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浅谈变压器中电气试验的方法措施

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2021年7月下作者：张杰

[导读] 变压器是电力系统中一个很重要的组成部分，在电力系统出现故障之后，要依靠电气试验来对系统中的关键节点和部件进行检查。本文首先介绍了变压器的基本概念，之后阐述了电气试验在变压器分析中的具体应用，并在这个基础上结合上海申通地铁电气试验的实际案例，对电气试验的作用进行了分析和总结。

上海申凯公共交通运营管理有限公司张杰

摘要：变压器是电力系统中一个很重要的组成部分，在电力系统出现故障之后，要依靠电气试验来对系统中的关键节点和部件进行检查。本文首先介绍了变压器的基本概念，之后阐述了电气试验在变压器分析中的具体应用，并在这个基础上结合上海申通地铁电气试验的实际案例，对电气试验的作用进行了分析和总结。
关键词：变压器；电气试验；方法措施
        随着社会经济的快速发展和科技水平的不断提高，电力资源在生产和生活中的应用范围越来越广，企业和家庭对电力能源的依赖度也在持续地攀升，电力能源正在逐步发展成为现代社会发展中不可缺少的关键能源之一。在电力系统中，变压器是用于进行电力传送的关键基础性设施，其运行的稳定程度将直接影响到整个供电系统的安全。因此，为了及时发现和排查变压器在运行中产生的新问题，电力部门通过电气试验来对变压器的故障特性进行分析探究，并在比较后选择合适的电气实验方法来进行设备故障的排查。
        1变压器概述
        1.1变压器的种类
        变压器主要是根据电磁感应理论来实现电和磁两者之间的互相转化，在电力系统中的主要应用领域就是将经由电缆传送过来的高压电流转化为供家庭和企业使用的安全电流，其结构可以被拆分为磁芯、初级线圈和次级线圈三个部分。现阶段，变压器可以被分为三个种类：配电变压器、干式变压器和组合变压器，其中以组合变压器的使用范围最为广泛。组合变压器的总体架构对比起来较为简捷，同时其自身特性可以根据电力企业对电力输送的实际要求来实现个性化调换，进而实现对电力资源的最有效分配。考虑到组合变压器易发生故障的缺点，探求快速诊断变压器故障的试验方式是电力系统管理的工作重点。
        1.2变压器的内在缺陷
        尽管变压器具有保证电力平稳传输的优点，但在实际工作中仍存在着不可忽视的缺陷，需要依赖电力系统的维修和防护。变压器的内在缺陷包括：（1）在运行过程中有很高的几率会产生接触不稳定，导致输电线路中的电流供应波动较大，对电子设备带来不利影响；（2）变压器中使用的基础材料可能会由于老化而降低了其原先的绝缘强度，造成电力设备的损坏；（3）受外部环境的影响较大，尤其是大风暴雨等恶劣天气对变压器外层的完整性造成很大压力。
        1.3变压器的常见故障
        作为电力系统中必不可少的关键设施之一，变压器在日常生活中的使用频率非常高，而长期高负荷的运行和不合理的日常维护势必会导致其故障发生的可能性大大提高。变压器的常见故障主要为：
        1）由于变压器线缆的外层材料在高负荷使用下随时间推移逐渐老化，导致变压器工作的稳定程度降低，出现意外波动的可能性提高，如果电力系统处于高电力状态下时甚至会波及到系统中的其他设施，造成影响广泛的经济损耗。
        2）在变压器完成自我冷却时，如果出现上级变压器向外输送的电压攀升的情况，两侧对比的温差可能会导致火花产生，甚至会引发大型火灾事故，对整个电力系统造成巨大破坏。
        2电气试验在变压器中的具体应用
        2.1直流电阻试验
        变压器开始大范围维护、继续交接和开关调整后，以及当发现变压器发生故障后，必须要进行直流电阻的试验来进行检测。通过对直流电的测试，能快速高效地检测绕组是否发生了短路、以及连接端口的焊接水平等情况；确认分接开关的所属区间和设计区间是否配对，区域之间的功能传递是否完好；引出线路是否被损坏，绕组的每一条导线是否被损坏等。在实际操作时，在进行小型变压器设施的平时检查中，多数会选择利用直流电桥方法，对指定线圈的直流电阻数值进行试验和记录，比对同一位置的绕组分解点测出的直流电阻，确保其横向和纵向对比差距均维持在2%以内。
        2.2绝缘电阻试验
        绝缘电阻试验通常是指在指定的绝缘区域内，通过加大直流电的电压来测试电阻自带的离子在电场内进行运动时所产生的电流，并根据欧姆定律的公式来计算实际数据。测试变压器的绝缘能力是否有效，一种比较常见的手段就是测量绝缘电阻及其吸收比率，通过这种方式可以高效检测到变压器绝缘效果是否出现异常，是否有毁损、撕裂、污渍等情况，以及绝缘油是否劣质的问题。需要关注的一点是，当不同的绝缘设施处于同一个电压下，汇总的总体电流曲线会随着时间推移而显示出不同的波动，其主要原因是当绝缘能力受到毁坏时电流吸收程度受影响，进而使得总体电流随之变得降低和迟钝。正常情况下，会将15s和60s时绝缘电阻的比值数据称为吸收比率，而变压器的绝缘数值至少要达到1.3，而比较优秀且使用频率较高的绝缘电阻最好要达到3以上的数值。
        2.3变压器短路试验
        当在指定范围内安装变压器设备之后，其运作期间会受到多种外部因素的负面影响而导致变压器短路现象的发生。变压器短路的情况包括：内部的线圈受到绕组影响而产生的电线短路；油箱的预设不满足规定标准，导致其电阻过高进而带来整体电路温度的攀升，导致电路出现短路。变压器的短路试验主要是检测确定电流下的短路损耗和电压情况，经过检测后可能会观察到的问题包括:
        1）变压器的组成部件和油箱因为漏磁而产生的过热；
        2）油箱周围和上覆箱盖出现过高的耗损或部分区间出现过热；
        3）附带负电荷调整电压功能的绕组出现短路；
        4）变压器中低电压绕组由于电路并联而导致移位过程中产生短路。经过对阻抗电压的检测，就能找出变压器运作过程中其外侧发生的短路现象和内侧形状和尺寸的变动。
        2.4交流耐压试验
        交流耐压试验的内在原理是，如果变压器的内部存在一些问题和缺陷时，以交流耐压的方式对其绝缘能力进行有效地检查。由于交流耐压试验会对被测设备造成破损和毁坏，因此该试验必须要在被测试设施经过检测并验收合格后才能开展和进行，来预防其在测试过程中遭受到重大损坏而对功能和使用寿命产生不利影响。在测试变压器时，由于其自身容量比较大，因此可以利用串联谐振地方法完成检查，以确保变压器因测试而遭受的破坏和毁损程度较低。

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        3上海地铁电气试验分析实例
        上海地铁的整体供电采用纵深联动的主保护、以及多种备选方案进行辅助保护的方式，这样可以快速和实时地发现和报告问题故障，保障整个电力系统的平稳运行。但在实际操作时，仍会出现一些问题，比如地铁的某一条线路就曾经因变压器的连接地面电阻数值过高，导致了零序电流保护的误操作，使停电大范围扩大，造成了巨大的经济损失。
        本文选取了浦江线变电所400V预防性电气试验项目作为分析的实际案例，该预防性电气试验的内容包括电容仪器柜、柜出电线、母线、电缆以及有源滤波柜的400V预防性试验，其试验的具体内容和要求以及所用工具如下所示。
        3.1400V电容仪器柜
        400V电容仪器柜的预防性检查通常为1年1次，其内容和方法如下：
        1）对电容仪器柜和主要的电气零部件进行清理和检测，保证仪器柜内侧和各个主要的电气零部件外表没有灰尘、污渍和障碍物等，并确定各个零件以及其相互联结部位完整且牢固，没有出现焊接上的纰漏。
        2）对所有电气零部件的螺丝进行拧紧和加固。
        3）观察到电容可以完全地完成放电后才开始操作。
        4）测试摇表地绝缘电阻高于额定值，并检查电容表中指示的电容数值是否低于指定的30%，同时确保三相之间的容量能保持稳定，相互之间的误差水平不大于总体一相容量的5%。
        5）进行定制的设置，将无功的功率要素初设置为0.9，将投切的具体间隔设置为30s。
        3.2 400V柜出电线
        400V柜出电线的检查通常为3年1次，其内容和方法如下：
        1）对柜出电线的开关部位进行清理和观察，保证开关部位表面没有灰尘、污渍和障碍物等，并确定各个相互联结部位完整且牢固，没有出现焊接上的纰漏。
        2）对开关部位的螺丝进行拧紧和加固。
        3）观察开关部位是否有明显缺损，触头之间的连接稳定，接触点之间并没有明显的烧蚀痕迹。
        4）查看电源抽屉是否能正常地进出，保证其运动的稳定、灵便和到位，动静触头之间的连接稳定。
        5）确保电流互感器没有裂痕，可以完成指定任务。
        6）加固电缆端头和端尾的开关，观察是否有反常情况出现。
        7）定期登记和记录出线电缆端头和端尾的开关参数，包括其容量数值、以及具体的位置分布，同时要确保电缆端头和端尾的开关同之前一级的开关之间不存在电流倒流情况，防止因前后温差过高而出现短路现象。
        8）确保摇表的绝缘电阻高于额定值。
        3.3 400V母线
        400V母线的检查通常为3年1次，其内容和方法如下：
        1）母线线路整体没有明显的积尘、污渍和油污，线路没有明显的过热烧蚀痕迹，线路之间的连接部位稳定，没有松动和掉落的螺丝。
        2）确保摇表的绝缘电阻高于额定值。
        3.4 400V电缆
        400V电缆的检查通常为3年1次，其内容和方法如下：
        1）检查电缆的端头和端尾以及中间部位没有显著的烧蚀痕迹，其外侧的绝缘装备没有明显破损。
        2）确保摇表的绝缘电阻高于额定值。
        3.5 400V有源滤波柜
        400V有源滤波柜的检查通常为1年1次，其内容和方法如下：
        1）检查有源滤波柜的内测和各个主要电气零部件的外表没有积尘、污渍和油污；接触设备、短路设备和滤波电容组以及其他所有主要线路没有显著的灰色痕迹；加固滤波显示设备和转化开关之间的连线。
        2）观察和检查接触设备、断路设备和电容组的连接线路是否稳固，没有松动和掉落的螺丝。
        3）保证电容的放电过程安全结束后才开始操作。
        4）确保摇表的绝缘电阻高于额定值，并对电容表进行操作和检查，如果其数值低于额定的30%则要进行替换，同时保证三相之间的容量整体稳定，其相互之间的误差值不高于一相的总体容量值5%。
        4结束语
        综合来看，在变压器的分析检测过程中，进行电气试验是不可或缺的关键性步骤，而由于电气试验的方式种类多样化，可以按不同情况选择合适的种类开展测试。电气试验作为一门新型的试验技术，不仅可以排查变压器运作过程中未被发现的安全隐患，还具备易操作、试验快捷等优点，有效提高了电力公司的维护效率，降低了关键部件的浪费和损耗，进而降低了电力系统故障可能造成的生命和财产损失，保证电力系统可以得到平稳的运作。
参考文献：
[1]彭飞. 浅谈变压器中电气试验的方法措施[J]. 工程技术与管理(英文), 2018, 002(007):P.281-282.
[2]韩俊峰.电气试验在变压器故障分析中的运用[J].电工技术,2019(18):42-43.
[3]陆志航.电气试验在变压器故障分析中的运用[J].电力设备管理,2021(04):65-66+99.