三相变压器故障诊断方法

三相变压器故障诊断方法

一、引言

三相变压器作为电力系统中的核心设备，其运行状态直接关系到电网的安全稳定。由于长期处于高电压、大电流的工作环境，加之绝缘材料老化、机械振动、过载等因素影响，变压器难免会出现各类故障。及时准确地诊断变压器故障，对于预防重大事故、延长设备寿命、保障供电可靠性具有重要意义。本文将系统介绍三相变压器常见故障类型及其诊断方法。

二、三相变压器常见故障类型

1. 绕组故障

绕组故障是变压器最常见的故障之一，主要包括：

- 匝间短路：绕组相邻匝间绝缘损坏导致的局部短路

- 相间短路：不同相绕组间的绝缘击穿

- 绕组接地：绕组与铁芯或外壳间的绝缘损坏

- 绕组变形：机械应力导致的绕组几何形状改变

2. 铁芯故障

铁芯故障主要包括：

- 铁芯多点接地：正常情况下铁芯应单点接地，多点接地会产生环流

- 铁芯局部过热：硅钢片间绝缘损坏导致的涡流损耗增加

- 铁芯松动：紧固件松动导致的异常振动和噪声

3. 绝缘系统故障

绝缘系统故障包括：

- 油纸绝缘劣化：长期热老化导致的绝缘性能下降

- 局部放电：绝缘内部或表面局部区域的放电现象

- 油质劣化：变压器油受潮、氧化或污染

4. 分接开关故障

有载分接开关常见故障有：

- 触头烧蚀：频繁操作导致的接触不良

- 机械卡涩：机构润滑不良或零件磨损

- 过渡电阻异常：电阻值变化或开路

5. 冷却系统故障

冷却系统故障包括：

- 油泵故障：电机损坏或轴承磨损

- 风扇故障：叶片变形或电机问题

- 散热器堵塞：灰尘积聚或阀门故障

三、三相变压器故障诊断方法

1. 电气试验诊断法

(1) 绕组电阻测量

通过测量绕组直流电阻可发现：

- 绕组断线或接触不良

- 分接开关接触问题

- 绕组匝间短路（需结合其他方法）

(2) 变比试验

测量各分接位置下的电压比可发现：

- 绕组匝数错误

- 分接开关错位

- 严重的绕组短路

(3) 空载试验

测量空载电流和损耗可判断：

- 铁芯质量（硅钢片性能）

- 铁芯多点接地

- 绕组匝间短路

(4) 短路试验

测量短路阻抗和负载损耗可发现：

- 绕组变形或位移

- 引线接触不良

(5) 绝缘电阻测试

测量绕组对地及绕组间绝缘电阻可评估：

- 整体绝缘状况

- 受潮程度

- 严重局部缺陷

2. 油中溶解气体分析(DGA)

DGA是诊断变压器内部故障最有效的方法之一，通过分析油中溶解的特征气体可判断：

- 过热故障：主要产生CH₄、C₂H₄、C₂H₆

- 放电故障：主要产生H₂、C₂H₂

- 油纸绝缘劣化：CO、CO₂含量增加

常用诊断方法包括：

- 特征气体法：根据气体成分判断故障类型

- 比值法（如Rogers比值、Doernenburg比值）：通过气体比值确定故障性质

- 三比值法（IEC 60599标准）：最常用的诊断方法

3. 局部放电检测

局部放电是绝缘劣化的重要征兆，检测方法包括：

- 电测法：测量放电脉冲电流

- 声测法：检测放电产生的超声波

- 超高频法：检测300MHz-3GHz频段的电磁波

- 化学法：检测放电产生的特征气体

4. 频率响应分析法(FRA)

FRA通过测量绕组在不同频率下的响应特性来诊断：

- 绕组变形（轴向、径向）

- 绕组松动

- 内部引线位移

5. 红外热像检测

利用红外热像仪可发现：

- 接头过热

- 套管异常发热

- 散热器堵塞

- 油位异常

6. 振动与噪声分析

通过监测振动和噪声可诊断：

- 铁芯松动

- 绕组松动

- 冷却系统机械故障

7. 在线监测技术

现代变压器常配备在线监测系统，包括：

- 油中气体在线监测

- 局部放电在线监测

- 绕组温度在线监测

- 负荷电流在线监测

四、综合诊断策略

1. 初步判断：根据运行记录、保护动作信号、外观检查等进行初步判断

2. 油化验分析：优先进行DGA分析，确定是否存在内部故障

3. 电气试验：根据初步判断选择适当的电气试验项目

4. 专项检测：针对特定问题开展局部放电、FRA等专项检测

5. 综合评估：结合各项检测结果进行交叉验证和综合判断

6. 趋势分析：与历史数据对比，评估故障发展程度

五、结论

三相变压器故障诊断是一个多方法、多参数的综合分析过程。实际应用中应根据变压器的重要性、运行历史和故障征兆，选择合适的诊断方法组合。现代智能诊断技术如人工智能算法、大数据分析等正在变压器故障诊断领域得到应用，可进一步提高诊断的准确性和效率。定期预防性试验与在线监测相结合，构成了变压器状态检修的技术基础，对保障电力系统安全运行具有重要意义。