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摘要：本文分析了电力变压器在日常运行过程中的常见故障，并结合在线监测技术，开展变压器状态评价，为开展设备检修提供指导。
关键词：变压器;故障;在线监测;状态评价
0引言
电力变压器是由多个子系统组成的复杂高压设备，长期运行面临着绝缘老化等各类问题，其故障概率会逐渐升高，变压器一旦发生运行事故，会造成设备损坏、报废甚至大面积停电等重大生产事故。只有尽早发现变压器的各种潜在故障，并针对不同的故障特征制定对应的维护方案，才能避免重大事故发生。因此，开展电力变压器在线状态评价对提高电力变压器运行水平具有重要意义。
1常见变压器故障
变压器的故障按照其部分可以分为绕组故障、铁芯故障、分接开关故障、引线故障等。
1.1绕组故障
绕组是变压器的核心组件，是变压器电气回路的唯一载体，故障可以分为：绕组短路、绕组断路、绕组松动、变形、位移、绕组烧损。而其中绕组短路又可分为：层间短路、匝间短路、饼间短路、股间短路。变压器绕组中的故障主要表现在：铜线处理不当，表面存在尖端，发生绕组匝间短路;引线首端/尾端接头接触不良、脱焊或是引线与套管导电杆接触不实时，可能造成绕组断线等。
1.2铁芯故障
变压器的铁芯是构成磁路的重要组件，铁芯的質量决定着变压器能否安全可靠运行。磁路中的故障，即出现在变压器的铁芯、铁轭及其夹件中的故障。变压器铁芯中的故障主要表现在：铁芯和硅钢片间的穿心螺杆绝缘损坏引发部分硅钢片短路，形成涡流;此外两根或多根穿心螺杆的绝缘被击穿，当磁通穿过由这些螺杆形成的短路时，就会在这些螺杆中流过较大的循环电流，从而引起绕组的匝间短路等。
1.3分接开关故障
分接开关作为变压器设备的心脏，因其结构复杂、运行方式多样，调整频率高等实际情况，导致其故障率较高。分接开关故障主要表现在：切换开关油室发生内渗，造成变压器主油箱内乙烯、乙烷甚至是乙炔等气体大量析出导致对设备状况的误判;调压机构箱内各类空开、继电器损坏，造成分接开关滑档、举动、分解指示不正确等。
1.4引线故障
变压器的引线是线圈与外部引线的连接部分，一般来说采用焊接工艺连接，因此焊接工艺不良将直接导致设备故障的发生。变压器引线的主要故障模式有：引线短路、引线断路、引线接触不良。引线断裂会使变压器停止运行。引线断裂后，极易引起对其它相或是对地电位的放电故障，甚至造成变压器损坏。
1.5套管故障
套管作为引线的外部保护元件，在运行过程中长期承受电气、环境、化学等因素作用，易造成其外绝缘及内部电容屏发生老化。套管故障主要表现在：套管密封工艺不佳，浸入水分受潮;套管油位偏低引发过热甚至是空腔放电等。
2变压器故障在线监测技术
2.1油中溶解气体在线监测
对电力变压器油中的溶解气体进行在线监测，采用电化学法。溶解于变压器绝缘油的各类特征气体经选择性气体渗透膜进入气体检测器内，并通过跟氧气发生反应，生成与特征气体体积分数成比例关系的电信号，这些电信号再经数字化处理后，即可得到溶解于变压器油中的各类气体的浓度和相应的产气速率。相比于气相色谱法，电化学法安装简便，相关设备只需安装在一个预留的变压器阀门上，可以带电安装，不需要载气等消耗品和易损件，传感器能够自检，不需要人工维护，由于没有油泵和其他机械运动部分，稳定性和可靠性较高。
2.2变压器套管在线监测
一般应用软件法对变压器套管进行在线监测，在线监测装置的硬件电路获取采样信号，之后运用数字处理技术，把采样信号中的干扰及噪音滤除。软件法有谐波分析法、相关函数法、正弦波参数法和高阶正弦拟合法等，考虑到现场检测系统的工作要求，一般普遍采用谐波分析法，因为它能够避免电网中的高次谐波对信号造成的误差。
2.3绕组温度在线监测
电力变压器绕组温度的在线测量可采用光纤测量。原理是当LED发出的光脉冲经过光纤传输到与绕组相接触的温度传感器，光脉冲便会激励传感器中的荧光材料，产生一定波长的荧光，便可根据荧光返回的衰减时间测出该传感器的温度，再将其经数字化处理，呈现出温度值。
2.4变压器外壳振动在线监测
通过在变压器外部安装振动传感器，监测变压器器身的振动情况来监测变压器绕组的状况。变压器的振动主要来源于变压器本体和变压器冷却系统的振动。变压器器身的振动与变压器铁芯和绕组的压紧状况、绕组的形变以及位移紧密相关，因此可以通过在线监测变压器外壳的振动信号，将外壳振动信号转化成正比的电压信号再传输给处理系统进行处理分析，便可实时掌握变压器绕组的形变、压紧状况。
3变压器状态评价方法
3.1变压器运行状态分级
在目前使用的变压器状态评价导则中，一般将变压器的运行状态分为：正常状态（NC）、注意状态（AC）、异常状态（ABC）和严重状态（SC）四个等级。其中每个等级对应的限值各不相同，一般情况下，各状态等级含义分别为：（1）正常状态（NC）表示油浸式变压器需要监测的所有状态量监测值波动范围较小大致稳定，并且低于导则规定的标准限值，变压器当前处于正常运行状态;（2）注意状态（AC）表示油浸式变压器的某一项状态量或者超过一项状态量接近报警值或者阈值，并且有可能高于报警值或者阈值，但当前仍未超过，即变压器仍可以正常继续运行，但应注意监视其运行过程中的状态量，防止超过报警值或阈值，造成设备损坏;（3）异常状态（ABC）指油浸式变压器各状态量的其中某项较为重要的状态量幅度变化相对较大，其监测值己经接近报警值或者阈值，甚至略微超过，此时变压器处于异常状态，应在运行员监控下运行，并在适当时候安排停电检修;（4）严重状态（SC）代表变压器所有状态量中的某一项重要状态量大幅度高于报警值、阈值，此时应该着重监视，并根据需要尽快安排停电检修，防止造成经济损失。
3.2状态量权重
根据电力设备的状态量对其健康状况的重要性，变压器状态量在本文中按重要程度分为4个等级：权重1、权重2、权重3、权重4。每个等级对应的权重系数不同，分别为1、2、3、4。其中权重1、权重2等级对应的是一般状态量，对设备状态的影响相对较小。权重3、权重4对应的是重要状态量，对设备状态的影响比较大。权重系数越小说明该状态量对变压器安全运行影响程度越小。
3.3状态量劣化程度
在不同的劣化程度下，通过比较变压器的不同状态量对其运行状态产生的大小不一的影响，并按照其劣化程度为依据，可将状态量划成四个等级：分别为I级、II级、III级和IV级。4个等级对应的基础扣分值为2、4、8、10分。变压器状态评价可通过变压器部件评价、变压器整体评价两部分来进行分析。根据变压器部件的独立程度可分为：本体、冷却系统、套管、有载分接开关、非电量保护系统（包括压力释放阀、轻、重瓦斯，以及油位油温等系统）以及在线监测装置等部件。
4结论
通过开展电力变压器运行状态评价，一方面可以对电力变压器生产实践中各种数据进行整合分析，及时了解变压器的运行状况与健康水平;另一方面，通过整合分析收集到的各项变压器数据，以及相关的经验、各项变压器相关标准、规范等，科学判断变压器的实际状态，从而制定合适的检修策略。
参考文献：
[1]辛建波，康琛，翁新林，陈田，谢斌，郭创新.基于聚类和时间序列分析的变压器状态评价方法[J].电力系统保护与控制，2019，47（03）：64-70.
[2]郑明亮，王泉，黄翔.基于直觉语言评价的电力变压器状态维修决策方法[J/OL].电子科技，2019（09）：1-6.
作者简介：
陈文睿，（1986-），男，本科，工程师，技师，从事变电运行工作，E-mail：45770446@qq.com
关键词：变压器;故障;在线监测;状态评价
0引言
电力变压器是由多个子系统组成的复杂高压设备，长期运行面临着绝缘老化等各类问题，其故障概率会逐渐升高，变压器一旦发生运行事故，会造成设备损坏、报废甚至大面积停电等重大生产事故。只有尽早发现变压器的各种潜在故障，并针对不同的故障特征制定对应的维护方案，才能避免重大事故发生。因此，开展电力变压器在线状态评价对提高电力变压器运行水平具有重要意义。
1常见变压器故障
变压器的故障按照其部分可以分为绕组故障、铁芯故障、分接开关故障、引线故障等。
1.1绕组故障
绕组是变压器的核心组件，是变压器电气回路的唯一载体，故障可以分为：绕组短路、绕组断路、绕组松动、变形、位移、绕组烧损。而其中绕组短路又可分为：层间短路、匝间短路、饼间短路、股间短路。变压器绕组中的故障主要表现在：铜线处理不当，表面存在尖端，发生绕组匝间短路;引线首端/尾端接头接触不良、脱焊或是引线与套管导电杆接触不实时，可能造成绕组断线等。
1.2铁芯故障
变压器的铁芯是构成磁路的重要组件，铁芯的質量决定着变压器能否安全可靠运行。磁路中的故障，即出现在变压器的铁芯、铁轭及其夹件中的故障。变压器铁芯中的故障主要表现在：铁芯和硅钢片间的穿心螺杆绝缘损坏引发部分硅钢片短路，形成涡流;此外两根或多根穿心螺杆的绝缘被击穿，当磁通穿过由这些螺杆形成的短路时，就会在这些螺杆中流过较大的循环电流，从而引起绕组的匝间短路等。
1.3分接开关故障
分接开关作为变压器设备的心脏，因其结构复杂、运行方式多样，调整频率高等实际情况，导致其故障率较高。分接开关故障主要表现在：切换开关油室发生内渗，造成变压器主油箱内乙烯、乙烷甚至是乙炔等气体大量析出导致对设备状况的误判;调压机构箱内各类空开、继电器损坏，造成分接开关滑档、举动、分解指示不正确等。
1.4引线故障
变压器的引线是线圈与外部引线的连接部分，一般来说采用焊接工艺连接，因此焊接工艺不良将直接导致设备故障的发生。变压器引线的主要故障模式有：引线短路、引线断路、引线接触不良。引线断裂会使变压器停止运行。引线断裂后，极易引起对其它相或是对地电位的放电故障，甚至造成变压器损坏。
1.5套管故障
套管作为引线的外部保护元件，在运行过程中长期承受电气、环境、化学等因素作用，易造成其外绝缘及内部电容屏发生老化。套管故障主要表现在：套管密封工艺不佳，浸入水分受潮;套管油位偏低引发过热甚至是空腔放电等。
2变压器故障在线监测技术
2.1油中溶解气体在线监测
对电力变压器油中的溶解气体进行在线监测，采用电化学法。溶解于变压器绝缘油的各类特征气体经选择性气体渗透膜进入气体检测器内，并通过跟氧气发生反应，生成与特征气体体积分数成比例关系的电信号，这些电信号再经数字化处理后，即可得到溶解于变压器油中的各类气体的浓度和相应的产气速率。相比于气相色谱法，电化学法安装简便，相关设备只需安装在一个预留的变压器阀门上，可以带电安装，不需要载气等消耗品和易损件，传感器能够自检，不需要人工维护，由于没有油泵和其他机械运动部分，稳定性和可靠性较高。
2.2变压器套管在线监测
一般应用软件法对变压器套管进行在线监测，在线监测装置的硬件电路获取采样信号，之后运用数字处理技术，把采样信号中的干扰及噪音滤除。软件法有谐波分析法、相关函数法、正弦波参数法和高阶正弦拟合法等，考虑到现场检测系统的工作要求，一般普遍采用谐波分析法，因为它能够避免电网中的高次谐波对信号造成的误差。
2.3绕组温度在线监测
电力变压器绕组温度的在线测量可采用光纤测量。原理是当LED发出的光脉冲经过光纤传输到与绕组相接触的温度传感器，光脉冲便会激励传感器中的荧光材料，产生一定波长的荧光，便可根据荧光返回的衰减时间测出该传感器的温度，再将其经数字化处理，呈现出温度值。
2.4变压器外壳振动在线监测
通过在变压器外部安装振动传感器，监测变压器器身的振动情况来监测变压器绕组的状况。变压器的振动主要来源于变压器本体和变压器冷却系统的振动。变压器器身的振动与变压器铁芯和绕组的压紧状况、绕组的形变以及位移紧密相关，因此可以通过在线监测变压器外壳的振动信号，将外壳振动信号转化成正比的电压信号再传输给处理系统进行处理分析，便可实时掌握变压器绕组的形变、压紧状况。
3变压器状态评价方法
3.1变压器运行状态分级
在目前使用的变压器状态评价导则中，一般将变压器的运行状态分为：正常状态（NC）、注意状态（AC）、异常状态（ABC）和严重状态（SC）四个等级。其中每个等级对应的限值各不相同，一般情况下，各状态等级含义分别为：（1）正常状态（NC）表示油浸式变压器需要监测的所有状态量监测值波动范围较小大致稳定，并且低于导则规定的标准限值，变压器当前处于正常运行状态;（2）注意状态（AC）表示油浸式变压器的某一项状态量或者超过一项状态量接近报警值或者阈值，并且有可能高于报警值或者阈值，但当前仍未超过，即变压器仍可以正常继续运行，但应注意监视其运行过程中的状态量，防止超过报警值或阈值，造成设备损坏;（3）异常状态（ABC）指油浸式变压器各状态量的其中某项较为重要的状态量幅度变化相对较大，其监测值己经接近报警值或者阈值，甚至略微超过，此时变压器处于异常状态，应在运行员监控下运行，并在适当时候安排停电检修;（4）严重状态（SC）代表变压器所有状态量中的某一项重要状态量大幅度高于报警值、阈值，此时应该着重监视，并根据需要尽快安排停电检修，防止造成经济损失。
3.2状态量权重
根据电力设备的状态量对其健康状况的重要性，变压器状态量在本文中按重要程度分为4个等级：权重1、权重2、权重3、权重4。每个等级对应的权重系数不同，分别为1、2、3、4。其中权重1、权重2等级对应的是一般状态量，对设备状态的影响相对较小。权重3、权重4对应的是重要状态量，对设备状态的影响比较大。权重系数越小说明该状态量对变压器安全运行影响程度越小。
3.3状态量劣化程度
在不同的劣化程度下，通过比较变压器的不同状态量对其运行状态产生的大小不一的影响，并按照其劣化程度为依据，可将状态量划成四个等级：分别为I级、II级、III级和IV级。4个等级对应的基础扣分值为2、4、8、10分。变压器状态评价可通过变压器部件评价、变压器整体评价两部分来进行分析。根据变压器部件的独立程度可分为：本体、冷却系统、套管、有载分接开关、非电量保护系统（包括压力释放阀、轻、重瓦斯，以及油位油温等系统）以及在线监测装置等部件。
4结论
通过开展电力变压器运行状态评价，一方面可以对电力变压器生产实践中各种数据进行整合分析，及时了解变压器的运行状况与健康水平;另一方面，通过整合分析收集到的各项变压器数据，以及相关的经验、各项变压器相关标准、规范等，科学判断变压器的实际状态，从而制定合适的检修策略。
参考文献：
[1]辛建波，康琛，翁新林，陈田，谢斌，郭创新.基于聚类和时间序列分析的变压器状态评价方法[J].电力系统保护与控制，2019，47（03）：64-70.
[2]郑明亮，王泉，黄翔.基于直觉语言评价的电力变压器状态维修决策方法[J/OL].电子科技，2019（09）：1-6.
作者简介：
陈文睿，（1986-），男，本科，工程师，技师，从事变电运行工作，E-mail：45770446@qq.com