變壓器常見故障及處理分析

熊 咪

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

電力變壓器指的是電力系統(tǒng)一次回路中供輸、配、供電用的變壓器。電力變壓器結構繁雜，運行環(huán)境相對較差，如果發(fā)生故障事故的話，對電網波動和供電的可靠性也有較大的影響，所以需要對于具體狀況采取對應措施。因為變壓器是連續(xù)運行，在實際工作中可能出現各種故障，重大事故不僅會導致變壓器自身出現損壞，還會造成電力供應的中斷，給工廠造成一定的生產經濟損失。因此日常點檢和維護變壓器在工作中占很大的作用，更重要的是值班人員應當對變壓器可能出現故障的處理措施進行學習運用。

圖1 電力變壓器外觀圖

2 變壓器主體結構簡介

油浸式變壓器主要由變壓器器身、油箱、降溫裝置、出線裝置和保護裝置構成。變壓器的器身包括了鐵芯夾件、繞組、線圈、絕緣結構等；油箱包括了油箱及其所有附件；降溫裝置是散熱片和吹風裝置；出線裝置則為高低壓套管；保護裝置包括了油枕、油表安全氣道、呼吸器、凈油器繼電器和測溫元件等。油浸式變壓器的鐵芯和繞組都浸沒在絕緣油里，變壓器的油兼有散熱、絕緣、防止內部元件和材料老化、以及在內部發(fā)生故障時起到熄滅電弧的作用［4］。而干式變壓器的鐵芯和繞組的冷卻介質是空氣，為了便于制造和維護，小容量、低電壓的特種變壓器，也有干式變壓器。干式變壓器一般用于安全防火要求相對較高的場合。在干式變壓器中開啟式干式變壓器作為常用，適用于比較潔凈而干燥的室內環(huán)境。

3 變壓器常見的故障

電力變壓器為了在供配電系統(tǒng)中能實現電壓變換、電能輸送，滿足不同電壓等級負荷需求的核心器件，貴溪冶煉廠使用最多的是三相油浸式電力變壓器，電力變壓器是直接向用電設備提供電能的配電變壓器，其繞組導體材質有銅繞組和鋁繞組兩種，在工廠使用最為廣泛的是低損耗銅繞組變壓器。在運行中的電力變壓器，由于內部或外部的各種原因會發(fā)生一些異常情況，從而影響變壓器正常工作造成事故。變壓器的故障主要發(fā)生在繞組、套管、鐵芯、分接開關和油箱等部位，最常發(fā)生的故障是繞組故障［1］。其中以絕緣老化和層間絕緣損壞的最多，其次是分解開關失靈，套管損壞，絕緣油劣化。故障類型多種多樣，只要充分了解變壓器的實際運行狀態(tài)，運用各種診斷方法就能提高診斷故障的準確性，從而更好地去處理故障和解決問題［5］。

3.1 變壓器發(fā)生故障的原因

（1）制造工藝本身存在的缺陷。例如加工不精細、材料質量低劣以及設計不合格等。

（2）變壓器在運行中缺乏良好的維護和管理。如故障設備修復不徹底，檢修后安裝不細心，干燥處理不充分，或者由于檢測能力有限導致的某些故障未能及時發(fā)現等。

（3）絕緣老化。變壓器在運行過程中長期受到熱、電、機械應力以及環(huán)境因素的影響，會發(fā)生一些不可逆的變化過程，導致絕緣老化，這一過程十分緩慢，但當設備發(fā)生某些異常情況的時候，就會加速絕緣老化的過程形成故障［2］。惡劣的環(huán)境和嚴苛的運行條件，以及長期在技術規(guī)定允許范圍之外的運行，往往是直接導致故障的起因。

3.2 變壓器故障分類

3.2.1 按故障部位分類

變壓器故障按部位可分為繞組、引線、鐵芯、套管、分接開關、絕緣、密封等七類故障。

（1） 繞組故障。變壓器繞組是構成變壓器輸入、輸出電能的電氣回路。變壓器繞組故障除外在影響因素外，大部分是繞組本身結構和絕緣不合格引起的，不僅影響到繞組本身，并且對引線、鐵芯、絕緣層等都有非常大的影響。在繞組斷路的情況下，高壓側有一相斷路時，變壓器將處在非全相運行狀態(tài)，會造成低壓側三相電壓、電流的不平衡；高壓側有兩相斷路時，斷路的兩相均無電壓輸出，電壓器則為單相負載運行，所以必須更換或修復繞組。如果變壓器繞組有松動、變形、失穩(wěn)，絕緣損傷的現象，變壓器雖然能夠運行，但實質上抗短路能力差，內部易受損，若外部短路等發(fā)生進一步故障時，會使繞組內部更加松散，極易造成局部放電損傷導線［7］。這類故障一般處理方法有：①修復內部變形部分，必要時應立即更換繞組；②緊固松脫的襯墊和撐條，并且擰緊壓圈螺釘；③修復改善結構，提高機械強度修補絕緣等。

（2）引線故障。引線是變壓器內部繞組與外部接線的連接環(huán)節(jié)，它的接頭通過焊接而成，因此焊接質量不好將會直接影響引線故障的發(fā)生。引線相間短路如果不及時處理會導致繞組相間短路，引線接觸不良則會產生局部引線燒斷，使得變壓器停止運行。引線接觸不良可能的原因有：分接開關損壞、螺栓松動和焊接不牢。此類問題解決方法就是在變壓器停運檢修時，對接觸不良的螺栓都重新緊固，在檢修焊接前必須將焊接面清洗干凈，并且將開關轉換到位，逐個緊固螺栓，確信一切無誤后再將變壓器投入試運行。

（3）鐵芯故障。傳遞、交換電磁能量的主要部件之一是變壓器的鐵芯，鐵芯質量好壞是決定變壓器能否正常運行的重要關鍵。鐵芯多點接地故障出現較多，鐵芯局部過熱運行時間過長會使油紙鐵芯片絕緣層老化，嚴重時導致鐵芯接地引線繞斷［6］。所以變壓器鐵芯應當定期測試絕緣強度，發(fā)現絕緣強度低于標準時應及時更換螺栓套管和絕緣墊，或將絕緣損壞的硅鋼片重刷絕緣。

（4）套管故障。套管是變壓器內繞組與油箱外聯結引線的保護裝置，因為長期受到電廠、污染、風雨等影響，使得瓷釉龜裂及絕緣老化，是變壓器故障多發(fā)部位，其故障主要有：套管炸裂、套管移位、開焊等。套管爆炸將使變壓器停運甚至燒毀，套管移位、開焊會有水順著套管進到變壓器本體內，導致變壓器繞組短路或者相間短路。因此及時清除瓷套管外表面的積灰和污垢極其重要，當發(fā)現套管密封不嚴或絕緣受潮劣化的情況時，應當立即更換套管。

（5）分接開關故障。因為有載分接開關內部傳動結構比較復雜，并且經常操作切換，它的故障將直接影響變壓器正常運行，由于分接開關受高溫和絕緣油的影響，極易使觸頭表面氧化從而產生氧化膜，導致觸頭間接觸電阻增大導致接觸不良，其引起的局部門路高溫會破壞接觸表面。應當采取的措施是及時更換或者修整彈簧、對分接開關位置錯位進行糾正等。

（6）絕緣故障。變壓器內部絕緣性能不佳會引起大部分故障，而絕緣的好壞是變壓器能否長期運行、以及安全可靠運行的關鍵。絕緣故障分為絕緣損傷和介質損耗超標，絕緣損傷與介質損耗超標在短期內都不會對變壓器形成過大影響，但這些故障會使變壓器內部造成局部放電或局部輕度過熱現象，嚴重時會導致變壓器內繞組拒不短路等故障。所以檢修時應對變壓器絕緣受潮進行干燥處理，如若發(fā)現變壓器內部油劣化應對其進行更換處理，對油道內雜物進行清理，發(fā)現油面過低時應檢查是否存在滲漏隱患，排除隱患后將油量添加至油面線。

（7）密封不良。變壓器密封不良這類故障相對不易被發(fā)現，所以檢查時需要特別注意，可能原因是接頭處理不好，焊接質量不良、螺栓亂扣等。針對密封不良進行的處理是：發(fā)現密封圈老化應進行更換密封圈；瓷套若有破裂則更換瓷套；發(fā)現箱體焊點有裂紋須對箱體進行補焊［3］。

3.2.2 按故障嚴峻程度分類

變壓器故障按嚴峻程度分類為：（1）類輕度性：不影響變壓器運行但需要進行非計劃性檢修；（2）類臨界性：變壓器性能有輕度下降或輕度受損；（3）類致命性：變壓器性能嚴重下降或受損，必須立即停止運行；（4）類災難性：變壓器爆炸或者完全損壞。

4 變壓器常見事故的處理

4.1 輕瓦斯保護動作處理

發(fā)現有瓦斯保護信號動作時值班人員應立即對變壓器進行外部檢查，檢查項目為油枕中的油位及油色，變壓器的電壓、電流、溫度和聲音等變化。瓦斯保護動作的原因有很多種，可能是因濾油、加油或冷卻系統(tǒng)不嚴密致使空氣進入變壓器；或因溫度下降或漏油導致油位緩慢降低；或是變壓器內部產生故障產生少量氣體；或是因為保護裝置的二次回路故障引起的。在經外部檢查發(fā)現無任何異常時，則應查明瓦斯繼電器中氣體的性質［9］。若瓦斯繼電器發(fā)出的信號是由于變壓器內部油分解產生的空氣而動作，值班人員則應放出瓦斯繼電器內積聚的空氣，并且注意下次信號動作的間隙時間，如果不久信號消失說明變壓器無故障，如果動作時間間隙逐次縮短，則表明變壓器所對應斷路器即將跳閘，值班人員應將瓦斯保護的跳閘回路切斷，并且立即上報準備切換投入備用變壓器運行。

4.2 重瓦斯保護動作處理

瓦斯保護動作使變壓器跳閘的原因為：（1）變壓器內部發(fā)生嚴重故障；（2）油位下降過快；（3）保護裝置二次回路存在故障；（4）變壓器檢修后投入運行時油中空氣分離出來過快，也可能導致斷路器跳閘。當瓦斯保護動作使變壓器跳閘時，值班人員應先將備用變壓器投入，將工作變壓器斷開并對其進行外部檢查。檢查油枕、防爆門、導油管、散熱器法蘭盤等處是否有噴油現象，變壓器的外殼是否有鼓起現象，變壓器蓋子與外殼間的盤根是否因油膨脹而造成損壞，然后分析氣體性質是否可燃，以此來鑒定變壓器內部存在何種故障。要注意的是在未消除故障前不得將變壓器二次合閘投入運行。

4.3 變壓器差動保護動作處理

差動保護是為了保證變壓器安全可靠運行而存在的，當變壓器自身發(fā)生了電氣方面的故障時差動保護會盡快地將變壓器退出運行，以此降低事故損壞變壓器的可能性。國際規(guī)程規(guī)定，對于容量較大的變壓器如并列運行6300kVA 及以上、單獨運行的10000kVA 及以上的變壓器，必須要為其設置差動保護裝置。差動保護與瓦斯保護相同之處是這兩種保護動作都比較靈敏、可靠性高，而且都是變壓器本體的主保護，不同之處就是差動保護反映了變壓器內部電氣方面的故障，而瓦斯保護主要是反映變壓器內部過熱等原因引起的油氣分離的故障。運行中的變壓器因差動保護動作引起斷路器跳閘，運行人員應該立即拉開變壓器各側刀閘，認真檢查變壓器本體是否有明顯異常，然后檢查變壓器差動保護區(qū)范圍的所有一次設備，還需要對變壓器差動保護回路進行檢查，看有無擊穿、短路以及異物誤碰的情況。之后還應該對變壓器的外部故障測量，主要是查看遙測絕緣電阻，用以判斷變壓器內部有無故障。

除瓦斯保護和差動保護外，變壓器還設有定時限過電流保護、零序保護等。當主變壓器因定時限過流保護動作跳閘時，應當檢查各出線開關保護裝置的動作情況等，如果查明是因為某出線故障引起的越級跳閘，則應當拉開該出線開關，恢復變壓器運行向其余線路送電，若查不出明顯故障，則應當將變壓器空載試運行一次，運行正常則可將其恢復送電。如果檢查發(fā)現某側母線有明顯的故障現象，而主變壓器本體沒有明顯故障，應切除故障母線后再試合閘送電，當檢查發(fā)現主變壓器有明顯的可能故障征兆時，不允許將其合閘送電，應匯報上級等候處理。當零序保護動作時，一般是系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障引起的，事故發(fā)生后應立即匯報調度等候處理。

4.4 變壓器著火事故處理

變壓器著火應首先斷開其電源，迅速使用滅火裝置進行滅火。如果油溢出在變壓器頂蓋上面著火，立即打開下部油門放油至適當油位；若是變壓器內部故障而引起的著火，則不能放油，不然變壓器將有可能發(fā)生嚴重爆炸。由于變壓器故障導致著火事故的后果十分嚴重，值班人員更應當高度警惕，作好各種情況下的事故預案，提高面對緊急狀態(tài)和突發(fā)事故下解決問題的應變技能，努力將事故的影響降低到最小范圍。

4.5 變壓器自行跳閘處理

為了保證變壓器安全運行及操作，變壓器高、中、低壓側都裝設了斷路器，同時還裝有相對應的繼電保護裝置。當變壓器的斷路器自行跳閘后，運行人員應立即清除、準確地向值班調度員進行匯報；不應慌亂、匆忙或未經慎重考慮自行處理。待情況清晰后，要迅速向調度員匯報事故發(fā)生的時間及現象、跳閘斷路器的名稱、編號、繼電保護和自動裝置等變化，并在值班調度員的指揮下沉著冷靜、迅速準確的進行處理［1］。

5 結語

隨著工廠用電量的日益增加，作為整個電網核心的配電變壓器更是確保電網安全運行的關鍵，變壓器發(fā)生故障不止影響系統(tǒng)電網正常運行，也會給生產上造成經濟損失，為了使得電網能夠高效率高穩(wěn)定地運行，運行過程中鞏固變壓器的日常維護管理就非常重要，只要我們平時注意觀察、巡視設備時對變壓器是否正常運行多加注意，就可以及時察覺失常故障現象，然后有針對性地采取措施解決故障預防事故的發(fā)生，為用戶更加安全、可靠的送電。