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摘要：电力变压器故障是电力系统安全运行的一大隐患。因此。研究变压器故障的原因、诊断方法和防止措施，对减少变压器事故的发生具有重要意义，具有缩短了运行人员故障判断时间，减小了事故停电范围，减少了停电时间，对提高配电网的用户供电可靠性和经济性等方面起到了积极的作用。
关键词：电力变压器 故障诊断 频率响应分析法
电力变压器故障是指在电动力和机械力的作用下，电力变压器的尺寸或形状发生不可逆的变化。它包括轴向和径向尺寸的变化，器身位移，绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。电力变压器故障是电力系统安全运行的一大隐患。因此。研究变压器故障的原因、诊断方法和防止措施，对减少变压器事故的发生具有重要意义。目前，世界各国都在积极开展变压器故障诊断工作，有些国家甚至把该项工作放在变压器预防性试验项目的首要位置。
一、电力变压器故障的原因
造成变压器故障的主要原因有：
一是短路故障电流冲击。电力变压器在运行过程中，不可避免地要遭受各种短路故障电流的冲击，特别是变压器出口或近距离短路故障，巨大的短路冲击电流将使变压器绕组受到很大的电动力（是正常运行时的数十倍至数百倍），并使绕组急剧发热。在较高的温度下，导线的机械强度变小，电动力更容易使绕组破坏或故障。
二是在运输或安装过程中受到冲撞。电力变压器在长途运输或安装过程中，可能会受到意外的冲撞、颠簸和振动等，导致电力变压器发生故障。有的电力变压器投入时间不长就发生突发性事故，很可能与上述情况有关。
三是保护系统有死区，动作失灵。目前、电网的继电保护配置中，电力变压器的主保护有气体保护、差动保护，它们都满足快速切除（小于0．2s）的要求。但是，由于变电所设备布置上的原因，在变压器出口总断路器间隔的断路器与电流互感器之间发生的故障，是在变压锅盖动保护区外，母线差动保护区内，在断路器的电源侧。当母线差动保护动作，断路器跳闸后却不能切除故障，由变压器供给的短路电流依然存在。这个区域只有两个电力设备（断路器、．电流互感器），数米导线和几只瓷瓶，往往以为故障概率小而被忽视成为死区。但是，在这个区域内一旦发生事故，后果是相当严重的。保护系统存在死区或动作失灵都会导致变压器承受稳定短路电流作用的时间长。也是造成电力变压器故障事故的原因之一。
四是电力变压器承受短路能力不够。当变压器出现短路时，会因其承受不了短路电流冲击力而发生故障。例如，某DFPSF一250000／500型电力变压器，由于互感器事故导致 35kV侧发生三相短路后，使其引线支架多处断裂，绕组严重故障。实际上事故时的短路电流只有105kA，低于变压器应承受的水平，而且保护动作也正常，但变压器绕组却损坏了。只能说明是变压器绕组承受短路电流冲击能力不够。
二、电力变压器故障的危害
变压器故障后；有的会立即发生损坏事故，更多的则是仍能继续运行一段时间，运行时间的长短取决于故障的严重程度和部件，显然，这种变压器是带“病”运行，具有故障隐患。这是因为：
一是绝缘距离发生变化，或固体绝缘受到损伤，导致局部放电发生。
当遇到过电压作用时，绕组便有河能发生饼间或由间去纨导致美长隆的线事故，它坐在正偷运行电压下，因局部放电的长期作用，绝缘损伤部位逐渐扩大，最终导致变压器发生绝缘击穿掌故；例如，某台180MVA、220kV的电力变压器，低压侧短路后，用常规试验方法没有发现问题，投入运行后4个月，突然发生损坏事故。
二是绕组机械性能下降，当再次遭受到短路电流冲击时，将承受不住巨大的冲击电动力的作用而发生损坏事故。例如，某台250MVA、500kV的电力变压器，低压侧遭受短路冲击后，常规试验设有发现异常现象；投入运行后1年，在一次短路事故中损坏。
三是累积效应。运行经验表明，运行变压器一旦发生绕组故障，将导致累积效应。出现恶性循环。例如，某合31.5MVA、110kV的电力变压器，在运行的7年中，10kV侧曾遭受多次冲击，，经吊罩检查发现其内部绕组已存在严重故障现象。若不是及时发现绕组故障；很难说在什么时候这台电力变压器就会发生事故。再如，某电厂的一台63000/110升压变压器发生短路后速断保护跳开三侧断路器，经预防性试验合格再投运 1个月后，油中特征气体增长。一停运检修发现 35kV绕组已整体故障，包括10kV绕组多处有露铜，导线有烧融现象。因此，对于绕组已有故障但仍在运行的电力变压器来说，虽然并不意味着会立即发生绝缘击穿事故，但根据故障情况不同；当再次遭受并不大的过电流或过电压，甚至在正常运行的铁磁振动作用下；也可能导致绝缘击穿事故。所以，在有的所谓“雷击”或“突发”事故中，很可能隐藏着绕组故障协故障因素。
三、频率响应分析法的变压器故障的诊断
为了克服低压脉冲法的一些缺陷，1978年加拿大的E．P．迪克（Dick）和T.T.伊尔温（Erven）提出了频率响应分析（FRA）法，一并在世界各国获得了较为广泛的应用。频率响应分析法的原理是基于变压器的等值电路可以看成是共地的二端口网络。该二端口网络的频率特性可以用传递函数H（jω）=UO（jω）／Ui（jω）来描述。这种用传递函数描述网络特征的方法称为频率响应分析法。由于每台变压器都对应有自己的响应特性，所以绕组故障后，其内部参数变化将导致传递函数的变化。分析和比较变压器的频率响应特性，就可议发现变压器绕组是否发生了故障。诚然，绕组故障前的频率响应特性是分析和比较的基础。
运行中的变压器在用频率响应分析法测试前，需将被试变压器隔离，并将所有套管上的母线拆开，这是为了把随变压器安装位置的不同及不平衡母线电容的影响降到最小。用适当长度的电阻力50Ω的同轴电缆将频响仪和变压器连接起来，所有电缆都匹配到它们的特性阻抗，以减少反射。
测量被试变压器高压绕组的频率响应特性时，对星形接线，。频响仪的输出电压加在高压绕组中性点与箱壳接地线之间。测量任一高压绕组端子对地电压与输出电压之比得到响应。对三角形接线，则频响仪的输出电压施加在任意线端上。根据实测结果，扫频范围以10kHz～1MHz为宜。高于1MHz时，分布网络参数主要由电容决定，进入线性范围。这种测试装置的优点是抗干扰能力强，测量重复性好，灵敏度高和操作方便。每台变压器的频率响应特性测试可在2h内完成。
应当指出，这种方法在目前使用中，由于缺少原始试验记录，常用三相统组的频率响应特性相互比较来做判断，因此，判据的确定需要一定的经验，也存在一定的不确定性。加普遍采用此方法后，建立原始“指纹”库，当对变压器绕组故障有怀疑时，可以与原有“指纹”进行比较，得出较确切的判断。
参考文献：
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