干式变压器故障监测：故障类型、成因分析与监测系统

发布时间：2025年11月3日 08:09:26

干式变压器因无油化、防火防爆、维护便捷等优势，广泛应用于高层建筑、数据中心、地铁等对安全要求较高的场所。但其运行过程中受环境、负载、制造工艺等因素影响，易出现各类故障，精准识别故障类型、明确成因并搭建高效监测系统，对保障电力系统稳定运行至关重要。

一、干式变压器常见故障类型

干式变压器的故障主要集中在核心部件及运行系统中，常见类型包括以下几类：
  1. 绕组故障：最常见且危害较大的故障，包括绕组过热、匝间短路、相间短路、绕组变形等。
  2. 铁芯故障：主要表现为铁芯多点接地、铁芯损耗过大、铁芯松动或振动异常。
  3. 绝缘故障：干式变压器多采用环氧浇注或非包封式绝缘，故障形式有绝缘老化、绝缘受潮、绝缘破损放电。
  4. 局部放电故障：绝缘内部或表面出现局部电场集中，引发局部击穿放电，是绝缘劣化的重要前兆。
  5. 冷却系统故障：针对强迫风冷（AF）型干式变压器，常见风扇损坏、风速不足、散热通道堵塞等问题。

二、故障产生的核心原因

干式变压器故障的产生并非单一因素导致，而是设计、制造、运行、环境等多方面因素共同作用的结果：

1. 设计与制造缺陷

  • 绕组绕制工艺不达标，导致导线排列不均、绝缘层厚度不足，埋下匝间短路隐患。
  • 铁芯叠片精度不够、夹紧力不足，运行中产生振动和涡流损耗过大，引发铁芯过热。
  • 绝缘材料选型不当，耐温等级或机械强度不满足工况要求，易老化破损。

2. 运行工况异常

  • 长期过载运行，绕组损耗大幅增加，温度超过绝缘耐受极限，加速绝缘老化和绕组变形。
  • 电压波动过大或三相负载不平衡，导致铁芯磁密饱和，损耗增加且产生振动噪声。
  • 频繁启停或突发短路冲击，绕组承受巨大电磁力，易造成导线变形、接头松动。

3. 环境因素影响

  • 环境湿度超标，非密封式干式变压器的绝缘材料吸潮，导致绝缘电阻下降，引发放电故障。
  • 粉尘、腐蚀性气体（如化工厂、沿海地区）附着在绕组或铁芯表面，破坏绝缘层并加速部件腐蚀。
  • 环境温度过高，超出冷却系统散热能力，导致设备整体温升异常。

4. 维护管理缺失

  • 未定期清理散热通道，灰尘堆积导致通风不畅，散热效率下降引发过热。
  • 长期未进行绝缘电阻测试、局部放电检测等预防性试验，无法及时发现潜在故障。
  • 冷却系统风扇、传感器等部件未定期检修，出现故障后未能及时更换。

三、干式变压器故障监测系统分类及特点

干式变压器故障监测系统分为传统预防性监测和在线实时监测两大类，两者互补形成完整的监测体系：

1. 传统预防性监测系统

以定期人工检测为主，适合故障发生率较低、工况简单的场景，核心方式包括：
  • 绝缘电阻测试：通过摇表测量绕组对地、相间绝缘电阻，判断绝缘受潮或老化程度。
  • 直流电阻测试：检测绕组直流电阻值，排查绕组接头松动、匝间短路等问题。
  • 局部放电检测：采用超声波检测仪或便携式局部放电测试仪，定期现场检测放电信号。
  • 红外测温：利用红外热像仪扫描变压器表面，识别绕组、铁芯、接头等部位的过热区域。

2. 在线实时监测系统

基于传感器技术和数据传输技术，实现 24 小时不间断监测，适合重要负荷场所，核心模块包括：
  • 温度监测模块：通过光纤温度传感器或 PT100 传感器，实时采集绕组、铁芯及环境温度，超温时自动报警。
  • 局部放电在线监测模块：通过内置耦合传感器采集放电信号，结合算法分析放电强度和位置，提前预警绝缘故障。
  • 振动监测模块：通过振动传感器采集变压器运行振动信号，分析铁芯松动、绕组变形等故障特征。
  • 综合监测平台：整合各类监测数据，实现远程监控、数据存储、故障诊断和历史数据分析，提升运维效率。

四、干式变压器故障监测常见问题有哪些

  1. 问：干式变压器绕组过热的常见征兆有哪些？答：主要表现为设备表面温度异常升高、散热风扇持续高速运转、出现异味（绝缘老化）、负载率未超标但温升超标。
  2. 问：环境湿度对干式变压器绝缘影响多大？答：影响显著，相对湿度超过 85% 时，非包封式变压器绝缘材料易吸潮，导致绝缘电阻下降，甚至引发局部放电，建议控制运行环境湿度在 40%-70%。
  3. 问：在线监测系统和传统人工监测相比，优势在哪里？答：优势在于实时性强，可 24 小时不间断监测；能捕捉瞬时故障信号（如突发局部放电）；减少人工巡检成本；实现远程预警，避免故障扩大。
  4. 问：干式变压器局部放电一定意味着绝缘故障吗？答：不一定，轻微局部放电可能是暂时的环境因素（如湿度超标）导致，但若放电强度持续升高或频繁出现，说明绝缘已出现劣化，需及时处理。
  5. 问：强迫风冷型干式变压器风扇故障，会导致什么后果？答：风扇故障会导致散热效率骤降，若变压器带负荷运行，绕组温度会快速升高，短期内可能引发绝缘老化加速，长期可能导致绕组短路。
  6. 问：如何判断干式变压器铁芯是否存在多点接地故障？答：可通过测量铁芯对地绝缘电阻，若电阻值低于 1MΩ，大概率存在多点接地；同时结合振动监测，多点接地会导致铁芯振动异常、损耗增加。
  7. 问：干式变压器绕组变形的主要原因是什么？答：主要原因包括突发短路冲击、长期过载运行、运输或安装过程中受到撞击、绕组绕制时夹紧力不足。
  8. 问：在线监测系统的传感器需要定期维护吗？答：需要，建议每 6-12 个月检查一次传感器接线是否松动、光纤传感器是否破损、温度传感器校准精度，确保监测数据准确。
  9. 问：干式变压器可以在粉尘较多的环境中运行吗？答：不建议长时间运行，粉尘堆积会堵塞散热通道，导致散热不良，同时粉尘可能含有导电杂质，附着在绝缘表面会降低绝缘性能，需定期清理并做好防尘措施。
  10. 问：预防性试验和在线监测的关系是什么？答：两者是互补关系，在线监测侧重实时预警，预防性试验（如年度绝缘测试、直流电阻测试）侧重深度排查潜在故障，结合使用可全面保障变压器安全运行。