淺議變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的診斷及防范措施

趙現(xiàn)路

【摘 要】隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，電力變壓器的安裝容量、單臺(tái)容量和電壓等級(jí)都在不斷增加，其運(yùn)行過(guò)程中容易受到外部和內(nèi)部因素的因素而產(chǎn)生各種故障，其中內(nèi)部過(guò)熱故障占很大比重，若不及時(shí)處理會(huì)引起變壓器的損壞而影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，就變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的診斷和防范措施進(jìn)行了探討，以防止同類事故的重復(fù)發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】變壓器；內(nèi)部過(guò)熱；診斷

【中圖分類號(hào)】TM411【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0062-01

作為變壓器的常見(jiàn)故障，內(nèi)部過(guò)熱故障通常由磁路故障、接點(diǎn)接觸不良、導(dǎo)體故障和局部散熱不良等原因引起，它可能引發(fā)固體絕緣的劣化和設(shè)備的永久損壞等事故，從而給變壓器的安全運(yùn)行和電網(wǎng)的可靠供電造成影響。因此，如何快速準(zhǔn)備地判斷變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的原因，并采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧﹣?lái)確保變壓器的安全運(yùn)行，是一項(xiàng)值得深入研究和探討的課題。

1. 變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障判斷的依據(jù)和方法

1.1 氣相色譜法

變壓器油和固體絕緣材料在電和熱的作用下會(huì)分解出一些特性氣體。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器內(nèi)部絕緣油和固體絕緣材料除了會(huì)產(chǎn)生一些非氣態(tài)劣化物外，還會(huì)產(chǎn)生少量的氫氣、碳的氧化物和低分子烴類氣體等，其中碳的氧化物（CO、CO2）的成分最多，其次是氫和烴類氣態(tài)。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部過(guò)熱故障時(shí)，熱點(diǎn)只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣的裸金屬過(guò)熱性故障，并且油中溶解氣體以CH4和C2H4為特征氣體，兩者之和通常會(huì)占到總烴的80%以上。當(dāng)故障點(diǎn)溫度較低時(shí)，CH4所占的比例較大；隨著故障點(diǎn)溫度的升高（500℃以上），C2H4和H2的比例逐漸增加；當(dāng)故障點(diǎn)溫度超過(guò)800℃時(shí)，會(huì)產(chǎn)生少量的C2H2，但含量不會(huì)超過(guò)C2H4的10%。涉及固體絕緣的過(guò)熱性故障時(shí)，除了會(huì)產(chǎn)生上述低分子烴類氣體外，還會(huì)產(chǎn)生較多的CO和CO2，同時(shí)CO/CO2的比值會(huì)隨著溫度的升高而逐漸加大。

據(jù)此，我們可以根據(jù)色譜《導(dǎo)則》，通過(guò)分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢(shì)、IEC三比值法和無(wú)編碼比值法來(lái)判斷變壓器是否存在內(nèi)部過(guò)熱故障及其發(fā)展程度。

1.2 電氣試驗(yàn)法

油中氣體分析能夠及時(shí)有效地判斷變壓器內(nèi)部有無(wú)故障和故障類型，但故障程度及其部位必須結(jié)合其他檢測(cè)（局部放電試驗(yàn)、繞組直流電阻和空載特性、微水分析等）結(jié)果和該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行檢修等情況來(lái)綜合判定。其中，對(duì)于電流回路故障可以采取測(cè)試線圈直流電阻的方法，直流電阻試驗(yàn)可以檢查變壓器內(nèi)部導(dǎo)電回路的焊接或接觸是否良好；對(duì)于鐵芯多點(diǎn)接地故障可以采取測(cè)試變壓器鐵芯外引接地線中的環(huán)流或鐵芯對(duì)地絕緣電阻來(lái)判定。

2. 變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的原因和防范措施

變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障通常為局部過(guò)熱和溫度升高，根據(jù)其嚴(yán)重程度又可分為輕度過(guò)熱（一般低于150℃）、低溫過(guò)熱（150℃～300℃）、中溫過(guò)熱（300℃～700℃）和高溫過(guò)熱（一般高于700℃）。具體說(shuō)來(lái)，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的原因主要有引線接頭故障、分接開關(guān)電接觸性故障、鐵芯故障、高低壓繞組故障和局部散熱不良等，本文將針對(duì)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的原因和防范措施進(jìn)行詳細(xì)的研究。

2.1 鐵芯故障及其防范措施的分析

鐵芯故障約占到變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的30%，最主要的是鐵芯多點(diǎn)接地故障和鐵芯內(nèi)部片間短路。在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電力變壓器的鐵芯只允許一點(diǎn)接地，因此鐵芯多點(diǎn)接地可能會(huì)導(dǎo)致不同接地點(diǎn)在磁場(chǎng)中感應(yīng)出不同電位而形成環(huán)流，環(huán)流會(huì)引發(fā)局部過(guò)熱而導(dǎo)致絕緣油的分解和鐵芯的損壞。

一般說(shuō)來(lái)，導(dǎo)致變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的原因主要有：變壓器油箱內(nèi)留有安裝時(shí)遺留的異物（如螺釘和螺母）；鐵軛的壓釘碰住鐵軛；鐵芯裝配及引線焊接過(guò)程中遺留的金屬異物；在運(yùn)輸或運(yùn)行過(guò)程中，由于振動(dòng)造成夾件絕緣移位而導(dǎo)致鐵芯和夾件接觸；基建安裝工作疏忽，沒(méi)有將變壓器油箱上的定位釘卸掉；上、下夾件和鐵軛間的墊塊受潮或表面附有油泥，導(dǎo)致其絕緣降低。

針對(duì)鐵芯故障可采取如下防范措施：（1）低壓交流沖擊法；（2）沖擊電流放電法；（3）采用氣相色譜分析，注意產(chǎn)氣速率以監(jiān)視故障的發(fā)展；（4）在鐵芯外引接地線上串接一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮?，從而減小鐵芯的接地電流；（5）如果找到了故障點(diǎn)而無(wú)法處理時(shí)，可將鐵芯的正常工作接地點(diǎn)移至故障點(diǎn)同一位置，這樣可減小環(huán)流。

2.2 引線接地故障及其防范措施的分析

引線接地故障約占到變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的15%，主要出現(xiàn)在變壓器低壓繞組與管套的連接處。這種接觸為固定接觸，一般是由于安裝或檢修后，套管連接螺絲沒(méi)擰緊或變壓器運(yùn)行在大電流下，接觸面氧化、腐蝕和污染，逐漸形成較大的接觸電阻，最終形成內(nèi)部過(guò)熱故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致接頭燒毀和有機(jī)絕緣炭化而導(dǎo)致變壓器燒毀。

針對(duì)引線接地故障可采取如下防范措施：（1）對(duì)大型電力變壓器，安裝或檢修后要做直流電阻試驗(yàn)并進(jìn)行油色譜分析；（2）對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器，用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行在線檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)局部過(guò)熱應(yīng)立即進(jìn)行油色譜分析和直流電阻試驗(yàn)，并停電檢查。

2.3 分接開關(guān)電接觸性故障及其防范措施的分析

分接開關(guān)電接觸性故障約占到變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的50%以上，主要出現(xiàn)在調(diào)壓頻繁和負(fù)荷電流大的變壓器。在頻繁調(diào)壓中會(huì)造成觸頭之間的機(jī)械磨損和電腐蝕，電流的熱效應(yīng)會(huì)引發(fā)彈簧彈性的下降而導(dǎo)致動(dòng)、靜觸頭間的接觸壓力下降，這些都將導(dǎo)致觸頭之間的接觸電阻增大。接觸電阻增大，會(huì)使得觸頭之間的發(fā)熱量增大，而發(fā)熱加速了觸頭表面的氧化腐蝕和機(jī)械變形并形成惡性循環(huán)，如不及時(shí)處理就會(huì)引發(fā)變壓器的損壞。與此同時(shí)，無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器的分接開關(guān)也會(huì)由于觸頭表面腐蝕、氧化和觸頭間接觸壓力減少，而使接觸電阻增大，從而形成變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障。

針對(duì)分接開關(guān)電接觸性故障可采取如下防范措施：（1）對(duì)有載分接開關(guān)，切換4000此或運(yùn)行3個(gè)月就要進(jìn)行油色譜分析，每年要做直流電阻試驗(yàn)，如有異常要抽出分接開關(guān)進(jìn)行檢查；（2）對(duì)經(jīng)常過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的變壓器或發(fā)生嚴(yán)重出口短路的變壓器，要及時(shí)測(cè)直流電阻和進(jìn)行油色譜分析；（3）對(duì)無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器投運(yùn)前要測(cè)繞組直流電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)正常后方可投入運(yùn)行。

2.4 其他原因的分析

除了上述三種原因外，引發(fā)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的原因還有很多，雖然這些原因發(fā)生的幾率相對(duì)較小，但仍然不可忽視。

（1） 冷卻裝置異常。風(fēng)冷裝置風(fēng)路堵塞、風(fēng)扇電源失去、風(fēng)扇反轉(zhuǎn)和風(fēng)扇啟動(dòng)值設(shè)置錯(cuò)誤等原因會(huì)引起冷卻裝置異常，從而造成變壓器內(nèi)部過(guò)熱。

（2） 漏磁導(dǎo)致過(guò)熱。在大型變壓器中，由于漏磁通密度較高，會(huì)在鐵芯上、下夾件拉桿等部位產(chǎn)生高度集中漏磁通，產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象。

（3） 異物引起局部過(guò)熱。變壓器內(nèi)部殘留的異物不僅可能造成繞組匝間短路而引發(fā)局部過(guò)熱，而且可能在異物中形成環(huán)流而引發(fā)局部過(guò)熱。

3.小結(jié)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全，因此對(duì)電力變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障進(jìn)行診斷和預(yù)防具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障主要發(fā)生在油箱、繞組、鐵芯、連接螺栓、引線、拉板、夾件和無(wú)載分接開關(guān)等部位，在實(shí)際運(yùn)行中要加強(qiáng)對(duì)這些部件的檢測(cè)，并采取可靠的措施來(lái)預(yù)防變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的發(fā)生。

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