文/张瑞红

电力变压器作为连接供电系统各装置的重要环节，其可靠性和持续性是电力生产和传输的关键。变压器故障可能发生于跳闸导致的不可见供断期，因此，良好的维护策略是避免电力系统故障至关重要的环节。本文通过诊断结果和实验综述了电力系统故障的潜在原因，并对不同类型的测试分析和监测手段进行研究。大量报告研究表明，套管失效是变压器击穿的主要原因之一，也是本文的关注重点。

损坏变压器套管测试揭示了关于变压器套管故障的几个重要事实。套管作为变压器易损坏部分，约44%的大型变压器强制停运与套管和绕组有关。而国际大电网会议（CIGRΕ/ Conseil International des Grands Reseaux Εlectriques）数据显示约 10%的变压器故障由套管损坏引起。对变压器故障进行分析，发现套管失效主要表现为套管、储能电路、有载调压变压器(OLTC)、阻绕及铁心故障。从物理学及电力学角度来看，套管式变压器的薄弱部分，其初始击穿过程难以检测，常引起套管突然失效进而导致变压器故障。

1 变压器故障分析

依据变压器维护流程对电力变压器进行故障根源分析，电力变压器故障可分为三种模式：电力故障、机械故障和热力学故障。这些故障又可进一步分为内部故障（绝缘老化、线圈松动、过热、受潮、绝缘油污染、局部放电等）及外部故障（系统转换操作、系统过载、系统错误等）。绝大部分变压器故障可以分为电弧放电、电晕放电、纤维过热和绝缘油过热四类，每类错误均对应多种成因。以绝缘油污染为例，通常是由于绝缘油降解、过载、热力学压力等因素作用于套管导致。

对变压器和保护继电器引起的跳闸案例进行分析，结果发现87%的变压器跳闸现象是电力系统故障导致，这其中10%伴随着保护继电器误操作，其余则是由于变压器本身的故障。与此同时，我们发现变压器的跳闸次数随时间变化。

2 变压器故障检测

交流电系统是一个复杂的网络，绝缘击穿导致的电力变压器故障增加了更换及维修成本。2000年初Pukel[3]提出了变压器运行的三种测试操作，即：常规试验、型式试验和用于不同任务的特殊试验。检查变压器状况的常规诊断方法有化学法，电气法，热力学法，光学和机械法。含溶解气体分析（DGA），击穿电压和糠醛分析组成的化学法是当前最流行和最重要的诊断方法。Mirzai等[5]基于Weibull分布统计研究了63/20 kV变压器的可靠性，由此提出了五种变压器故障分析方法，包括：定期测试、服务、保护操作、绝缘问题和其他（套管故障，开发，闪电等），这些对改进生产和项目运营至关重要。与此同时，Weibull分布也可用于分析模型的开发，并预测聚合绝缘材料的分解时间。

常采用以下手段研究变压器故障成因：内部检查和测试，包括物理测试、绝缘油测试和溶解气体分析。目前，热性能和电磁场（ΕMF）是确定电力变压器故障根源的前沿方法，该方法基于AC / DC模块和有限元方法（应用麦克斯韦方程和安培定律）实现。建模过程分为五个阶段：绘图（CAD软件）、设置域和边界（边界条件）、网格化、求解和后处理。

电力变压器预测性维护的早期故障检测方法主要依据绝缘和局部放电检查。近年来，经济的发展促进了故障预测、设备维护技术的进步，预防性测试和故障诊断技术日趋成熟，提高了电力变压器的可靠性。基于诊断程序的在线检测得到广泛应用。相比离线测量，在线测量可靠性高，迭代-传输-分配系统可不间断运行。