通过听变压器运行时的声音，可以判断是否存在异常振动或放电声，这些可能是由于内部接触不良或部件松动引起的。
触觉检查：在安全条件下，通过触摸变压器外部，可以感知异常温升，这可能是由于内部过热或短路造成的。
2.电气预防性试验方法
电气预防性试验是电力变压器定期进行的一系列检测，用以评估其绝缘性能和运行状态，预防故障发生。
绝缘电阻测试：测量变压器绝缘材料的电阻值，高电阻值表明良好的绝缘状态，而低电阻值则可能指示绝缘材料受潮或老化。
交流耐压试验：通过施加高于正常工作电压的交流电压，检测变压器绝缘材料的耐压能力，评估其在过电压条件下的性能。
介质损耗角试验：测量变压器油和绝缘材料的介质损耗角，高损耗值可能意味着绝缘材料存在缺陷。
局部放电测试：检测变压器内部是否存在局部放电现象，局部放电是导致绝缘材料劣化的重要因素。
接地电阻测试：测量变压器接地系统的电阻值，确保接地系统能够有效地导电，保护变压器免受雷击和过电压损害。
3 .油中溶解气体分析法(DGA)
油中溶解气体分析法(DGA)是一种通过分析变压器油中溶解气体的组成和含量来诊断变压器内部故障的方法。
气体类型分析：通过气相色谱分析，检测油中溶解的氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等气体的含量，这些气体的产生与变压器内部的过热、放电等故障有关。
故障特征气体判别：根据故障类型，特定的气体会产生特征性的增加。例如，局部放电故障会导致氢气含量显著增加，而电弧故障则会导致乙炔含量显著增加。
三比值法：通过计算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的比值，可以对故障类型进行编码和分类，从而判断故障的性质。
产气速率监测：监测变压器油中气体的产生速率，快速增加的产气速率可能表明故障的加剧。
历史数据对比：将当前的DGA结果与历史数据进行对比，可以发现故障发展趋势，为故障的早期诊断提供依据。
三、故障处理措施
1 .针对过热故障的处理
针对过热故障，处理措施主要集中在改善接触条件、优化导线连接和降低负荷等方面。
接触不良改善：对于将军帽接线装置过热和线圈导线接头的虚焊问题，首先应进行彻底的检查和重新焊接，确保连接的牢固性和导电性。根据故障统计，约有30%的变压器故障源于导电回路接触不良，因此，对接触点进行定期的维护和检查是预防过热故障的重要措施。
降低负荷运行：对于过负荷运行导致的过热，应立即减少变压器的负荷，避免长期超负荷运行。同时，对变压器的冷却系统进行优化，提高散热效率，以降低因过热导致的绝缘老化风险。
增加热保护装置：在变压器中增加过热保护装置，如温度传感器和自动断路器，一旦检测到异常温度升高，能够及时切断电源，防止故障扩大。
2 .针对绝缘下降的处理
绝缘水平下降的处理措施包括干燥处理、更换绝缘油和修复绝缘材料等。
干燥处理：对于因受潮导致绝缘性能下降的变压器，应进行干燥处理，以去除绝缘材料中的水分。根据研究，介损值每增加1%，绝缘材料的寿命将减少约10%，因此，控制油中水分含量是维持绝缘水平的关键。
更换绝缘油：对于油质不良的变压器，需要更换新的绝缘油，并确保新油的介损值、含水量等指标符合标准，以恢复绝缘性能。
修复或更换绝缘材料：对于因局部过热而导致绝缘材料损坏的情况，应及时修复或更换损坏的绝缘材料，以防止故障的进一步发展。
3. 针对产气故障的处理
产气故障的处理措施主要集中在监测和控制产气速率，以及对内部故障的早期诊断。
产气速率监测：通过对变压器油中气体的持续监测，及时发现产气速率的异常变化，这可能表明内部故障的存在。数据显示，放电故障在变压器故障中占比约为15%，因此，对产气速率的监测对于早期发现放电故障至关重要。
内部故障诊断：利用DGA结果，结合三比值法和其他诊断技术，对变压器内部的过热、放电等故障进行精确诊断，并采取相应的修复措施。
预防性维护：定期对变压器进行预防性维护，包括清洁、紧固连接点和检查绝缘材料的状况，以减少产气故障的发生。
3.针对调压开关故障的处理
调压开关故障的处理措施包括检查和修复接触不良、更换损坏部件以及优化操作流程。
接触不良检查：对于调压开关主触头没有到位、抽头引线松动等问题，应进行全面检查，并修复或更换接触不良的部件。据统计，调压开关故障在变压器故障中占比约为10%，因此，确保调压开关的可靠性对于变压器的安全运行至关重要。
更换损坏部件：对于烧毛的触头、损坏的切换开关和过渡电阻断线等，应立即更换，以恢复调压开关的正常功能。
优化操作流程：对调压开关的操作流程进行优化，减少不必要的操作，以延长调压开关的使用寿命，并降低故障风险。
四、故障预防与日常维护
1 .日常巡视与检查
日常巡视与检查是预防变压器故障的基础工作，通过对变压器的定期巡视，可以及时发现并处理潜在的故障隐患。
巡视内容：巡视内容包括检查变压器的油位、油色、温度、声音、气味等，以及检查变压器的外部清洁、接地情况和附件完整性。例如，储油柜油位是否正常，油位计是否完好、明净，并排出集污盆内的油污。
数据记录：每次巡视后应详细记录变压器的运行状态，包括油温、油位、声音等，这些数据对于分析变压器的运行状况和预防故障具有重要意义。据统计，通过日常巡视发现的故障占总故障的20%以上。
2 .定期检查与测试
定期检查与测试是确保变压器健康运行的重要手段，通过科学的测试方法，可以评估变压器的绝缘状态和性能。
绝缘电阻测试：根据DL/T 572-2021标准，变压器的绝缘电阻测试应每年至少进行一次，以确保绝缘材料的性能符合要求。测试结果应与前一次测试结果比较，差异不应超过2%。
油中溶解气体分析：油中溶解气体分析(DGA)应每半年至少进行一次，通过分析油中溶解气体的组成和含量，可以及时发现变压器内部的过热、放电等故障。
耐压试验：耐压试验是评估变压器绝缘强度的重要手段应每三年至少进行一次。试验应在变压器停电状态下进行，以确保试验的准确性和安全性。
3. 故障预防措施
故障预防措施是减少变压器故障发生的关键，通过实施有效的预防措施，可以显著降低故障率。
负荷管理：通过合理分配负荷，避免变压器长时间过负荷运行，减少因过热导致的绝缘老化和故障风险。据统计，过负荷运行导致的故障占总故障的30%以上。
温度控制：变压器的运行温度应控制在规定范围内，超过额定温度会加速绝缘材料的老化。通过冷却系统的优化和维护，可以有效控制变压器的运行温度。
绝缘监测：定期监测变压器的绝缘状态，及时发现绝缘性能下降的迹象。对于绝缘性能下降的变压器，应及时进行干燥处理或更换绝缘油，以恢复绝缘性能。
维护保养：定期对变压器进行维护保养，包括清洁、紧固连接点、检查绝缘材料的状况等，以减少因维护不当导致的故障。维护保养的周期应根据变压器的运行状况和环境条件确定，一般每年至少进行一次。
五、 总结
1. 故障处理措施的实施
针对不同类型的故障，我们提出了相应的处理措施。这些措施包括改善接触条件、优化导线连接、降低负荷、干燥处理、更换绝缘油、修复或更换绝缘材料、监测产气速率和内部故障诊断等。这些措施的实施，对于减少变压器故障的发生和提高变压器的可靠性具有重要意义。
2. 故障预防与日常维护的重要性
日常巡视与检查、定期检查与测试以及故障预防措施的实施，被证明是预防变压器故障的有效手段。通过这些措施，可以及时发现并处理潜在的故障隐患，减少故障的发生，延长变压器的使用寿命。
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