Guía de las tecnologías de prueba de transformadores más recientes

Los transformadores vienen en muchos tipos, principalmente sumergidos en aceite y de tipo seco. Sus manifestaciones de fallas son diversas, pero la mayoría de las fallas se concentran en los devanados, el núcleo, los componentes de conexión y la contaminación del aceite. Por ejemplo, daño en el aislamiento de los devanados, circuitos abiertos, cortocircuitos y cortocircuitos entre vueltas en los puntos de conexión. Los síntomas externos comunes de las fallas de los transformadores incluyen sobrecalentamiento severo, aumento excesivo de temperatura, ruido anormal y desequilibrio trifásico.

El mantenimiento rutinario de los transformadores主要包括变压器的常规维护内容，如绝缘测试（绝缘电阻、介质吸收比等）、直流电阻测量（用于检测绕组相关故障）、铁芯吊检和空载试验。一些企业还会分析油浸式变压器的油质，以确保其电气绝缘性能和热性能保持完好。 以下是一些先进的变压器测试方法供参考。 ### 1. ALL-Test 方法 ALL-Test 方法的核心是使用高频低电压信号（而不是高电压信号）来测量内部参数，如直流电阻、阻抗、绕组电感相角以及基于绕组设备的电流与频率比 (I/F)。这可以准确评估内部故障及其发展阶段。该方法的优点包括： - 允许快速现场故障诊断，帮助确定是否需要进一步耗时且劳动密集型的检查，例如铁芯吊检。 - 测量精度高。由于变压器绕组的直流电阻通常非常低，使用低电压高频信号可以避免加剧现有缺陷。通过精确到小数点后三位，即使是轻微的匝间短路也可以通过直流电阻 (R) 的明显变化来检测——这是传统的直流电阻测试无法实现的。 - 便于状态监测。每次测量都可以记录并存储。通过定期测试并绘制趋势曲线，可以随时间监测关键参数的变化，为早期故障检测和预测性维护提供可靠数据——支持工业设施中的定量故障管理。 - 综合参数分析 (R, Z, L, tgφ, I/F) 提供了对变压器内部故障更全面、及时和准确的描述。 **ALL-Test 基本步骤：** 断开变压器电源后，将二次侧（或一次侧）接地。然后依次将仪器的信号引线连接到一次侧（或二次侧）端子（H1, H2, H3），测量相间参数 (R, Z, L, tgφ, I/F)。通过比较各相之间或同一相在不同时间的历史数据，可以确定变压器的故障状况。 作为参考，以下是推荐的经验评估标准： - **电阻 (R)：** - 如果 R > 0.25 Ω，相间差异超过 5% 表示三相不平衡。 - 如果 R ≤ 0.2 Ω，使用 7.5% 的阈值进行不平衡判断。 - **阻抗 (Z)：** - 相间不平衡不应超过 5%。 - 故障变压器通常显示不平衡趋势接近 100% 或以上。 - **电感 (L)：** - 不平衡不得超过 5%。 - **相角正切 (tgφ)：** - 各相之间的差异应在一位数字内（例如，0.1 对 0.2 是可接受的；0.1 对 0.3 则不可接受）。 - **电流与频率比 (I/F)：** - 相间差异不应超过两位数字（例如，1.23 对 1.25 是可接受的）。 根据现场经验，在从不平衡到故障的发展过程中，变压器测试数据会发生显著变化。对于关键变压器，建议每月至少进行一次 ALL-Test 测量。 **表 1 良好 2500kVA, 28800:4300 变压器的实验数据，二次侧测试** | | H₁ - H₂ | H₁ - H₃ | H₂ - H₃ | |-------|---------|---------|---------| | R | 0.103 | 0.100 | 0.096 | | Z | 15 | 14 | 14 | | L | 2 | 2 | 2 | | tgφ | 75 | 75 | 75 | | I/F | -48 | -48 | -49 | **表 2 故障 500kVA, 13800:240V 变压器的实验数据，一次侧测试** | | H₁ - H₂ | H₁ - H₃ | H₂ - H₃ | |-------|---------|---------|---------| | R | 116.1 | 88.20 | 48.50 | | Z | 4972 | 1427 | 1406 | | L | 7911 | 2267 | 2237 | | tgφ | 23 | 21 | 20 | | I/F | -33 | -29 | -29 | ### 2. 匝数比测试方法 在现场测试变压器时，直接测量匝数比是一种有效且快速的方法，用于检测内部故障，如接线错误、短路或开路。在运行过程中，由于制造差异或随时间的绝缘老化，变压器的实际匝数比可能偏离其铭牌值。如果测量准确，匝数比可以作为关键条件指标来识别和跟踪内部缺陷的发展。为此，通常使用高精度的变压器匝数比 (TTR) 测试仪。 ### 3. 变压器油质测试 油浸式变压器被广泛使用，其维护的一个关键部分是评估绝缘油的状态。通过目视检查，可以识别油劣化的迹象，如颜色变暗、酸味、介电强度（击穿电压）降低或淤渣形成。此外，对关键油性质的定量分析，包括粘度、闪点和水分含量，对于全面评估至关重要。请参见下表中的评估标准。 | 序号 | 项目 | 设备电压等级 (kV) | 新油质量指标 | 运行中油质量指标 | 检验方法 | |------|----------------------|------------------|--------------|------------------|-----------------| | 1 | 水溶性酸 (pH 值) | | >5.4 | ≥4.2 | GB7598 | | 2 | 酸值 (mgKOH/G) | | ≤0.03 | ≤0.1 | GB7599 或 GB264 | | 3 | 闭口闪点 (℃) | | >140 (10#、25#油)
>135 (45#油) | 1. 不低于新油标准 5
2. 不低于上次测量值 5 | GB261 | | 4 | 机械杂质 | | 无 | 无 | 目视检查 | | 5 | 游离碳 | | 无 | 无 | 目视检查 | 简要介绍如何使用气相色谱法进行分析和检验。当变压器油劣化或发生故障时，这种方法的基本方法是在不停电的情况下从变压器中提取油样，分析溶解气体的类型和浓度，然后确定故障状况。正常情况下，油中的气体含量非常低，特别是可燃气体，仅占总量的 0.001% 至 0.1%。 然而，随着变压器故障的严重程度增加，油和固体绝缘材料在热效应和电磁效应的作用下会产生各种气体。例如，当局部过热时，绝缘材料会产生大量的 CO 和 CO₂；当油本身过热时，会产生大量的乙烯和甲烷。以可燃气体含量作为判断标准，可以应用以下指南：气体含量低于 0.1% 表示正常；0.1% 至 0.5% 表示轻微故障；高于 0.5% 表示严重故障。 由变压器电气故障主要产生的气体是氢气 (H₂) 和乙炔 (C₂H₂)，主要由电弧放电或火花引起。可以使用以下参考指标进行判断：H₂ 含量 <0.01% 为正常，0.01–0.02% 需要注意，>0.02% 表示故障；C₂H₂ <0.0005% 为正常，>0.001% 表示故障。 变压器受潮后，H₂（氢气）含量往往会很高，因为电流作用下会产生氢气。这些气体数据可以综合分析，以评估变压器的状态。