電機(jī)變壓器內(nèi)部故障類型分析

霍謙

[摘 要]電機(jī)變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行情況直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。文章簡(jiǎn)要介紹了電機(jī)變壓器的組成，重點(diǎn)分析了電機(jī)變壓器內(nèi)部放電故障和過(guò)熱故障兩種類型的表現(xiàn)與成因。

[關(guān)鍵詞]變壓器；內(nèi)部故障；放電故障；過(guò)熱故障

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.41.053

目前，各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)的用電需求越來(lái)越多，對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定供電提出了更高的要求。電機(jī)變壓器是我國(guó)電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行情況直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。電機(jī)變壓器一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)給人們的正常生產(chǎn)、生活造成不便，給個(gè)人、企業(yè)和國(guó)家造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。

電機(jī)變壓器內(nèi)部故障主要是指油箱內(nèi)部發(fā)生的故障，油箱主要起絕緣和散熱作用，發(fā)生的故障有內(nèi)部放電故障和過(guò)熱故障兩種。電機(jī)變壓器如果發(fā)生故障會(huì)使得電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)安全事故，給整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成不可逆的損害。因此，電力部門(mén)必須提高工作人員的安全意識(shí)水平，全員要高度重視電機(jī)變壓器的內(nèi)部故障，增強(qiáng)專業(yè)知識(shí)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，熟練掌握電機(jī)變壓器的故障類型及其嚴(yán)重程度，對(duì)出現(xiàn)的故障能在早期發(fā)現(xiàn)并做出正確判斷，采取科學(xué)合理的方式及時(shí)開(kāi)展修復(fù)行動(dòng)，保障電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，杜絕安全事故的發(fā)生。

電機(jī)變壓器的組成成分之一是油箱。油箱內(nèi)裝滿變壓器油，變壓器油是一種礦物質(zhì)油，具有很好的絕緣性能，可以保護(hù)變壓器免受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾。電機(jī)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障與變壓器油有關(guān)系，電機(jī)變壓器內(nèi)的變壓器油與固體材料受到外界環(huán)境影響，如天氣變化冷熱不均、氣候干燥潮濕、氧化風(fēng)化作用、電場(chǎng)磁場(chǎng)作用等，這些因素會(huì)使得變壓器內(nèi)部發(fā)生各種物理變化和化學(xué)反應(yīng)，逐漸分解、老化，生成各種氣體，如氫氣、一氧化碳、二氧化碳等，溶解于變壓器油中。受到外界環(huán)境刺激，如加熱、閃電等，這些氣體與變壓器油相互作用就會(huì)產(chǎn)生大量的熱能、電能，導(dǎo)致電機(jī)變壓器發(fā)生故障。

根據(jù)故障性質(zhì)不同，我們將電機(jī)變壓器內(nèi)部故障分為放電故障與過(guò)熱故障兩種類型。根據(jù)放電量的多少，將放電故障分為三種：電弧放電故障、火花放電故障、局部放電故障。下面對(duì)這幾種故障一一作出說(shuō)明。

1 電機(jī)變壓器內(nèi)部放電故障

1.1 電弧放電故障

是指兩個(gè)電極在一定電壓下由氣態(tài)帶電粒子（如電子或離子）維持導(dǎo)電的現(xiàn)象。這種故障最顯著的外觀特點(diǎn)是呈現(xiàn)明亮的弧光柱和電極斑點(diǎn)，它會(huì)出現(xiàn)在變壓器的每一個(gè)部位。電機(jī)變壓器內(nèi)部發(fā)生這種故障時(shí)常常生成大量濃烈氣體，這些氣體沒(méi)有足夠的時(shí)間溶解于變壓器油中，大量的氣體不斷上升，在氣體繼電器中聚集起來(lái)引發(fā)一系列動(dòng)作，導(dǎo)致變壓器油出現(xiàn)異常運(yùn)動(dòng)，電機(jī)變壓器發(fā)生故障。具體來(lái)講，發(fā)生電弧放電故障的原因主要有：過(guò)電壓導(dǎo)致的內(nèi)部絕緣閃絡(luò)、因?yàn)橐€斷裂而造成的閃弧、線圈匝間的絕緣體被擊穿、在似接未接情況下出現(xiàn)分接開(kāi)關(guān)觸柱間的飛弧等，這些因素都會(huì)引發(fā)電機(jī)變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障。由于電弧放電故障發(fā)生的比較突然，持續(xù)時(shí)間較短，往往在一瞬間完成，并且發(fā)生前沒(méi)有明顯的外觀特征能及時(shí)預(yù)告故障的出現(xiàn)，因此對(duì)這類內(nèi)部放電故障進(jìn)行預(yù)診斷有一定的難度，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)診斷。目前技術(shù)只能支持在故障發(fā)生后檢測(cè)變壓器油中溶解的氣體。由于電機(jī)變壓器發(fā)生這類故障后變壓器油中氣體含有的總烴量較多，對(duì)氣體成分進(jìn)行分析可以判斷是否為電弧放電故障及其故障嚴(yán)重程度，然后才能對(duì)故障采取有效措施減少損失。

1.2 火花放電故障

當(dāng)高壓電源的功率不太大時(shí)，高電壓電極間的氣體被擊穿，由于正負(fù)電之間有勢(shì)差，就會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。由于氣體被擊穿后忽然由最佳絕緣體變?yōu)榱紝?dǎo)體，電流急劇增加，而電源功率不夠，此時(shí)電壓下降，放電暫時(shí)熄滅，等到電壓恢復(fù)就會(huì)再次放電，所以火花放電故障的顯著特征是具有間歇性。電機(jī)變壓器內(nèi)部一般在以下情形中會(huì)出現(xiàn)火花放電故障：兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電體之間的電位不同、懸浮體的電位不是固定的、絕緣體之間是相互接觸的、所處的電場(chǎng)非常不均勻、電場(chǎng)出現(xiàn)畸形變化等等。電機(jī)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)這種故障的原因主要有：鐵芯片之間接觸不良、鐵芯接地片接觸不好、沿圍屏紙板表面出現(xiàn)爬電、套管均壓球不牢固出現(xiàn)松動(dòng)、分接開(kāi)關(guān)操作柄的撥叉懸浮等，這些都會(huì)導(dǎo)致火花放電。與電弧放電故障相比，火花放電故障產(chǎn)生的能量較小、含有的總烴量較少。

1.3 局部放電故障

顧名思義，這種故障是由于局部原因造成的放電。該故障主要是由于具有導(dǎo)電性能的材料其表面出現(xiàn)尖角或具有絕緣性能的材料之間出現(xiàn)氣隙，這就使得絕緣體的某些部位會(huì)出現(xiàn)連接，這些部位存在絕緣弱點(diǎn)，在電場(chǎng)畸變或有外施電壓發(fā)生作用就會(huì)發(fā)生局部放電故障。隨著放電時(shí)間的增加，局部放電不斷發(fā)展，導(dǎo)致絕緣材料出現(xiàn)不同程度的損壞，如呈現(xiàn)出樹(shù)形碳化痕跡或者被擊穿。另外，如果變壓器油中含有水分或雜質(zhì)，泄漏的電流將其作為介質(zhì)，電流流動(dòng)產(chǎn)生的熱量會(huì)將這些水分蒸發(fā)為氣泡，這些熱量還會(huì)裂解變壓器油生成氣體。當(dāng)外界壓力達(dá)到一定程度，生成的氣泡或氣體絕緣度較低時(shí)也會(huì)出現(xiàn)局部放電故障。局部放電故障的診斷方法較多，如利用脈沖、無(wú)線電、化學(xué)反應(yīng)等。

2 電機(jī)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障

電機(jī)變壓器在工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量主要來(lái)自繞組和鐵芯的損耗，電機(jī)變壓器的各個(gè)組成成分，如繞組、鐵芯、變壓器油等的溫度升高就是由于這些損耗轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致的。對(duì)于各個(gè)部分的正常溫升有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，繞組的標(biāo)準(zhǔn)溫升是65K，變壓器油的標(biāo)準(zhǔn)溫升是55K。如果各個(gè)部分的溫升超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)就認(rèn)為電機(jī)變壓器出現(xiàn)了內(nèi)部過(guò)熱故障。

在電力系統(tǒng)日常運(yùn)行中，電機(jī)變壓器內(nèi)部發(fā)生的故障多為過(guò)熱故障，其危害程度一般要小于放電故障。但是如果此類故障發(fā)生后相關(guān)部門(mén)沒(méi)有加以重視、判斷不準(zhǔn)確、處理不及時(shí)，同樣會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害。例如高溫使得絕緣材料發(fā)生分解、逐漸老化，過(guò)熱故障轉(zhuǎn)化為放電故障，持續(xù)的高溫天氣、居民用電量增加，這時(shí)甚至?xí)D(zhuǎn)化為電弧放電故障。因此，工作人員對(duì)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障要同樣給予高度重視。

電機(jī)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障有：引線過(guò)熱故障，一般出現(xiàn)在套管上，表現(xiàn)為引線的接頭、分流、斷股過(guò)熱；繞組過(guò)熱故障，這是常見(jiàn)的電機(jī)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障，包括繞組燙手、導(dǎo)線顏色發(fā)生變化、導(dǎo)線出現(xiàn)糊味兒等；漏磁過(guò)熱故障，大型變壓器的漏磁通溫度較高，易發(fā)生這種故障；鐵芯多點(diǎn)接地過(guò)熱故障，導(dǎo)致油紙絕緣逐漸老化，鐵芯片之間的絕緣層脫落，造成短路，芯片由于溫度過(guò)高被燒毀；異物引起局部過(guò)熱故障。

電機(jī)變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的影響因素主要有：負(fù)載電流的導(dǎo)線接觸不良，引線絕緣沒(méi)有做到位，線段之間的油道比較小，套管導(dǎo)管與穿纜引線相互接觸產(chǎn)生分流等。電力工作人員可通過(guò)液相和氣相色譜分析法、直流電阻測(cè)量法等對(duì)過(guò)熱故障進(jìn)行診斷。

3 結(jié) 論

近年來(lái)，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活水平逐步提高，全社會(huì)用電量急劇上升，城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民用電量同比都有不同程度的增長(zhǎng)，四大載能行業(yè)——化工行業(yè)、建筑行業(yè)、鋼鐵冶煉行業(yè)、有色金屬行業(yè)的用電量不斷增加。當(dāng)前，我國(guó)居民用電和商業(yè)用電需求不斷增加，電網(wǎng)負(fù)荷量越來(lái)越大，電力供需形勢(shì)嚴(yán)峻，電力供需矛盾不容樂(lè)觀。因此，保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行、減少電力事故的發(fā)生、避免電機(jī)變壓器出現(xiàn)故障勢(shì)在必行。

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