電力變壓器過(guò)熱故障及預(yù)防措施

張會(huì)娟

（新密市電業(yè)局，鄭州 452370）

電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的設(shè)備，它的安全運(yùn)行與否直接關(guān)系著電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行是否安全穩(wěn)定。變壓器過(guò)熱故障是常見(jiàn)的多發(fā)性故障，他對(duì)變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命有著嚴(yán)重的威脅。

1 變壓器常見(jiàn)的過(guò)熱故障

1.1 變壓器過(guò)熱故障的分類

變壓器運(yùn)行時(shí)有空載損耗和負(fù)載損耗產(chǎn)生，這些損耗來(lái)自變壓器繞組、鐵心及結(jié)構(gòu)件本身的溫度。這些損耗轉(zhuǎn)化為熱量后，提高了繞組、鐵心及周圍介質(zhì)等溫度。發(fā)熱體周圍介質(zhì)溫度的升高，再通過(guò)油箱和冷卻裝置對(duì)環(huán)境空氣散熱。當(dāng)各部分的溫差大到能使產(chǎn)生的熱和散出的熱平衡時(shí)，即達(dá)到了平衡狀態(tài)，各部位的溫度不再變化；反之，變壓器中任何一個(gè)部位其發(fā)熱量與散熱量不能平衡時(shí)，就產(chǎn)生了過(guò)熱。

過(guò)熱故障按發(fā)生的部位可以分為內(nèi)部過(guò)熱故障和外部過(guò)熱故障。內(nèi)部過(guò)熱故障包括繞組、鐵心、油箱、夾件、有載分接開(kāi)關(guān)及引線等部件過(guò)熱；外部過(guò)熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制裝置及其他外部組件過(guò)熱故障。根據(jù)變壓器過(guò)熱故障性質(zhì)可分為以發(fā)熱異常為主的發(fā)熱型過(guò)熱故障和以散熱為主的散熱異常型過(guò)熱故障，而發(fā)熱異常型過(guò)熱故障可分為電流（主要指環(huán)流和渦流）異常型過(guò)熱故障和電阻異常型過(guò)熱故障。

1.2 變壓器過(guò)熱故障

1）鐵心過(guò)熱故障

變壓器鐵心過(guò)熱故障是變壓器常見(jiàn)的一種故障，通常是由于設(shè)計(jì)、制造工藝等質(zhì)量問(wèn)題以及其他外界因素引起的鐵心多點(diǎn)接地或短路產(chǎn)生。

2）繞組過(guò)熱故障

變壓器繞組損耗通常包括直流電組損耗、繞組附加損耗以及金屬構(gòu)件中的雜散損耗。這些損耗不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)會(huì)引起變壓器繞組過(guò)熱。

3）引線分流故障

由于引線安裝工藝問(wèn)題，使高壓套管的出線電纜與套管內(nèi)的銅管相碰，或接觸部位受力摩察等引起引線過(guò)熱故障。

4）分接開(kāi)關(guān)過(guò)熱故障

分接開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸不完全造成鋤頭表面腐蝕、氧化，使觸頭之間接觸電阻過(guò)大造成過(guò)熱事故。

2 變壓器過(guò)熱故障原因分析

2.1 鐵心過(guò)熱原因

鐵心多點(diǎn)接地造成鐵心過(guò)熱。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，各繞組、引線與油箱間將產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)，鐵心和夾件等金屬結(jié)構(gòu)件就處于該電場(chǎng)中，由于他們所處的位置不同，因此所有的懸浮電位也不同，當(dāng)兩點(diǎn)間的懸浮電位達(dá)到能夠擊穿期間的絕緣時(shí)便產(chǎn)生火花放電。這種放電可以使變壓器油分解，長(zhǎng)此以往，會(huì)逐漸損壞變壓器絕緣，導(dǎo)致事故發(fā)生。為了避免這種情況的發(fā)生，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電力變壓器鐵心、夾件等金屬構(gòu)件應(yīng)通過(guò)又像可靠接地。當(dāng)鐵心一點(diǎn)接地就可保證整個(gè)貼心處于零電位。而當(dāng)鐵心兩點(diǎn)或兩點(diǎn)一上接地時(shí)則在接地點(diǎn)就會(huì)形成閉合回路，并與鐵心的交變磁通相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓在鐵心及其它處于零電位的金屬結(jié)構(gòu)件形成的回路中產(chǎn)生數(shù)十安的電流或環(huán)流，由此引起局部過(guò)熱，導(dǎo)致油分解，還可能使節(jié)底片熔斷或燒壞鐵心，產(chǎn)生放電。

造成鐵心多點(diǎn)接地的主要原因有：①鐵心夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮或損壞或箱底沉積污泥及水分，使絕緣電阻下降，引起鐵心多點(diǎn)接地；②鐵心墊片邊緣有尖角毛刺、翹曲或不整齊和相鄰的夾件、墊腳安裝疏忽，使鐵心與相鄰金屬構(gòu)件之間短接，形成環(huán)流引起局部過(guò)熱；③變壓器運(yùn)輸中，由于碰撞、振動(dòng)使部分鐵心疊片竄出或移位，導(dǎo)致與鄰近結(jié)構(gòu)件祥鵬和多點(diǎn)接地；④鐵心部分硅鋼片碰傷、翹曲或加工毛刺大，使鐵心疊片局部短路，產(chǎn)生渦流導(dǎo)致鐵心局部過(guò)熱；⑤由于鐵心結(jié)構(gòu)和加工質(zhì)量問(wèn)題，使鐵心接縫氣隙大，在鐵心結(jié)合部位產(chǎn)生磁通或諧波刺痛而引起局部磁通畸變和鐵心局部過(guò)飽和，而造成局部損耗增大鐵心過(guò)熱。

2.2 繞組過(guò)熱的原因

1）為了降低變壓器損耗，各制造廠采用了帶有統(tǒng)包絕緣的換位導(dǎo)線繞制變壓器繞組，由于換位導(dǎo)線生產(chǎn)技術(shù)不成熟，導(dǎo)致?lián)Q位導(dǎo)線運(yùn)行十年左右出現(xiàn)統(tǒng)包絕緣膨脹，段間油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴(yán)重老化，以致發(fā)糊、變脆，在長(zhǎng)期電磁震動(dòng)下，絕緣脫落，局部漏銅，形成匝間（段間）短路，導(dǎo)致變壓器燒損事故。

2）變壓器漏磁導(dǎo)致過(guò)熱。變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無(wú)論是主磁通還是漏磁通，都可以分為軸向分量和徑向分量，軸向分量分布較簡(jiǎn)單，沿繞組高度變化較小，徑向分量繞組高度分布復(fù)雜，由它引起的渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器容量的變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化。尤其在端部變化大，其最大值出現(xiàn)在端部附近，變壓器的內(nèi)繞組離鐵心近，漏磁的徑向值高于外繞組。在大型變壓器中，由于漏磁密度高，所以產(chǎn)生的雜散損耗很大，有時(shí)可達(dá)數(shù)百千瓦，導(dǎo)致過(guò)熱。

3）繞組換位不合適，使漏磁場(chǎng)在繞組各種并聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)不同，各并聯(lián)導(dǎo)體存在電位差，產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流和工作電流在一部分導(dǎo)體中相加，在另一部分導(dǎo)體中相減，被疊加的導(dǎo)體電流過(guò)大，引起鐵心過(guò)熱。

4）繞組匝間有小毛刺、漏銅點(diǎn)等材料本身的質(zhì)量不良問(wèn)題，雖不構(gòu)成匝間短路，但會(huì)形成緩慢發(fā)熱，以致油溫升高，最終產(chǎn)生過(guò)熱。

2.3 分接開(kāi)關(guān)過(guò)熱的原因

在有載調(diào)壓變壓器中，特別是調(diào)壓頻繁、負(fù)荷電流較大的變壓器，在頻繁調(diào)解過(guò)程中出現(xiàn)鋤頭之間的磨損、腐蝕，造成觸頭之間的接觸壓力下降，接觸壓力減小，使接觸電阻增大，導(dǎo)致觸頭發(fā)熱量增加，發(fā)熱又進(jìn)一步加速觸頭氧化腐蝕甚至機(jī)械變形，形成惡性循環(huán)，若不及時(shí)處理，則會(huì)造成變壓器燒毀事故。

3 過(guò)熱故障的判斷

3.1 外觀檢查

根據(jù)變壓器正常運(yùn)行與異常時(shí)的聲音、氣味、外殼發(fā)熱情況以及變壓器外部保護(hù)裝置等信號(hào)來(lái)檢查。即檢查變壓器外觀各組部件所處的工作狀態(tài)（如溫度指示值的大小、儲(chǔ)油柜油位是否正常、氣體繼電器內(nèi)是否有氣體、油箱有無(wú)滲漏油及主導(dǎo)流接觸部位有無(wú)松動(dòng)、變色等），并結(jié)合已取得的數(shù)據(jù)資料或歷史數(shù)據(jù)、出廠數(shù)據(jù)等進(jìn)行初步分析判斷。

3.2 內(nèi)部故障判斷

根據(jù)變壓器內(nèi)部故障現(xiàn)象和外部檢查情況，可對(duì)外部組件本身或引線接頭不良等的外部缺陷進(jìn)行直接處理。對(duì)內(nèi)部鼓掌通過(guò)對(duì)變壓器油色譜分析、電氣性能試驗(yàn)、絕緣特性試驗(yàn)等內(nèi)容綜合分析判斷。

1）油中溶解氣體分析法

絕緣油是有許多不同分子量的碳?xì)浠衔锝M成的混合分子，當(dāng)有電和熱故障時(shí)可以使某些C—H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生成少量的活潑的氫原子核不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔锏淖杂苫?，這些氫原子和自由基通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合形成烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固體顆粒及碳?xì)渚酆衔铮╔-臘）。故障初期，所形成的氣體溶解于油中；當(dāng)故障能量較大時(shí)，也可能聚集游離氣體。

乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約為500℃）產(chǎn)生的，（在較低溫度時(shí)也有少量產(chǎn)生）。乙炔一般在800℃～200℃溫度下生成，而且溫度較低時(shí)，反應(yīng)迅速的被抑制，作為重新化合的穩(wěn)定產(chǎn)物而積累。因此，大量以確實(shí)在電弧的弧道中產(chǎn)生。在較低溫度時(shí)也會(huì)有少量的乙炔生成。油氧化時(shí)會(huì)生成少量的 CO和CO2，并且會(huì)長(zhǎng)期集聚，可以作為故障特征氣體。

固體絕緣材料分解時(shí)生成大量的CO和CO2及少量烴類化合物，同時(shí)油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。分解出的氣體形成氣泡，不斷溶解于油中。這些故障氣體的組成與含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切的關(guān)系。不同故障類型產(chǎn)生的氣體見(jiàn)表1所示。

表1 不同故障類型產(chǎn)生的氣體

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》除了根據(jù)上述特征氣體法來(lái)推斷變壓器故障類型，還可以通過(guò)三比值法（詳見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)）：三比值編碼原則和三比值故障類型判斷方法進(jìn)一步分析確定變壓器故障類型及部位。

應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)用三比值法診斷時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“編碼缺損”的情況，即根據(jù)編碼原則和分類方法得到的編碼超出了已知編碼列表，特別是多種故障并存時(shí)很難判定故障性質(zhì)，需進(jìn)一步借助判斷故障類型的其他方法。例如：四比值法和模糊數(shù)學(xué)等方法。

2）電氣試驗(yàn)

（1）測(cè)量繞組直流電組。通過(guò)測(cè)量繞組直流電組可以方便有效的檢查繞組縱絕緣和導(dǎo)電回路連接狀況，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)變壓器繞組匝間短路、繞組斷股、分接開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線接頭接觸不良等故障，同時(shí)還能判斷直流電組是否平衡、調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)檔位是否有效。對(duì)于此項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定：三相繞組不平衡系數(shù)應(yīng)不大于1%或不大于2%（不同容量和繞組連接組別）。若將繞組直流電組織與往年試驗(yàn)結(jié)果相比較，相互間差別應(yīng)不大于2%，并且三相電阻實(shí)測(cè)值排序不應(yīng)改變，由此可以判斷導(dǎo)電回路是否存在故障和缺陷。

（2）測(cè)量短路阻抗和負(fù)載損耗，通過(guò)所測(cè)數(shù)據(jù)與出廠試驗(yàn)值相比較，可判斷變壓器繞組是否變形或錯(cuò)位，結(jié)構(gòu)件是否存在渦流或環(huán)流集中引起的過(guò)熱缺陷。通常阻抗電壓值不應(yīng)超過(guò)出廠試驗(yàn)值的-2%～+2%。

3.3 變壓器器身檢查

利用上述方法診斷變壓器內(nèi)部故障和部位，為驗(yàn)證判斷結(jié)果和正確處理故障，須進(jìn)行變壓器內(nèi)部故障檢查。對(duì)大型變壓器，由于受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備限制不能吊心時(shí)，可以抽出一定數(shù)量的油從人控入內(nèi)檢查；對(duì)小型變壓器，側(cè)可以通過(guò)吊心認(rèn)真檢查。檢查是為了避免變壓器器身受潮，應(yīng)盡量縮短器身暴露在空氣中的時(shí)間。內(nèi)部檢查主要項(xiàng)目有：

1）繞組檢查

（1）檢查相間隔板和圍屏（宜解開(kāi)一相）有無(wú)破損、變色、變形、放電痕跡，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)打開(kāi)其他兩相圍屏進(jìn)行檢查。

（2）檢查繞組表面是否清潔，匝絕緣有無(wú)破損。

（3）檢查繞組各部墊塊有無(wú)位移和松動(dòng)。

（4）檢查繞組絕緣有無(wú)破損、油道有無(wú)被絕緣、油垢或雜物（如硅膠粉末）堵塞現(xiàn)象。

（5）檢查繞組絕緣繞組絕緣狀況。

2）鐵心檢查

（1）檢查鐵心外表是否平整，有無(wú)片間短路或變色、放電燒傷痕跡，絕緣漆膜有無(wú)脫落。

（2）檢查鐵心上下夾件、方鐵、繞組壓板的緊固程度和絕緣狀況，絕緣壓板有無(wú)爬電燒傷和放電痕跡。

（3）檢查壓釘、絕緣墊圈的接觸情況。

（4）用專用扳手緊固上下鐵心的穿心螺栓，檢查與測(cè)量絕緣情況。

（5）檢查鐵心電場(chǎng)屏蔽絕緣及接地情況。

（6）檢查疊片有無(wú)竄動(dòng)、上下變形。

3）其他檢查

（1）檢查調(diào)壓開(kāi)關(guān)觸頭有無(wú)過(guò)熱、放電痕跡。

（2）引線接觸部位有無(wú)發(fā)熱痕跡，引線有無(wú)斷線、燒熔。

（3）有無(wú)金屬焊渣、粉末等異物。

4 處理對(duì)策

根據(jù)引起過(guò)熱的原因不同而采取不同的處理辦法。

1）由于繞組結(jié)構(gòu)原因引起的低壓繞組過(guò)熱，宜將變壓器的低壓繞組改為雙螺旋結(jié)構(gòu)。

2）正確連接引線和分接開(kāi)關(guān)，上緊螺帽防止松動(dòng)、發(fā)熱。

3）對(duì)冷卻器管道堵塞引起的過(guò)熱，應(yīng)定期用壓縮空氣或水清洗冷卻器管。

4）為避免引線和套管銅管靠接后出現(xiàn)過(guò)熱可采取以下兩種措施。

（1）不改變目前引線絕緣包扎方式，在每臺(tái)產(chǎn)品試裝時(shí)，準(zhǔn)確裁截引線電纜長(zhǎng)度，做到引線長(zhǎng)度與套管的準(zhǔn)確配裝。

（2）改變電纜陰險(xiǎn)的絕緣包扎方式。在總裝時(shí)，保持引線電纜絕緣的完整，不允許有絕緣松脫露銅現(xiàn)象。這樣引線裝配后，即使引線和銅管靠接，回路將由絕緣隔開(kāi)而難于閉合，組織電流流通和過(guò)熱。

5）為防止漏磁而引起的過(guò)熱，可在變壓器油箱內(nèi)壁及繞組鋼脫板上加裝磁屏蔽。這樣可以讓漏磁通盡可能的通過(guò)導(dǎo)磁性能較好的磁屏蔽裝置，而不穿入油箱內(nèi)部的鋼板，從而避免了在油箱壁中產(chǎn)生大的損耗，引起油箱局部過(guò)熱。

6）加強(qiáng)管理，避免由于管理不善等原因而引起的過(guò)熱事故。對(duì)強(qiáng)油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個(gè)可靠的電源，并有自動(dòng)切換裝置，定期進(jìn)行切換試驗(yàn)，信號(hào)裝置齊全、可靠。

5 結(jié)論

變壓器從開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸?shù)桨惭b、運(yùn)行、維護(hù)等經(jīng)過(guò)若干環(huán)節(jié)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都將影響變壓器的健康運(yùn)行。而變壓器過(guò)熱故障又是變壓器的常見(jiàn)多發(fā)性故障之一，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重威脅。因此制造部門和運(yùn)行部門應(yīng)采取措施加強(qiáng)管理預(yù)防變壓器的過(guò)熱事故發(fā)生。