淺談變壓器異常運(yùn)行分析

張明 黃騰泉

【摘 要】目前，許多電力變壓器故障都是由于在安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行不當(dāng)引起，主要是在安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行不規(guī)范或使用不當(dāng)遺留隱患造成的，所以筆者對電力變壓器在安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象加以分柝并提出一些見解。

【關(guān)鍵詞】變壓器 安裝 試驗(yàn) 運(yùn)行 分析

【中圖分類號】TM406【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0054-03

變壓器是一種交流電能的變換裝置，能將某一數(shù)值的交流電壓、電流轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的另一數(shù)值交流電壓、電流，使電能傳輸、分配和使用，做到合理、安全、經(jīng)濟(jì)。

變壓器的工作原理：采用電磁感應(yīng)原理。

一、變壓器的種類：

1.按用途分類：有電力變壓器、特種變壓器（電爐變、整流變、工頻試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓器、礦用變、沖擊變壓器、電抗器、互感器等。

2.按結(jié)構(gòu)型式分類：有單相變壓器、三相變壓器及多相變壓器。

3.按線圈數(shù)分：雙線圈變壓器、三線圈變壓器和自耦變壓器。

4.按鐵心結(jié)構(gòu)分：心式變壓器和組式變壓器。

5.按冷卻方式分類：有自然冷式、風(fēng)冷式、水冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)（水）冷方式、及水內(nèi)冷式等。

6、按冷卻介質(zhì)分類：有干式變壓器、液（油）浸變壓器及充氣變壓器等。

7、按導(dǎo)電材質(zhì)分類：有銅線變壓器、鋁線變壓器及半銅半鋁變壓器、超導(dǎo)等變壓器。

8、按調(diào)壓方式分類：可分為無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器、有載調(diào)壓變壓器。

9、按中性點(diǎn)絕緣水平分類：有全絕緣變壓器、半絕緣（分級絕緣）變壓器。

10、按鐵心型式分類：有心式變壓器、殼式變壓器及輻射式變壓器等。

11、按容量分：小型變壓器、中型變壓器、大型變壓器和特大型變壓器。

12、按工作性質(zhì)分（電力變壓器）：升壓變壓器、降壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器、配電變壓器、輸電變壓器。

二、變壓器的結(jié)構(gòu)

雖然變壓器的種類依據(jù)不同方式進(jìn)行分類，有很多種，但是一般常用的變壓器的結(jié)構(gòu)都很相似：

1、繞組（變壓器的電路部分）：

繞組是變壓器的電路部分，一般采用外包絕緣紙的銅線或鋁線繞成，我國變壓器大部分采用鋁導(dǎo)體，根據(jù)線圈繞制的特點(diǎn)分為圓筒式、餅式、連續(xù)式、糾結(jié)式、螺旋式等幾種。

2、鐵芯（變壓器的磁路部分）：

鐵芯變壓器的重要部件。變壓器鐵芯對材料的基本要求是：在一定頻率及磁通密度下具有低的鐵芯損耗，和在一定磁場強(qiáng)度下具有高的磁通密度。

變壓器的發(fā)展過程中，曾經(jīng)采用和目前應(yīng)用的鐵芯材料有：

（1）.純鐵、軟鋼和無硅鋼：渦流、磁滯損耗大

（2）.硅鋼片：有熱軋、冷軋無取向、冷軋取向之分，現(xiàn)常用的是0.35mm的冷軋取向硅鋼片

（3）.鐵鎳合金（坡莫合金）：有銅坡莫合金、鉬坡莫合金、鉻坡莫合金，因價(jià)高，很少采用

（4）.鐵鋁合金：在小型變壓器、控制變壓器、互感器和微特電機(jī)中得到了應(yīng)用

（5）.非晶態(tài)合金：已用于沖制變壓器鐵心、三相電機(jī)定子鐵心等

（6）.微晶合金：主要用于要求較高的電機(jī)、電器中

3、油箱：

變壓器的外殼，內(nèi)裝滿變壓器油（絕緣、散熱）；支持器身及附件的重量；

4、油枕（也稱膨脹器或儲(chǔ)油器）：

對油箱里的油起到緩沖作用，同時(shí)減小油箱里的油與空氣的接觸面積，保證油箱中始終充滿油，使油箱里的油不易受潮和氧化，以防油質(zhì)老化（大中型變壓器通常采用隔膜密封裝置）；

5、呼吸器：

利用硅膠吸收空氣中的水分， 防止潮氣侵入。

6、絕緣套管：

變壓器的出線從油箱內(nèi)穿過油箱蓋時(shí)必須經(jīng)過絕緣套管以使帶電的引線與接地的油箱絕緣。

7、分接開關(guān)：

通過變換線圈的分接頭位置（調(diào)節(jié)繞組匝數(shù)）實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。

8、防爆管：

防止變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，當(dāng)油箱內(nèi)的壓力達(dá)到0.8～1個(gè)大氣壓時(shí)防爆膜破裂，以免油箱爆裂；

9、瓦斯繼電器：

安裝于油箱與油枕的連接管上，當(dāng)變壓器內(nèi)部因故障產(chǎn)生氣體時(shí)發(fā)出信號或跳閘，保護(hù)變壓器。

10、絕緣套管：

保證繞組引出線與油箱的絕緣，常用的有瓷絕緣套管、充油套管、電容式套管等；

除此之外，變壓器還有很多小的附件，比如油位表、溫度計(jì)、油標(biāo)、凈油器等。

三、變壓器的技術(shù)參數(shù)

1、額定容量（kVA）：

在額定電壓、額定電流下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，能輸送的容量。

2、額定電壓（kV）：

變壓器長時(shí)間運(yùn)行時(shí)所能承受的工作電壓。

3、額定電流（A）：

變壓器在額定容量下，允許長期通過的電流。

4、頻率：

我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率為50Hz

5、空載損耗（kW）：

當(dāng)以額定頻率的額定電壓施加在一個(gè)繞組的端子上，其余繞組開路時(shí)所吸取的有功功率。

6、空載電流（%）：

當(dāng)變壓器在額定電壓下二次側(cè)空載時(shí)，一次繞組中通過的電流。一般以額定電流的百分?jǐn)?shù)表示。

7、負(fù)載損耗（kW）：

把變壓器的二次繞組短路，在一次繞組額定分接位置上通入額定電流，此時(shí)變壓器所消耗的功率（主要是鐵心中的磁滯和渦流損耗，習(xí)慣上稱為鐵損，有時(shí)也稱為不變損耗，單位為W或KW?？赏ㄟ^此值分析鐵心質(zhì)量或是否存在有缺陷）。

8、阻抗電壓（%）：

把變壓器的二次繞組短路，在一次繞組慢慢升高電壓，當(dāng)二次繞組的短路電流等于額定值時(shí)，此時(shí)一次側(cè)所施加的電壓.一般以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示（銅損或可變損耗，主要反映繞組的性能）。

9、連接組別：

表示變壓器各相繞組的連接方式和一、二次線電壓之間的相位關(guān)系。為了便于生產(chǎn)和應(yīng)用，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)連接組為（雙繞組）Y，yn0、Y，d11、YN，d11、Y，y0及YN，y0五種。

四、變壓器運(yùn)行的幾個(gè)問題

1、變壓器的運(yùn)行方式：

（1）正常運(yùn)行方式——額定參數(shù)及以下運(yùn)行，可長期運(yùn)行；

（2）正常過負(fù)荷運(yùn)行方式——負(fù)荷超過允許值時(shí)的運(yùn)行，在絕緣和壽命不受影響的前提下，允許運(yùn)行一定時(shí)間（依過負(fù)荷前的上層油溫定）；

（3）事故過負(fù)荷運(yùn)行方式——當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，為保證供電可靠性，變壓器允許短時(shí)過負(fù)荷的能力。

2、變壓器的并列運(yùn)行：

優(yōu)點(diǎn)——提高供電可靠性及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；

條件——（1）接線組別相同；

（2）變比相同（允許有±0.5% 的差值

（3）短路電壓相同（允許有±10% 的差值）：

3、變壓器的調(diào)壓：

變壓器的電壓調(diào)整是通過改變繞組的匝數(shù)完成的，一般無載的調(diào)整范圍。

在±5%以內(nèi)，有載的調(diào)整范圍可達(dá)30%。

4、變壓器的選擇

容量及臺(tái)數(shù)：容量太小，無法保證安全運(yùn)行；太大，會(huì)降低運(yùn)行效率、功率因數(shù)及供電電壓質(zhì)量，并造成容量的浪費(fèi)。為保證可靠性，變電所一般選用兩臺(tái)。

五、變壓器的異?，F(xiàn)象及分析。

（一）、檢查和檢測變壓器異常的一般方法：

1、聽：有無機(jī)械響聲，叮當(dāng)、呼呼聲，叭、叭爆裂聲，吱、吱聲，轟轟聲，尖叫聲，咕嘟聲等。

2、觀：負(fù)荷電流的大小及擺動(dòng)幅度，三相電流是否均勻；油色的變化；外表有無異常情況。

3、測：測量三相直流電阻值；測試三相電流的平衡度及大小；測試絕緣電阻值。

（二）、變壓器聲音異常

變壓器發(fā)出的異常聲音因素很多，故障部位也不盡相同，只有不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，才能作出準(zhǔn)確判斷，進(jìn)行處理 。用木棒的一端頂在變壓器的油箱上，另一端貼近耳邊仔細(xì)聽，據(jù)其異常聲音可判斷故障。

1、變壓器發(fā)出很高而且沉重的“嗡嗡”聲，這是由于過負(fù)荷引起的，可以從電流表判斷出來。

2、變壓器發(fā)出“叮叮當(dāng)當(dāng)”的敲擊聲或“呼…呼…”的吹風(fēng)聲以及“吱啦吱啦”的象磁鐵吸動(dòng)小墊片的聲音，而變壓器的電壓、電流和溫度卻正常，絕緣油的顏色、溫度與油位也無大變化?？赡苁莻€(gè)別零件松動(dòng)如鐵芯的穿芯螺絲夾得不緊或有遺漏零件在鐵芯上，這時(shí)應(yīng)停止變壓器運(yùn)行，進(jìn)行檢查。

3、變壓器發(fā)出"咕嚕咕嚕"的開水沸騰聲?？赡苁抢@組有較嚴(yán)重的故障，分接開關(guān)的接觸不良而局部點(diǎn)有嚴(yán)重過熱或變壓器匝間短路，使其附近的零件嚴(yán)重發(fā)熱而油氣化。應(yīng)立即停止變壓器運(yùn)行，進(jìn)行檢修。

4、變壓器發(fā)出“噼啪”或“吱吱” 既大又不均勻的聲，可能是變壓器的內(nèi)部接觸不良，或絕緣有擊穿現(xiàn)象。應(yīng)將變壓器停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。

5、變壓器發(fā)出“嘶嘶”或“哧哧”的聲音，可能是變壓器高壓套管臟污，在氣候惡劣或夜間時(shí)，還可見到藍(lán)色、紫色的小火花，此時(shí)，應(yīng)清理套管表面的臟污，再涂上硅油或硅脂等涂料。

6、變壓器發(fā)出像青蛙的“唧哇唧哇”的叫聲，外部線路斷線或短路；變壓器發(fā)出“轟轟”的聲音，低壓線路發(fā)生接地或出現(xiàn)短路事故；變壓器發(fā)出像老虎的吼叫聲，短路點(diǎn)較近。

7、變壓器發(fā)出連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊或摩擦聲，可能是變壓器某些部件因鐵芯振動(dòng)而造成機(jī)械接觸，或是因?yàn)殪o電放電引起的異常響聲，而各種測量表計(jì)指示和溫度均無反應(yīng)，這類聲音雖然異常，但對運(yùn)行無大危害，不必立即停止運(yùn)行，可在計(jì)劃檢修時(shí)予以排除。

8、變壓器發(fā)出的聲音較平常尖銳，可能是電網(wǎng)發(fā)生單相接地或產(chǎn)生諧振過電壓。應(yīng)該隨時(shí)監(jiān)測。

9、變壓器瞬間發(fā)出 “哇哇”聲或“咯咯”間歇聲，此時(shí)有大容量的動(dòng)力設(shè)備起動(dòng)，負(fù)荷變化較大，使變壓器聲音增大。

10、變壓器發(fā)出“噼啪”噪音，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)有巨大轟鳴聲，系統(tǒng)可能有短路或接地。

（三）、變壓器溫度異常升高

運(yùn)行時(shí)變壓器在負(fù)荷和散熱條件、環(huán)境溫度都不變的情況下，溫度不斷升高，應(yīng)先查明原因，再采取相應(yīng)的措施予以排除。如果是變壓器內(nèi)部故障引起的，應(yīng)停止運(yùn)行，進(jìn)行檢修。引起溫度異常升高的原因有：

1、變壓器繞組局部層間或匝間的短路，內(nèi)部接點(diǎn)有故障，接觸電阻加大，二次線路上有大電阻短路等等；

2、變壓器鐵芯局部短路、夾緊鐵芯用的穿芯螺絲絕緣損壞；

3、因漏磁或渦流引起油箱、箱蓋等發(fā)熱；

4、長期過負(fù)荷運(yùn)行或事故過負(fù)荷；

5、散熱條件惡化等。

（四）、油枕或防爆管噴油爆炸

噴油爆炸是變壓器內(nèi)部短路電流和高溫電弧使變壓器油迅速老化，而繼電保護(hù)裝置又未能及時(shí)切斷電源，使故障較長時(shí)間持續(xù)存在，箱體內(nèi)部壓力持續(xù)加大，高壓油氣從防爆管或箱體其它強(qiáng)度薄弱處噴出造成事故。故障的原因有：

1、匝間短路等局部過熱使絕緣損壞；變壓器進(jìn)水使絕緣受潮損壞；雷擊等過電壓使絕緣損壞等導(dǎo)致內(nèi)部短路。

2、線組導(dǎo)線焊接不良、引線連接松動(dòng)等因素在大電流沖擊下可能造成斷線，斷點(diǎn)處產(chǎn)生高溫電弧使油氣化促使內(nèi)部壓力增高。

（五）、油色顯著變化和嚴(yán)重漏油

1、絕緣油在運(yùn)行時(shí)可能與空氣接觸，并逐漸吸收空氣中的水份，從而降低絕緣性能。發(fā)現(xiàn)油內(nèi)含有碳粒和水分，油色變暗，絕緣強(qiáng)度降低，易引起繞組與外殼擊穿，應(yīng)及時(shí)更換變壓器油。

2、變壓器焊縫開裂或密封件失效；運(yùn)行中受到振動(dòng)；外力沖撞；油箱銹蝕嚴(yán)重而破損等都會(huì)漏油。變壓器在運(yùn)行中滲漏油不嚴(yán)重，油位在規(guī)定的范圍內(nèi)，仍可繼續(xù)運(yùn)行或安排計(jì)劃檢修。變壓器油滲漏嚴(yán)重，或連續(xù)從破損處不斷外溢，以致于油位計(jì)已見不到油位，應(yīng)立即停止運(yùn)行，補(bǔ)漏和加油。

（六）、絕緣瓷套管出現(xiàn)閃絡(luò)和爆炸

1、套管密封不嚴(yán)，因進(jìn)水或潮氣浸入使絕緣受潮而損壞；

2、電容式套管絕緣分層間隙存在內(nèi)部形成的游離放電；

3、套管表面積垢嚴(yán)重，以及套管上有較大的碎片和裂紋，在大霧或小雨時(shí)均會(huì)造成套管閃絡(luò)和爆炸事故。

對套管上的塵埃，應(yīng)定期予以清除。發(fā)現(xiàn)套管有裂紋或碰傷應(yīng)及時(shí)更換。

（七）、分接開關(guān)故障

變壓器油箱上有“吱吱”的放電聲，電流表隨聲音發(fā)生擺動(dòng)，瓦斯保護(hù)可能發(fā)出信號，油的閃點(diǎn)降低，都可能是分接開關(guān)故障。故障原因有：

1、分接開關(guān)觸頭彈簧壓力不足，使有效接觸面積減少，以及嚴(yán)重磨損等引起分接開關(guān)燒毀；

2、分接開關(guān)接觸不良，經(jīng)受不起短路電流的沖擊而發(fā)生故障；

3、切換分接開關(guān)時(shí)，由于分頭位置切換錯(cuò)誤，引起開關(guān)燒壞；

4、相間距離不夠，或絕緣材料性能降低，在過電壓作用下短路。

測量分接頭的直流電阻，若完全不通，是分接頭全部燒壞；若分接頭直流電阻不平衡，是個(gè)別觸頭燒壞。分接頭全部燒壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。

（八）、變壓器著火

1、變壓器著火的主要原因可能是：

（1）、套管的破損和閃絡(luò)，油溢出后在頂部燃燒；

（2）、變壓器內(nèi)部故障，使外殼或散熱器破裂，使燃燒的油溢出。

2、變壓器著火后的處理措施：

（1）、確定變壓器的著火部位，若上部著火或者內(nèi)部著火時(shí)，應(yīng)匯報(bào)上級，通知主控將故障的變壓器停電。

（2）、拉開著火變壓器兩側(cè)的刀閘，并斷開變壓器冷卻裝置電源。

（3）、若變壓器的油溢出在頂蓋上著火，應(yīng)打開變壓器下部放油閥放油，使油面低于著火處。

（4）、若因?yàn)樽儔浩鞯膬?nèi)部故障引起著火，應(yīng)禁止放油，防止變壓器發(fā)生爆炸。

（5）、變壓器滅火，應(yīng)使用CO2、及1211噴霧器進(jìn)行滅火。

（6）、變壓器進(jìn)行滅火時(shí)，應(yīng)穿絕緣靴、戴絕緣手套，注意不得將液體噴到帶電設(shè)備上。

（7）、按照安規(guī)的規(guī)定正確處理，并做好安全措施。

（九）、三相電壓不平衡

1、三相負(fù)載不平衡引起中性點(diǎn)位移；

2、系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振；

3、繞組局部發(fā)生匝間和層間短路。

如果三相電壓不平衡時(shí)，應(yīng)先檢查三相負(fù)荷情況。對△/Y接線的三相變壓器，如三相電壓不平衡，電壓超過5V以上則可能是變壓器有匝間短路，須停電處理。對Y/Y接線的變壓器，在輕負(fù)荷時(shí)允許三相對地電壓相差10%，在重負(fù)荷的情況下要力求三相電壓平衡。

六、變壓器在運(yùn)行中不正?，F(xiàn)象的處理方法

（一）運(yùn)行中的不正常現(xiàn)象的處理

1、值班人員在變壓器運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)設(shè)法盡快消除，并報(bào)告上級和做好記錄。

2、變壓器有下列情況之一者應(yīng)立即停運(yùn)，若有運(yùn)用中的備用變壓器，應(yīng)盡可能先將其投入運(yùn)行：

（1）、變壓器聲響明顯增大，很不正常，內(nèi)部有爆裂聲；

（2）、嚴(yán)重漏油或噴油，使油面下降到低于油位計(jì)的指示限度；

（3）、套管有嚴(yán)重的破損和放電現(xiàn)象；

（4）、變壓器冒煙著火。

3、當(dāng)發(fā)生危及變壓器安全的故障，而變壓器的有關(guān)保護(hù)裝置拒動(dòng)，值班人員應(yīng)立即將變壓器停運(yùn)。

4、當(dāng)變壓器附近的設(shè)備著火、爆炸或發(fā)生其他情況，對變壓器構(gòu)成嚴(yán)重威脅時(shí)，值班人員應(yīng)立即將變壓器停運(yùn)。

5、變壓器油溫升高超過規(guī)定值時(shí)，值班人員應(yīng)按以下步驟檢查處理：

（1）、檢查變壓器的負(fù)載和冷卻介質(zhì)的溫度，并與在同一負(fù)載和冷卻介質(zhì)溫度下正常的溫度核對；

（2）、核對溫度裝置；

（3）、檢查變壓器冷卻裝置或變壓器室的通風(fēng)情況。

若溫度升高的原因由于冷卻系統(tǒng)的故障，且在運(yùn)行中無法檢修者，應(yīng)將變壓器停運(yùn)檢修；若不能立即停運(yùn)檢修，則值班人員應(yīng)按現(xiàn)場規(guī)程的規(guī)定調(diào)整變壓器的負(fù)載至允許運(yùn)行溫度下的相應(yīng)容量。

在正常負(fù)載和冷卻條件下，變壓器溫度不正常并不斷上升，且經(jīng)檢查證明溫度指示正確，則認(rèn)為變壓器已發(fā)生內(nèi)部故障，應(yīng)立即將變壓器停運(yùn)。

6、變壓器中的油因低溫凝滯時(shí)，應(yīng)不投冷卻器空載運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)視頂層油溫，逐步增加負(fù)載，直至投入相應(yīng)數(shù)量冷卻器，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。

7、當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓器的油面較當(dāng)時(shí)油溫所應(yīng)有的油位顯著降低時(shí)，應(yīng)查明原因。補(bǔ)油時(shí)應(yīng)遵守規(guī)程規(guī)定，禁止從變壓器下部補(bǔ)油。

8、變壓器油位因溫度上升有可能高出油位指示極限，經(jīng)查明不是假油位所致時(shí)，則應(yīng)放油，使油位降至與當(dāng)時(shí)油溫相對應(yīng)的高度。

9、鐵芯多點(diǎn)接地而接地電流較大時(shí)，應(yīng)按排檢修處理。在缺陷消除前，可采取措施將電流限制在100mA左右，并加強(qiáng)監(jiān)視。

（二）變壓器跳閘和滅火

1、變壓器跳閘后，應(yīng)立即查明原因。

2、如綜合判斷證明變壓器跳閘不是由于內(nèi)部故障所引起，可重新投入運(yùn)行。若變壓器有內(nèi)部故障的征象時(shí)，應(yīng)作進(jìn)一步檢查。

雖然變壓器出現(xiàn)的異常現(xiàn)象的原因比較多，但是只要我們在日常運(yùn)行中多聽、多看、多記，積累實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)，對處理問題就有很大的幫助。同時(shí)除了依靠我們的日常積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析處理外，還有就是要依據(jù)當(dāng)時(shí)的具體的故障現(xiàn)象、各個(gè)參數(shù)變化以及保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行綜合分析、判斷、處理。

總之，變壓器是整個(gè)風(fēng)場的核心，如果出了問題，則風(fēng)機(jī)發(fā)出的電也送不出去，影響整個(gè)風(fēng)電場的運(yùn)行，如果在安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行中粗心大意，應(yīng)付了事，是會(huì)影響安全、可靠運(yùn)行的，會(huì)釀成大事故，甚至?xí)斐蓢?yán)重的人身設(shè)備事故；所以，在變壓器安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行時(shí)會(huì)碰到很多意想不到的實(shí)際問題和困難，只有依托先進(jìn)的測量儀器，將平常的安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行過程中將所遇到的實(shí)際問題和困難，加以分析解決，舉一反三，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，在工藝上精益求精，保質(zhì)保量，不留任何安全隱患；才能確保讓變壓器在整個(gè)電力糸統(tǒng)中安全、可靠、健康的工作。