淺談變壓器故障運(yùn)行維護(hù)

張宏

（重慶市電力公司永川供電局，重慶 402160）

1 變壓器簡介

變壓器，由于其在電力系統(tǒng)中的重要作用被稱之為電力系統(tǒng)的心臟。它是利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，目前，絕大多數(shù)的電力變壓器是袖浸式變壓器。變壓器的結(jié)構(gòu)由變壓器本體和變壓器附件這兩大部分構(gòu)成。變壓器本體的主要部件包括以下幾個(gè)部分：線圈、鐵心及其夾緊裝置等構(gòu)成的變壓器器身；用于變壓器器身冷卻、絕緣和防腐作用的變壓器油；容納變壓器器身和變壓器油的油箱。其原理圖如圖所示：

圖1 變壓器工作原理圖

變壓器附件是指：變壓器套管、變壓器油枕、有載分接開關(guān)、變壓器冷卻系統(tǒng)、變壓器本體保護(hù)裝置及其測示儀表等。

2 變壓器故障的原因分析

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，電力變壓器故障按部位可分為繞組故障、鐵心故障、分接開頭故障、引線故障、套管故障、絕緣故障、冷卻系統(tǒng)故障、密封不嚴(yán)、散熱器故障以及其他故障等。

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)有均勻的“嗡嗡”電磁交流聲，如果發(fā)出不均勻的聲音或者聲音異常，說明變壓器運(yùn)行不正常。變壓器故障原因十分的復(fù)雜，充分認(rèn)識故障的原因?qū)收显\斷是十分重要的，變壓器故障原因可分為：

2.1 線路涌流(或稱線路干擾)在導(dǎo)致變壓器故障的所有因素中被列為首位。這一類中包括合閘過電壓、電壓峰值、線路故障、閃絡(luò)以及其他輸配方面的異?，F(xiàn)象。另外過負(fù)荷運(yùn)行會使變壓器內(nèi)部發(fā)出的“嗡嗡”聲很沉重。如果變壓器內(nèi)部零部件松動，變壓器會發(fā)出強(qiáng)烈且不均勻的噪聲。如果鐵芯最外層的兩側(cè)硅鋼片未被夾緊，將因振動產(chǎn)生“嚶嚶”的噪音。變壓器頂蓋螺絲松動也會使變壓器發(fā)出異響。選用規(guī)格不當(dāng)變壓器絕緣等級選擇錯(cuò)誤；所選電壓等級、電壓分接頭不當(dāng)?shù)?。過載是由過負(fù)荷導(dǎo)致的故障，僅指那些長期處于超過銘牌功率工作狀態(tài)下的變壓器。長期過負(fù)荷最終造成變壓器超負(fù)荷運(yùn)行，過高的溫度導(dǎo)致了絕緣的過早老化。當(dāng)變壓器的絕緣紙板老化后，紙強(qiáng)度降低。因此，外部故障的沖擊力就定能導(dǎo)致絕緣破損，進(jìn)而發(fā)生故障。

2.2 變壓器內(nèi)部的接觸不良或者擊穿有可能引起放電打火，使變壓器發(fā)出“吱吱”的放電聲。如果系統(tǒng)接地或短路，變壓器繞組中將產(chǎn)生較大的短路電流，變壓器內(nèi)部發(fā)出的聲音大且異常如果變壓器接有大容量的用電設(shè)備，會使變壓器發(fā)出“哇哇”的異常噪音。變壓器內(nèi)部過電壓時(shí)，會造成一二次繞組對外殼閃絡(luò)放電，或鐵芯接地線斷路，使鐵芯和外殼感應(yīng)出高電壓，引起變壓器內(nèi)部發(fā)出“吱吱”噪音，繞組變形。

2.4 運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)變壓器受潮；潛油泵檢查維護(hù)不及時(shí)，使銅末混入油中進(jìn)入變壓器，并產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)吸入空氣；絕緣油老化；過負(fù)荷；接線錯(cuò)誤；與外部導(dǎo)體連接處松動、發(fā)熱；對各種附件、繼電器等維護(hù)、檢查當(dāng)(分接開關(guān)接觸不到位)。

2.5 制造質(zhì)量不良材料不好；設(shè)計(jì)與工藝質(zhì)量差；變壓器密封結(jié)構(gòu)不合理(空氣和水分進(jìn)入變壓器)；出廠試驗(yàn)不全、不嚴(yán)。

2.6 異常電壓。

2.7 長期自然老化。在造成故障的起因中，絕緣老化占據(jù)較大比例。由于絕緣老化的因素，變壓器的平均壽命將大大低于預(yù)期壽命。

2.8 自然災(zāi)害及外界物件的影響。如：雷電波、地震等自然災(zāi)害。

2.9 存在絕緣薄弱點(diǎn) (引線出頭絕緣薄弱)。

2.10 磁路系統(tǒng)故障(鐵芯二點(diǎn)接地)。

反應(yīng)性水腫 對于體重偏重及不愛活動的中老年人來說，夏季是比較難熬的。受高溫的影響，他們的皮膚血管會發(fā)生擴(kuò)張，引起動脈血流量增加和毛細(xì)血管濾過壓增高。此時(shí)若久坐不運(yùn)動，就會導(dǎo)致體液滲透并積聚于皮下組織而腫脹。對此情況，一方面不必太過擔(dān)心，炎熱的夏天一過，自會好轉(zhuǎn)；另一方面，積極減肥和適當(dāng)運(yùn)動也會很大程度上避免水腫。

2.11 套管中混油 (有載分接開關(guān)向本體滲油)。

2.12 變壓器內(nèi)部故障，包括油箱內(nèi)部的繞組對地(對鐵芯)短路、匝間短路或?qū)佣搪?、鐵芯局部發(fā)熱和燒損、油面下降，也包括差動保護(hù)內(nèi)的變壓器外部端子引線單相短路和相間短路。變壓器油位過高，易引起溢油；若油位過低，當(dāng)油位低于變壓器上蓋時(shí)，則可能造成瓦斯保護(hù)誤動作，嚴(yán)重時(shí)可使變壓器引線或線罔露出油面，造成絕緣擊穿事故。油面過低的原因一般分變壓器長期漏油、滲油；變壓器檢修時(shí)放油后未及時(shí)補(bǔ)油；溫度過低等情況。

圖2 三繞組變壓器在第三繞組發(fā)生短路時(shí)的等效電路圖

2.13 變壓器匝間短路分析。一臺雙繞組變壓器發(fā)生匝間短路時(shí)，我們可以把短路部分看作第三繞組s，這就相當(dāng)于一臺三繞組變壓器在第三繞組發(fā)生短路，它的等效電路如網(wǎng)所示，圖中略去了一、二次繞組的電阻R，對于短路部分則仍記及電阻Rs，這是考慮當(dāng)短路發(fā)生在高壓繞組，而且短路匝數(shù)較少時(shí)，其電阻Rs將與其等效電抗可以比擬了。

3 變壓器故障類型

3.1 繞組故障

繞組故障就是發(fā)生在變壓器線圈、縱絕緣和端子中的故障。其故障的發(fā)生主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)制造工藝方面：主要有導(dǎo)線有毛刺、焊接不良、絕緣操作等。2)在運(yùn)行方面：當(dāng)外部出現(xiàn)嚴(yán)重的短路時(shí)，也會對繞組的尺寸和形狀造成嚴(yán)重的變化，主要表現(xiàn)為繞組軸向和徑向尺寸的變化、繞組扭曲、鼓泡和匝間短路等。3)外部原因：當(dāng)線圈絕緣部分滲入水分時(shí)，也會造成匝間發(fā)生短路：在遭受雷電沖擊或?qū)Φ鼗」夥烹娚踔翛_擊合閘等瞬變過程時(shí)也可能會造成絕緣損壞甚至擊穿的故障。

3.2 鐵心故障

變壓器鐵心和繞組是傳遞、交換電磁能量主要部件，要使變壓器可靠運(yùn)行，除繞組質(zhì)量合格外，鐵心質(zhì)量好壞是決定正常運(yùn)行的關(guān)鍵。磁路中的故障，即出現(xiàn)在變壓器的鐵心、鐵扼及其夾件中的故障。

3.3 分接開關(guān)故障

有載分接開關(guān)內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且還需要經(jīng)常操作進(jìn)行切換，是故障經(jīng)常出現(xiàn)的部位。在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會遇到分接開關(guān)調(diào)檔時(shí)發(fā)生連動、操作機(jī)構(gòu)電源空氣開關(guān)跳閘引起VQC閉鎖不能調(diào)壓、分接開關(guān)電動機(jī)構(gòu)拒動引起VQC閉鎖，分接開關(guān)操作機(jī)構(gòu)已動作，電壓卻無變化、遠(yuǎn)方拒動等情況。也不是每次調(diào)壓都失敗，有些拒動、連動發(fā)生在幾檔固定檔，致使一臺主變一天要處理幾次，不僅增加了工作量，還影響到電壓質(zhì)量。

3.4 套管故障

變壓器的套管如果存在缺陷或故障，將會直接危及到變壓器的安全運(yùn)行，因此了解套管發(fā)生故障的原因，制定合理的防范措施是至關(guān)重要的。通過對以往套管故障進(jìn)行分析，歸納出以下主要原因：1)套管表面臟污吸收水分后，會使絕緣電阻降低，發(fā)生閃絡(luò)，造成跳閘，進(jìn)而損壞套管的表面；同時(shí)電阻的降低會導(dǎo)致導(dǎo)電性能的提高，電流增大，使絕緣套管發(fā)熱并造成瓷質(zhì)損壞，甚至擊穿；2)密封失效，一般是因?yàn)榫o固力不夠或者是超周期運(yùn)行。3)還有一些人為的原因，比如：抽真空不徹底，使屏間殘存空氣，運(yùn)行后在高電場作用下，發(fā)生局部放電，甚至導(dǎo)致絕緣層擊穿；防雨帽與接線鼻子不緊密：接線鼻子與接線板接觸不良等。

3.5 引線故障

引線是變壓器內(nèi)部繞組出線與外部接線的中間環(huán)節(jié)，是通過焊接而成的，因此，焊接質(zhì)量是其發(fā)生引線故障的主要原因。引線發(fā)生故障的模式主要有：引線短路、引線斷路、引線接觸不良三種形式。在發(fā)生引線短路時(shí)應(yīng)立即停止運(yùn)行，如不及時(shí)處理會導(dǎo)致繞組相間短路擴(kuò)大成災(zāi)難性的故障。引線對地短路、接觸不良也會產(chǎn)生局部高溫?zé)龜嘁€而使變壓器停運(yùn)。

3.6 密封不嚴(yán)故障

變壓器的密封不嚴(yán)故障主要是連接處處理得不好引起的，如焊接質(zhì)量差、大罩變形、法蘭不平、密封圈失效等。其后果往往是漏油、漏氣。其故障模式主要有：密封圈老化、瓷套脫落或破裂、潛油泵漏氣等等。

3.7 絕緣故障

變壓器油和絕緣紙、板以及絕緣件構(gòu)成了變壓器油一紙絕緣系統(tǒng)，絕緣系統(tǒng)中的故障主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)絕緣紙本身較薄，在使用一段時(shí)間后就會發(fā)生故障：2)設(shè)計(jì)不合理，絕緣紙沒有足夠的裕度，容易產(chǎn)生相間短路：3)變壓器內(nèi)部環(huán)境受到污染，特別是導(dǎo)電雜質(zhì)的侵入，產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象；4)絕緣油發(fā)生老化，加速油泥、水分和酸的形成。

4 變壓器日常維護(hù)

4.1 基于上述原因，可對變壓器進(jìn)行如下維護(hù)：

首先確保變壓器在設(shè)計(jì)的負(fù)荷允許范圍之內(nèi)，在油冷變壓器中需要仔細(xì)地監(jiān)視頂層油溫；保護(hù)變壓器不受雷擊及外部損壞危險(xiǎn)。變壓器油的介電強(qiáng)度隨著其中水分的增加而急劇下降。變壓器油要經(jīng)常檢查，排除故障隱患。除小型配電變壓器外所有變壓器的油樣應(yīng)經(jīng)常作擊穿試驗(yàn)，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。應(yīng)進(jìn)行油中故障氣體的分析，應(yīng)用變壓器油中8種故障氣體在線監(jiān)測儀，連續(xù)測定隨著變壓器中故障的發(fā)展而溶解于油中氣體的含量，通過對氣體類別及含量的分析則可確定故障的類型。每年都應(yīng)作油的物理性能試驗(yàn)以確定其絕緣性能，試驗(yàn)包括介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度、酸度、界面張力等等。變壓器在平時(shí)檢修及保養(yǎng)時(shí)應(yīng)保持瓷套管及絕緣子的清潔；在油冷卻系統(tǒng)中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以任何限制油自由流動的機(jī)械損傷；保證電氣連接的緊固可靠；定期檢查分接開關(guān)。并檢驗(yàn)觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉(zhuǎn)動靈活性及接觸的定位；加強(qiáng)變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)，應(yīng)對變壓器線圈、套管以及避雷器進(jìn)行介損的檢測；每年檢驗(yàn)避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應(yīng)盡可能短。應(yīng)考慮將在線檢測系統(tǒng)用于最關(guān)鍵的變壓器上，系統(tǒng)監(jiān)測真實(shí)故障氣體含量，結(jié)合“專家系統(tǒng)”診斷將無害情況與危險(xiǎn)事件加以區(qū)分，保證變壓器的安全運(yùn)行。

變壓器油溫突然升高的主要原因有幾種情況：變壓器過負(fù)荷運(yùn)行；變壓器內(nèi)部短路閃絡(luò)放電；變壓器內(nèi)部緊同螺絲接頭松動；冷卻裝置運(yùn)行不正常等。通常變壓器上層油溫不超85%，對于沒有溫度計(jì)的變壓器可以用水銀溫度計(jì)貼在變壓器的外殼上測量溫度，這時(shí)溫度計(jì)指示應(yīng)在80℃以下。如果發(fā)現(xiàn)油溫過高，應(yīng)立即檢查變壓器是否過負(fù)荷及冷卻裝置運(yùn)行是否正常。如果變壓器處于超負(fù)荷運(yùn)行狀況，應(yīng)立即申請減少變壓器的負(fù)荷，或者根據(jù)變壓器過負(fù)荷運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定運(yùn)行。如果減少負(fù)荷后，變壓器溫升仍居高不下，應(yīng)果斷切斷電源，查明原因。

導(dǎo)致變壓器油質(zhì)變壞的原因有變壓器油使用時(shí)間過長，油溫經(jīng)常過熱，運(yùn)行時(shí)漏進(jìn)雨水或侵入潮氣等情況。新變壓器油應(yīng)為淺黃色，運(yùn)行一段時(shí)間后逐漸變成淺紅色，變電值班人員如發(fā)現(xiàn)油色發(fā)黑，應(yīng)立即取樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，防止線罔繞組間或繞組與外殼之間發(fā)生擊穿事故。如化驗(yàn)不合格時(shí)應(yīng)立即停止變壓器運(yùn)行，將絕緣油過濾或再生后檢驗(yàn)合格方可使用。

4.2 影響變壓器油溫的主要因素是負(fù)荷的變化和環(huán)境因素的變化，如果油溫變化卻不引起油標(biāo)的油位變化或變化異常時(shí)，說明油位是假的，假油位可能是南于油標(biāo)管堵塞、呼吸管堵塞、防爆管通氣孔堵塞等造成的。所以，變電值班人員必須經(jīng)常檢套油位計(jì)的指示情況，當(dāng)油位過高時(shí)(如夏季)必須及時(shí)適當(dāng)?shù)姆庞?，油位過低時(shí)，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)措施，以確保變壓器安全運(yùn)行。

4.3 另外變壓器外部檢查未發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)查明瓦斯繼電器中氣體的性質(zhì)。變壓器內(nèi)部有故障，應(yīng)根據(jù)瓦斯繼電器內(nèi)積聚的氣體性質(zhì)鑒定變壓器內(nèi)部故障的性質(zhì)；如果還不能對變壓器內(nèi)的潛伏性故障作出正確判斷，則可采用氣相色譜法作出判斷。

[1]黃卓生.淺析電力變壓器故障處理，科技與企業(yè)，2011（07）.

[2]沈仲垚.變壓器故障有效性的分析，云南電力技術(shù)，2008（06）.