电力企业设备故障诊断案例分析

电力企业设备故障诊断典型案例分析——以某220kV变电站变压器异常为例引言电力设备是电网安全稳定运行的核心载体，设备故障不仅影响供电可靠性，还可能引发大面积停电、设备损毁等严重后果。设备故障诊断作为电力运维的关键环节，通过多维度检测、数据分析与机理研判，可精准定位故障根源，为检修决策提供科学依据。本文以某220kV变电站主变压器异常事件为例，系统还原故障诊断过程，剖析成因并提出解决方案，为同类设备运维提供参考。一、案例背景某220kV变电站#1主变压器（型号SFSZ____/220，投运于2008年，设计寿命30年）近期出现油温异常升高现象。日常运维中，该变压器油色谱监测周期为每季度一次，红外测温每月一次。故障发生时，监控系统显示顶层油温达88℃（环境温度25℃，正常负载下油温应≤80℃），且轻瓦斯保护装置发出报警信号。运维人员初步检查发现变压器本体无明显渗漏油，冷却系统运行正常，负载率约60%（未超额定负载），遂启动专项故障诊断流程。二、故障诊断过程1.初步检测与数据采集油色谱分析：采集变压器油样送检，检测结果显示H₂含量为120μL/L（历史数据均值40μL/L），CH₄含量85μL/L（均值25μL/L），C₂H₂含量5μL/L（历史无检出），总烃含量190μL/L（均值50μL/L）。根据《DL/T____变压器油中溶解气体分析和判断导则》，H₂、CH₄、C₂H₂的组合特征符合“局部放电伴随过热”的故障类型。红外测温：使用红外热像仪对变压器本体、套管、分接开关等部位扫描，发现高压绕组区域温度达92℃，较其他区域高15℃，初步判断绕组或绝缘结构存在异常。电气试验：开展绝缘电阻、绕组直流电阻测试，结果显示高压绕组直流电阻三相不平衡度为2.1%（规程要求≤2%），超出允许范围，提示绕组可能存在匝间短路或接触不良。2.专项检测与故障定位为进一步明确故障位置，采用局部放电检测（UHF法）与绕组变形测试（频率响应分析法，FRA）：局部放电检测：在变压器套管末屏安装UHF传感器，监测到绕组区域存在间歇性放电信号，放电量约800pC，且放电相位集中在工频电压峰值附近，结合油色谱数据，判断为绕组匝间绝缘劣化引发的局部放电。绕组变形测试：对高压绕组进行FRA测试，将测试曲线与原始出厂数据对比，发现10kHz~1MHz频段内曲线偏差超过3dB，符合“绕组匝间短路”的特征（匝间短路会改变绕组电感、电容参数，导致频率响应曲线偏移）。三、故障原因分析结合诊断数据与设备运行历史，从绝缘老化、制造缺陷、运维管理三方面剖析原因：1.绝缘老化：该变压器投运已15年，油纸绝缘在长期电场、温度作用下逐渐老化，绝缘纸聚合度下降，局部区域绝缘强度降低。2022年油色谱数据曾显示H₂含量小幅上升（当时为60μL/L），但未触发告警阈值，运维人员未进一步排查，导致绝缘缺陷逐步发展为匝间短路。2.制造工艺隐患：回溯设备出厂报告，发现高压绕组绕制过程中，某匝导线绝缘层存在轻微损伤（出厂局部放电测试时放电量为50pC，处于合格边缘），长期运行中该区域电场集中，加速绝缘劣化。3.运维策略不足：虽按规程开展油色谱监测，但对“轻微异常数据”的趋势分析不足，未建立设备健康度动态评估模型，错失早期干预时机。四、解决方案与实施效果1.检修方案制定基于诊断结果，确定“吊罩检修+绕组修复+绝缘强化”的处置方案：吊罩检查：拆除变压器上节油箱，暴露绕组与铁芯结构，发现高压绕组第12~15匝导线绝缘层碳化，匝间形成导电通道。绕组修复：采用“局部剥除+绝缘重绕+真空浸漆”工艺修复受损绕组，更换老化的绝缘纸，对绕组整体进行真空干燥处理，消除水分与气泡。绝缘强化：在绕组表面缠绕高强度绝缘带，涂刷防电晕漆，优化绕组端部电场分布；更换全部密封胶垫，进行真空注油与热油循环，确保油中气体含量≤10μL/L。2.试验验证检修后开展系列试验：油色谱复测：H₂、CH₄、C₂H₂含量分别降至15μL/L、10μL/L、未检出，总烃含量25μL/L，符合正常设备标准。局部放电测试：UHF法监测放电量＜10pC，满足《DL/T____电力变压器运行规程》中“新投运变压器局部放电量≤100pC”的要求（检修后设备等效于新投运状态）。负载试验：带80%额定负载运行24小时，顶层油温稳定在75℃，绕组直流电阻不平衡度降至0.8%，各项参数恢复正常。五、经验与启示1.状态监测的“精细化”：建立“油色谱+局部放电+红外测温+电气试验”的多维度监测体系，对异常数据实施“趋势跟踪+阈值动态调整”。例如，将H₂含量预警阈值按设备运行年限从40μL/L逐步下调至30μL/L，提前识别绝缘劣化。2.故障诊断的“机理融合”：结合油中气体产生机理（如C₂H₂由电弧放电产生、CH₄由过热分解产生）与电气试验数据（直流电阻、FRA曲线），避免单一方法的误判，提升诊断准确率。3.设备管理的“全周期”：将制造缺陷、运维记录、故障历史纳入设备数字孪生模型，实现“设计-制造-运维-检修”全流程数据贯通，为同类设备的选型、运维策略优化提供依据。结语本次变压器故障诊断