電力變壓器的故障深析

徐靈芝

【摘 要】電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和傳輸?shù)娜蝿?wù)，并提供電力服務(wù)。但由于變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行，故障和事故總不可能完全避免，了解電力變壓器損壞事故的原因，可以促進(jìn)制造廠對(duì)產(chǎn)品的改進(jìn)和完善，同時(shí)促使運(yùn)行單位進(jìn)一步提高運(yùn)行管理水平，從而保證電力變壓器的使用率.壽命和供電可靠性。

【關(guān)鍵詞】電力變壓器；故障；分析

1.短路故障

1.1變壓器短路故障的主要特征

（1）軸向失穩(wěn)：在副向漏磁成產(chǎn)的軸向電磁力作用下，導(dǎo)致變壓器繞組軸向變形。

（2）輻向失穩(wěn)：在軸向漏磁生產(chǎn)的輻向電磁力作用下，導(dǎo)致變壓器繞組浮想變形。

（3）引線固定失穩(wěn)：在引線間的電磁作用下，造成的引線振動(dòng)，導(dǎo)致引線短路。

1.2變壓器短路故障原因分析

（1）基于變壓器靜態(tài)理論設(shè)計(jì)而選用的電磁線，與實(shí)際運(yùn)用時(shí)作用在電磁線上的應(yīng)力差異較大。

（2）目前各廠家的計(jì)算程序都是建立在漏磁廠的均勻分布，線匝直徑相同，等相位的力等理想化的模型基礎(chǔ)上而編制的，而事實(shí)上變壓器的漏磁場(chǎng)并非均勻分布，鐵軛部分相對(duì)集中，該區(qū)域的電磁線所受的機(jī)械力也較大；換位導(dǎo)線的換位處由于爬坡會(huì)改變力的傳遞方向，而產(chǎn)生扭矩；由于墊塊彈性模量的因數(shù)，軸向墊塊不等距分布，會(huì)使交變漏磁場(chǎng)所生產(chǎn)的交變力延遲共振，這也是為什么處在鐵心軛部，換位處，有調(diào)壓分接的對(duì)應(yīng)部位的線餅首先變形的根本原因。

（3）抗短路能力計(jì)算時(shí)沒(méi)有考慮溫度對(duì)電磁線的抗彎和抗拉強(qiáng)度的影響。安常溫下設(shè)計(jì)的抗斷路能力不能反映實(shí)際運(yùn)行情況，隨著電磁線的溫度升高，其抗彎，抗拉強(qiáng)度及延伸率均下降。一般變壓器運(yùn)行時(shí)均有重合閘過(guò)程，因此如果短路點(diǎn)一時(shí)無(wú)法消失的話，將在非常短的時(shí)間（0.8s）緊接著承受第二次短路沖擊，但由于受第一次短路電流沖擊后繞組溫度急劇增高，這時(shí)繞組的抗短路能力已大幅下降，這就是為什么變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多的原因之一。

（4）采用普通換位導(dǎo)線，抗機(jī)械強(qiáng)度較差，在承受短路機(jī)械力時(shí)，易出現(xiàn)變形，散落，露銅現(xiàn)象。采用普通換位導(dǎo)線時(shí)，由于電流大，換位爬坡陡該部位會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩，同時(shí)處在繞組兩端的線餅，由于幅向和軸向漏磁場(chǎng)的共同作用，也會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩，致使扭曲變形。

（5）采用軟導(dǎo)線，也是造成變壓器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期對(duì)此認(rèn)識(shí)不足，或繞線裝備及工藝上的困難，制造廠均不愿使用半硬導(dǎo)線或設(shè)計(jì)時(shí)根本無(wú)這方面的要求，從發(fā)生故障的變壓器來(lái)看均是軟導(dǎo)線。

2.放電故障

根據(jù)放電能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電三種類型。

2.1變壓器局部放電故障

在電壓的作用下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣隙、油膜或?qū)w的邊緣發(fā)生非貫穿性的放電現(xiàn)象稱為局部放電。

2.2變壓器火花放電故障

（1）懸浮電位引起火花放電。高壓電力設(shè)備中某金屬部件，由于結(jié)構(gòu)上原因，或運(yùn)輸過(guò)程中造成接觸不良而斷開(kāi)，處于高壓與低壓電極間并其阻抗形成分壓，而在這一金屬部件上產(chǎn)生的對(duì)地電位稱為懸浮電位。具有懸浮電位的物體附近的場(chǎng)強(qiáng)較集中，往往會(huì)逐漸燒壞周圍固體介質(zhì)或使之炭化，也會(huì)使絕緣油在懸浮電位作用下分解出大量特征氣體，從而使絕緣有色譜分析超標(biāo)。

（2）油中雜質(zhì)引起火花放電。變壓器火花放電故障的主要原因是油中雜質(zhì)的影響。雜質(zhì)有水分、纖維質(zhì)（主要是受潮的纖維）等機(jī)構(gòu)。

（3）火花放電的影響。一般來(lái)說(shuō)，火花放電不致很快引起絕緣擊穿，主要反映在油色普分析異常、局部放電量增加或輕瓦斯動(dòng)作，比較容易被發(fā)現(xiàn)和處理，但對(duì)其發(fā)展程度應(yīng)引起足夠的認(rèn)識(shí)和注意。

2.3變壓器電弧放電故障

電弧放電是高能量放電，常以繞組匝層間絕緣擊穿為多見(jiàn)，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開(kāi)關(guān)飛弧等故障。

（1）電弧放電的影響。電弧放電故障由于放電能量密度大，產(chǎn)氣急劇，常以電子崩形e沖擊電介質(zhì)，使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或融化燒毀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備燒損，甚至發(fā)生爆炸事故，這種事故一般事先難以預(yù)測(cè)，也無(wú)明顯預(yù)兆，常以突發(fā)形式暴露出來(lái)。

（2）電弧放電的氣體特征。出現(xiàn)電弧放電故障后，氣體繼電器中的H2和C2H2等組分常高達(dá)幾千UL/L，變壓器油亦炭化而變黑。油中特征氣體的主要成分是H2和C2H2，其次C2H6和CH4.當(dāng)放電故障涉及到固體絕緣時(shí)，除了上述氣體外，還會(huì)產(chǎn)生CO和CO2。

綜上所述三種放電的形式既有區(qū)別又有一定的聯(lián)系，區(qū)別是指放電能級(jí)和產(chǎn)氣組分，聯(lián)系是指局部放電是其他兩種放電的前兆，而后者又是前者發(fā)展后的一種必然結(jié)果。由于變壓器內(nèi)出現(xiàn)的故障，常處于逐步發(fā)展的狀態(tài)，同時(shí)大多不是單一類型的故障，往往是一種類型伴隨著另一種類型，或幾種類型同時(shí)出現(xiàn)，因此，更需要認(rèn)真分析，具體對(duì)待。

3.絕緣故障

電力變壓器目前應(yīng)用最廣泛的是油浸變壓器和干式樹(shù)脂變壓器兩種，電力變壓器的絕緣是有變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)，它是變壓器正常工作和運(yùn)行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料（即油紙或樹(shù)脂等）的壽命所決定的。

3.1固體紙絕緣故障

固體紙絕緣是油浸變壓器絕緣的主要部分之一，包括：絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷、絕緣綁扎帶等。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的壽命。

（1）紙纖維材料的性能。絕緣質(zhì)紙維材料是油浸變壓器中最主要的絕緣組件材料，紙纖維是植物的基本固體組織成分，使紙纖維有含水的特性。怎樣也影響了紙纖維的性能。纖維不但易于吸潮，而且當(dāng)紙纖維吸水時(shí)，使纖維結(jié)構(gòu)在不穩(wěn)定的條件下機(jī)械強(qiáng)度急劇變壞。

（2）紙絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度。油浸變壓器選擇紙絕緣材料最重要的因素還包括機(jī)械強(qiáng)度的要求，包括耐張強(qiáng)度，沖壓強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度和堅(jiān)韌性。1）耐張強(qiáng)度，要求紙纖維受到拉伸負(fù)荷時(shí)，具有耐受而不被拉斷的最大應(yīng)力。2）沖壓強(qiáng)度，要求紙纖維具有耐受壓力而不被折斷的能力的量度。3）撕裂強(qiáng)度，要求紙纖維發(fā)生撕裂所需的力符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。4）堅(jiān)韌性，是指折折疊或紙板彎曲時(shí)的強(qiáng)度能滿足相應(yīng)要求。

3.2液體有絕緣故障

變壓器絕緣油時(shí)各種烴，樹(shù)脂、酸和其他雜質(zhì)的混合物，其性質(zhì)不都是穩(wěn)定的，在溫度、電場(chǎng)及光合作用等影響下會(huì)不斷的氧化。正常情況下絕緣油的氧化過(guò)程進(jìn)行得很緩慢，但混入油中的金屬、雜質(zhì)、氣體等會(huì)加速氧化的發(fā)展，使油質(zhì)變壞，顏色變深，透明度渾濁，所含水分，酸價(jià)、灰分增加等，使油的性質(zhì)劣化。

變壓器油質(zhì)變壞按輕重程度可分為污染和劣化兩個(gè)階段。

污染的油中混入水分和雜質(zhì)，這些不是油氧化的產(chǎn)物，污染油的絕緣性能會(huì)變壞，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度降低，介質(zhì)損失角增大。

劣化的油氧化后的結(jié)果，當(dāng)然這種氧化并不僅指純凈油中烴類的氧化，而是存在于油中雜質(zhì)將加速氧化過(guò)程，特別是銅、鐵、鋁金屬粉屑等。

變壓器油氧化時(shí)，作為催化劑的水分及加速計(jì)的熱量，使變壓器中的油生成油泥，其影響主要表現(xiàn)在：在電場(chǎng)的作用下沉淀物粒子大；雜志沉淀集中在電場(chǎng)最強(qiáng)的區(qū)域，對(duì)變壓器的絕緣形成導(dǎo)電的“橋”；沉淀物并不均勻而是形成分離的細(xì)長(zhǎng)條，同時(shí)可能按電力線方向排列，這樣無(wú)妨礙了散熱，加速了絕緣材料老化，并導(dǎo)致絕（下轉(zhuǎn)第158頁(yè)）（上接第142頁(yè)）緣電阻降低和絕緣水平下降。

3.3干式樹(shù)脂變壓器的絕緣與特性

干式變壓器（這里指環(huán)氧樹(shù)脂絕緣的變壓器）主要使用在具有較高防火要求的場(chǎng)所。如高層建筑、機(jī)場(chǎng)、油庫(kù)等。

（1）樹(shù)脂絕緣的類型。換氧樹(shù)脂絕緣的變壓器根據(jù)制造工藝特點(diǎn)可分為環(huán)氧石英砂混合料真空澆注型、環(huán)氧無(wú)堿玻璃纖維補(bǔ)強(qiáng)真空壓差澆注型和無(wú)堿玻璃纖維維繞包浸漬型三種。

（2）樹(shù)脂變壓器的絕緣特點(diǎn)。樹(shù)脂變壓器的平均溫升水平比油浸變壓器高；樹(shù)脂變壓器局部放電量的大小影響樹(shù)脂變壓器的性能、質(zhì)量及使用壽命。 [科]