一起主變壓器中溫過熱故障原因分析及處理

鐘潤深等

【摘要】變壓器是變電站的核心設備，是關系到供電可靠性和變電站能否安全運行的決定因素。本文介紹了一起變壓器中溫過熱故障的原因現(xiàn)象、分析、排查和現(xiàn)場處理方案選擇、確定以及電流沖擊設備參數(shù)選擇計算等。

【關鍵詞】主變壓器；中溫過熱；故障；鐵芯；電容沖擊

1.設備概況及故障現(xiàn)象

某變電站1號主變壓器額定容量16000kVA，是一臺投運近20年的油浸風冷三圈式變壓器，由原湖北變壓器廠1988年制造，1991年安裝投運。變壓器高壓側電壓110kV，中壓側電壓35kV，低壓側電壓10KV。該變壓器是當?shù)鼐用窈蛷S礦生產、生活供電的唯一電源。

該變壓器在二〇一〇年定期預防性試驗中發(fā)現(xiàn)，變壓器油中總烴、氫氣含量分別為1268.11PPm、168.39PP，超過注意值。對檢驗出氣體含量采用國標《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中特征氣體三比值法分析，發(fā)現(xiàn)變壓器內部存在300～700℃中溫過熱點。

2.引起中溫過熱原因分析

由于是首次遇到變壓器出現(xiàn)中溫過熱的情況，對其危害程度及故障原因難以判明，結合相關資料和經咨詢生產廠家，分析大型電力變壓器在運行過程中，該過熱產生的因素主要有以下幾點：

導線過電流；鐵芯局部短路；鐵芯多點接地形成環(huán)流；分接開關接觸不良；接線焊接不良，電磁屏蔽不良，使漏磁集中；油道堵塞，影響散熱等。

對以上可能引發(fā)過熱故障的因素結合運行記錄和歷年試驗數(shù)據(jù)可排除導線過電流、分接開關接觸不良、接線焊接不良三項因素，其他因素由于受試驗條件限制或不是預防性試驗項目，暫時無法排除。

進一步分析發(fā)現(xiàn)該故障是一種軟故障，點多面廣，查找困難，資料介紹即使通過專門檢修也不一定能找到故障點，消除故障源，在現(xiàn)場只能通過吊罩檢查查找故障點，加以消除，若查不出故障原因或即使能發(fā)現(xiàn)故障點但無法消除時，變壓器就需要返廠大修。

3.過熱對變壓器的影響

變壓器在運行中是有損耗的，損耗主要包括鐵芯的磁滯和渦流損耗、繞組的電阻損耗。這些損耗所產生的熱量，一方面通過變壓器油、散熱管、外殼等的傳導、輻射、對流方式傳遞到周圍環(huán)境中，另一方面使變壓器溫度升高。經過一定時間（小型變壓器約為10H，大型變壓器約為24H），變壓器達到穩(wěn)定的溫升。如果溫升過高，或者溫升速度過快，或與同種產品相比溫升明顯偏高，就視為故障表現(xiàn)。溫升過高是造成變壓器壽命降低的主要原因，也是變壓器故障的主要表現(xiàn)。

對變壓器危害最大的是絕緣材料老化、絕緣性能的破壞及絕緣油老化，而老化速度的快慢與溫度息息相關。變壓器油老化的基本因素是氧化和溫度，高溫加速油的老化，同時也加油速氧化作用，氧化使油色變深、渾濁、酸度增加，絕緣性能變壞，出現(xiàn)破壞絕緣和腐蝕金屬的低分子酸和沉淀物，影響變壓器的使用壽命。

變壓器的壽命取決于絕緣材料的溫度，根據(jù)“6℃法則”每降低6℃則壽命延長一倍。因此加強冷卻、降低溫升就可以節(jié)能和延長變壓器的使用壽命。

綜合以上原因經分析，該過熱點已嚴重影響到變壓器的安全運行和使用壽命，為避免故障機一步發(fā)展，造成更大的經濟損失，必須盡快消除該故障。

4.處理地點的確定

現(xiàn)場處理 變壓器的一般大修都是在現(xiàn)場完成的，該變壓器二○○五年十一月份在原位完成第一次標準檢修，在故障原因不明的情況下，進行現(xiàn)場檢查、初步處理條件是滿足的，但存在不確定性，不一定能查找到或消除故障。

返廠大修 返廠大修最是簡便的方法，在制造廠家可以采用多種方法進行檢查，可利用的工具和環(huán)境條件是現(xiàn)場無法比擬的，一定能查找到并消除故障。

由于設備安裝處遠離有能力處理該故障的變壓器生產廠家，山路崎嶇，運輸一臺器身重24.9噸的變壓器有一定的困難，運輸費用較高，該運輸只有在不得已的情況下采用。

通過比較，首先采用在現(xiàn)場查找處理故障，當故障在現(xiàn)場無法處理或查找不到時再采用轉運至廠家處理的方案。

5.故障原因的確定

經過準備后于二○一○年十月十日，對該1號主變壓器進行吊芯檢修，檢查器身未發(fā)現(xiàn)明顯故障點，用2500V搖表搖測鐵芯對夾件絕緣為0MΩ，打開鐵芯分瓣連片測得靠近高壓側鐵芯絕緣電阻值約為0MΩ，另一半鐵芯絕緣為2500MΩ，故判定鐵芯出現(xiàn)非金屬性多點接地故障。

電力變壓器在正常運行時，繞組周圍存在電場，而鐵芯和夾件等金屬構件處于電場中，若鐵芯未可靠接地，則會產生放電現(xiàn)象，損壞絕緣。因此，鐵芯必須有一點可靠接地，如果鐵芯由于某種原因出現(xiàn)另一個接地點，形成閉合回路，則正常接地的引線上就會有環(huán)流。其一方面造成鐵芯局部短路過熱，甚至局部燒損；另一方面，由于鐵芯的正常接地線產生環(huán)流，造成變壓器局部過熱，也可能產生放電性故障，使變壓器油分解出現(xiàn)油中總烴、氫氣含量超過注意值，可以確定鐵芯出現(xiàn)另一個接地使引起該變壓器中溫過熱原因。

6.鐵芯多點接地原因分析

引起鐵芯多點接地主要包括以下幾方面。

（1） 變壓器在制造或大修過程中，如果鐵刷絲、起重用的鋼絲繩的斷股及微小金屬絲等被遺留在變壓器油箱內，當變壓器運行時，這些懸浮物在電磁場的作用下形成導電小橋，使鐵芯與油箱短接，這種情況常常發(fā)生在油箱底部。

（2） 潛油泵軸承磨損產生的金屬粉末進入主變油箱中導致鐵芯與油箱短接。

（3） 變壓器油箱和散熱器等在制造過程中，由于焊渣清理不徹底，當變壓器運行時，在油流作用下雜質往往被堆積在一起，使鐵芯與油箱短接，這種情況在強油循環(huán)冷卻變壓器中容易發(fā)生。

（4） 鐵芯上落有金屬雜物，將鐵芯內的絕緣油道間或鐵芯與夾件間短接。

（5） 變壓器進水使鐵芯底部絕緣墊塊受潮，引起鐵芯對地絕緣下降。

（6） 鐵芯下夾件墊腳與鐵軛間的絕緣板磨損脫落造成夾件與硅鋼片相碰。

（7） 夾件本身過長或鐵芯定位裝置松動，在器身受沖擊發(fā)生位移后，夾件與油箱壁相碰。

（8） 下夾件支板距鐵芯柱或鐵軛的距離偏小，在器身受沖擊發(fā)生位移后相碰。

（9） 上、下鐵軛表面硅鋼片因波浪突起，與鋼座套或夾件相碰。

（10） 穿心螺桿或金屬綁扎帶絕緣損壞，與鐵芯或夾件等相碰。

7.現(xiàn)場處理方法及參數(shù)選擇

變壓器鐵芯多點接地，是變壓器較常見故障之一，造成鐵芯多點接地，經過用榔頭敲擊振動夾件和對箱體內鐵芯進行了兩次油泥沖洗后，接地現(xiàn)象仍未消失，分析認定是由于懸浮鐵銹在電磁力的作用下，沉積在線圈內部夾件與鐵芯的絕緣表面上形成穩(wěn)定的非金屬性接地故障。

現(xiàn)場無法找到確切接地點，特別是由于鐵銹焊渣懸浮、油泥沉積造成的多點接地，更是難于查找。此類故障可采用放電沖擊法進行消除。

現(xiàn)場可利用的電流沖擊法有以下兩種：

（1） 電焊機進行大電流沖擊法 是采用電焊機的大電流通過接地點時產生的熱量使故障點熔斷，是故障消除的方法。該方法電焊時間不好掌握，電流難以控制，電流過大易造成鐵芯絕緣受損，形成永久接地故障。

（2） 電容沖擊法 是采用電源對電容器充電，再由電容器對變壓器鐵芯放電的方法。

根據(jù)資料介紹，電容放電沖擊法是一種安全可靠、操作簡便，且利于快速就地取材容宜推廣使用的方法。沖擊時應注意，需要控制沖擊電流，同時由于鐵芯對地絕緣墊片很薄，故沖擊電壓不能高于2.5KV。

8.處理過程

根據(jù)沖擊電壓不能高于2.5KV，放電回路電阻按鐵芯對地絕緣電阻阻值0MΩ，結合上述公式可以確定需要采用的電器，結合現(xiàn)場實際只有一臺6.3kV 2.6μF電容器，經過縝密研究和分析決定，利用 25000V搖表對電容充電20秒（沖擊電壓不應超過2500V）。為防止該電壓對人體造成傷害，充、放電時采用絕緣桿倒換電線的措施，電容器一端可預先與變壓器、搖表地端連接，將充好電的電容另一端與鐵芯引出線相連，聽到一聲清脆的放電聲即完成放電沖擊。接著測量鐵芯絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻升至2500MΩ。多點接地故障已消除。

電容器瞬間放電產生的巨大電流將熔化或燒斷殘留雜物，或者電容器瞬間巨大沖擊電流產生的電動力使殘留雜物移開原來位置。但是，這種方法如何具體實施，如電容器容量如何選擇、沖擊電壓多高、對變壓器有何危害等，還存在一定的危險性。

9.防止運行中變壓器出現(xiàn)該故障及處理注意事項

（1） 運行中的變壓器最好能在鐵芯接地線上裝設電流表，便于及時發(fā)現(xiàn)故障。特別是在放電沖擊法消除接地現(xiàn)象后，更要加強監(jiān)視，防止再次形成故障。

（2） 當出現(xiàn)鐵芯多點接地故障時，要在綜合測定和全面分析檢查后，視具體情況選擇處理方案，切不可盲目進行放電沖擊或電焊消除，以免造成絕緣損壞，故障擴大。

（3） 每次吊芯大修時，一定要清潔油箱底部的油泥鐵銹等雜物，并用油進行一次全面沖洗。

（4） 加強潛油泵及冷卻器的檢修，防止由于軸承磨損或金屬剝落，造成變壓器鐵芯多點接地故障。

（5） 在鐵芯底部由金屬異物引起的具有動態(tài)性質的接地故障，且變壓器吊心檢查有一定困難時，不妨利用本文介紹的處理辦法試一下，也許能收到較好的效果。

（6） 從變壓器運行中鐵芯接地故障來看，大多為箱底不清潔所致，作為檢修部門應嚴把投運前的吊心檢查關。在變壓器大修時，要注意檢修工藝和主變內部的清理工作，特別對鐵芯槽和各間隙處要用油或氮氣來沖吹清理。

10.結論

通過上述主變過熱現(xiàn)象的分析到鐵芯多點接地分析處理過程，表明現(xiàn)場所使用的電容沖擊方法，消除因殘留雜物、油泥等不穩(wěn)定接地故障引起的鐵芯接地故障效果明顯，節(jié)省時間，節(jié)省人力物力，是一種簡單實用方法。