干式變壓器常見(jiàn)故障分析及處理方法

于健洋 銀川河?xùn)|國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限責(zé)任公司

干式變壓器屬于變流變壓器，由鐵芯和線圈組成，鐵芯材料以硅鋼片為主，線圈材料以環(huán)氧樹脂為主，由環(huán)氧樹脂澆筑而成，環(huán)氧樹脂具有絕緣性和不可燃性，因此變壓器在使用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)漏液、助燃等問(wèn)題，相比其他變壓器維護(hù)工作量較小。在電廠運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)定期維護(hù)干式變壓器，檢查其工作狀態(tài)，防止因變壓器長(zhǎng)時(shí)間做功和內(nèi)部零件損壞而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

一、干式變壓器結(jié)構(gòu)及絕緣分析

本文以采用F 級(jí)絕緣的干式變壓器為例，其絕緣耐溫為155℃。繞組冷卻方式為空氣自然冷卻，采用輻射式散熱。變壓器主要由本體、保護(hù)裝置、風(fēng)扇、高、低壓引線等構(gòu)成。變壓器的本結(jié)構(gòu)為柱形，具有較大的散熱面積，最大程度地保證了散熱效果。其中，變壓器的本體內(nèi)部主要由三相的低壓與高壓繞組以及鐵芯組成。目前，電力系統(tǒng)大用戶用干式變壓器的鐵芯和繞組均為外露式結(jié)構(gòu)，相較于常見(jiàn)的配網(wǎng)變壓器，最大區(qū)別在于絕緣方式（不采用液體絕緣）。干式變壓器使用壽命所受到的影響因子主要包含絕緣結(jié)構(gòu)、電磁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)緊固件的壽命。能夠?qū)Ω墒阶儔浩魇褂媚晗奁鸬經(jīng)Q定性作用的是其基本絕緣結(jié)構(gòu)，而因變壓器內(nèi)部絕緣問(wèn)題導(dǎo)致的事故大約占全部事故的90%，常見(jiàn)的干式變壓器主要分為兩種絕緣手段：樹脂澆注型絕緣與浸漬式非包封絕緣。目前，國(guó)內(nèi)外的干式變壓器使用率最高的是杜邦公司于20 世紀(jì)所開(kāi)發(fā)的Nomex 絕緣材料作為匝間絕緣設(shè)備的干式變壓器。其中導(dǎo)體間的絕緣采用的是NomexT400 型的H 級(jí)，其能夠承受的最大溫度為250℃，利用Nomex 材料作為絕緣材料的浸漬式非包封型干式變壓器是目前大型工業(yè)用戶所使用較為廣泛的變壓器，電力系統(tǒng)大用戶用干式變壓器的鐵芯和繞組均為外露式結(jié)構(gòu)，相較于常見(jiàn)的配網(wǎng)變壓器，最大區(qū)別在于絕緣方式（不采用液體絕緣）。干式變壓器使用壽命所受到的影響因子主要包含絕緣結(jié)構(gòu)、電磁結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)緊固件的壽命。而研究這種變壓器的使用年限則主要從其模擬特性進(jìn)行研究，本文對(duì)干式變壓器絕緣材料進(jìn)行分析。顯然，不同電壓等級(jí)的干式變壓器對(duì)應(yīng)著不同的匝間絕緣厚度。由于干式變壓器低壓繞組間存在支撐用撐條，因此，干式變壓器能夠具備較好的散熱性，但是，與此同時(shí)也帶來(lái)了易受潮的缺陷。由于高壓繞組匝間不存在聯(lián)通氣道，處于密閉狀態(tài)，因此系統(tǒng)內(nèi)熱量只能以逐層散熱的方式利用空氣散熱。而這種散熱方式如果遇到特殊環(huán)境，例如，干式變壓器位于礦井內(nèi)或其他外界條件較為惡劣的環(huán)境，由于整個(gè)變壓器所處較為潮濕環(huán)境，這種散熱與水分的共同作用下，會(huì)進(jìn)一步加大干式變壓器的絕緣老化過(guò)程。在正常運(yùn)行過(guò)程中除銅耗、鐵耗產(chǎn)熱之外，繞組中的絕緣劣化導(dǎo)致電場(chǎng)分布不均，進(jìn)而引發(fā)局部放電等問(wèn)題。

二、干式變壓器常見(jiàn)故障分析及處理方法

（一）干式變壓器絕緣電阻降低

1）故障原因。對(duì)于澆注型干式變壓器來(lái)說(shuō)，其繞組基本上都采用的樹脂澆注模式形成，將導(dǎo)體材料密封于其中，所以導(dǎo)致干式變壓器絕緣性能降低的常見(jiàn)原因是繞組表面存在有水汽、灰塵、絕緣材料受潮導(dǎo)致，詳細(xì)來(lái)說(shuō)，可以歸納為以下幾種：（1）高低壓繞組均是由環(huán)氧樹脂澆注形成，若發(fā)生絕緣電阻下降的情況，通常是繞組表面水蒸氣、灰塵雜物聚集導(dǎo)致的；（2）在干式變壓器的低壓導(dǎo)線部分，通常不會(huì)進(jìn)行澆注，穩(wěn)固低壓繞組使用的環(huán)氧板也容易因?yàn)槭艹睂?dǎo)致其絕緣電阻降低，在進(jìn)行就位變壓器安裝的過(guò)程中，低壓繞組內(nèi)部與鐵芯柱之間落入雜物也容易導(dǎo)致干式變壓器整體絕緣能力受到影響，在使用兆歐表對(duì)鐵芯對(duì)地絕緣進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，也經(jīng)常出現(xiàn)絕緣下降的情況，一般需要考量是否存在多點(diǎn)接地現(xiàn)象或者鐵芯表層漆的絕緣性能是否完好。2）處理方式。需要對(duì)繞組表面進(jìn)行清潔，對(duì)于表面水蒸氣，可以使用干布進(jìn)行反復(fù)擦拭，之后進(jìn)行自然風(fēng)干。還可以使用白熾燈、加熱器、通風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行處理。

（二）鐵芯過(guò)熱

1）原因分析干式變壓器鐵芯過(guò)熱通常由以下幾種原因引起：（1）變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行摩擦生熱導(dǎo)致鐵芯過(guò)熱。（2）硅鋼片質(zhì)量問(wèn)題也是導(dǎo)致鐵芯過(guò)熱的原因之一，劣質(zhì)的硅鋼片會(huì)使變壓器在工作狀態(tài)時(shí)做功增大，過(guò)度摩擦導(dǎo)致鐵芯過(guò)熱。（3）散熱器出現(xiàn)故障，變壓器做功時(shí)無(wú)法正常散熱導(dǎo)致鐵芯過(guò)熱。（4）變壓器在設(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)設(shè)置額定電壓，若在實(shí)際運(yùn)行中電壓過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致鐵芯過(guò)熱。2）處理措施綜上所述，導(dǎo)致干式變壓器鐵芯過(guò)熱的原因?yàn)樽儔浩鲗?shí)際運(yùn)行電壓超過(guò)額定電壓。針對(duì)該問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)啟動(dòng)備品備件采購(gòu)計(jì)劃，及時(shí)采購(gòu)需要的備件，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中的最高電壓情況，對(duì)干式變壓器額定電壓重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，并試運(yùn)行一段時(shí)間，采用紅外線持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，觀察鐵芯溫度是否處于正常水平。

（三）多點(diǎn)接地

1）故障原因整體來(lái)說(shuō)，造成干式變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因大致可以劃分成內(nèi)部因素與外部因素兩個(gè)方面。（1）外部因素，一般是指外界因素導(dǎo)致的干式變壓器鐵芯多點(diǎn)接地。常見(jiàn)有地理環(huán)境因素、人為錯(cuò)誤操作因素導(dǎo)致干式變壓器鐵芯發(fā)生接地故障。現(xiàn)場(chǎng)施工安裝過(guò)程中，因?yàn)槭┕と藛T的麻痹大意，造成金屬物在施工現(xiàn)場(chǎng)遺落，螺母、鐵屑等金屬物質(zhì)使得鐵芯發(fā)生多點(diǎn)接地現(xiàn)象。鐵芯絕緣鐵軛，鐵芯穿心絕緣筒等絕緣材質(zhì)，因?yàn)橹車h(huán)境造成的凝露或受潮的問(wèn)題，導(dǎo)致絕緣能力受到較大影響，發(fā)生低電阻性絕緣接地。變壓器在日常運(yùn)行過(guò)程中鐵芯出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象導(dǎo)致附近空間存在有弱磁性，吸引了大量周圍的金屬粉末與粉塵，若長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有對(duì)其開(kāi)展維護(hù)清掃，也可能導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地的現(xiàn)象。因?yàn)獒槍?duì)干式變壓器的運(yùn)行維護(hù)工作不當(dāng)，導(dǎo)致干式變壓器長(zhǎng)期處在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。（2）內(nèi)在因素，一般是指變壓器內(nèi)部絕緣材料缺陷、設(shè)計(jì)缺陷以及安裝技術(shù)不合理等原因?qū)е伦儔浩麒F芯產(chǎn)生多點(diǎn)接地故障。在制造變壓器或者對(duì)鐵芯進(jìn)行大修（更換）時(shí)，使用的硅鋼片質(zhì)量存在問(wèn)題，若硅鋼片表面較為粗糙、存在有比較嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象、絕緣漆出現(xiàn)老化脫落等，可能發(fā)生短路現(xiàn)象，發(fā)生多點(diǎn)接地。硅鋼片加工技術(shù)不科學(xué)，如毛刺超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，剪切時(shí)沒(méi)有對(duì)硅鋼片進(jìn)行正確放置，疊片之間存在有細(xì)小的金屬顆粒或者硬質(zhì)非金屬異物，把其壓出坑部，同時(shí)另外一邊產(chǎn)生了出現(xiàn)凸點(diǎn)，完成后造成相關(guān)配件絕緣能力受損，使得片間短路，硅鋼片疊片疊張時(shí)壓強(qiáng)過(guò)高，導(dǎo)致片間絕緣損壞。因?yàn)樽儔浩麒F芯多點(diǎn)接地內(nèi)在原因?qū)儆谑请[性問(wèn)題，出廠或者現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)不容易發(fā)現(xiàn)，因此需要對(duì)故障內(nèi)在原因進(jìn)行理性判定和處理。2）多點(diǎn)接地處理措施：（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變壓器狀況處理外部因素影響的多點(diǎn)接地故障干式變壓器因長(zhǎng)期停用或密封不好，會(huì)積塵、受潮等，西北地區(qū)風(fēng)沙大，室外變壓器表面灰塵較多，因此，可先對(duì)表面進(jìn)行清潔。如潮濕環(huán)境應(yīng)采用太陽(yáng)燈對(duì)鐵軛進(jìn)行烘烤，或是采用空載法進(jìn)行自加熱。（2）采用逐級(jí)排查方法處理內(nèi)在因素造成的鐵心接地故障逐級(jí)排查法是電力系統(tǒng)中通用的檢查故障的方法，在電力系統(tǒng)中也能得到有效應(yīng)用，使用直流、交流法對(duì)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障點(diǎn)進(jìn)行查找，從上鐵軛開(kāi)始進(jìn)行逐級(jí)排查，從檢測(cè)穿心螺桿到檢測(cè)鐵心對(duì)地絕緣電阻，若期間未檢測(cè)出異?，F(xiàn)象，則說(shuō)明故障問(wèn)題不在穿心螺桿和鐵心對(duì)地絕緣電阻處。接著再檢查下鐵軛，下鐵軛檢查難度較大，干式變壓器下鐵軛承托有線圈，拆除起來(lái)難度較大，可以采用交流電弧法等方式進(jìn)行檢修。綜上所述，在處理干式變壓器故障問(wèn)題時(shí)，一定要先切斷電源，再進(jìn)行故障處理，保證施工人員的人身安全。

三、干式變壓器運(yùn)行維護(hù)建議

嚴(yán)格按照變壓器安裝規(guī)范操作，將變壓器安裝在合適的位置，并根據(jù)廠家技術(shù)要求進(jìn)行安裝維護(hù)，如廠家對(duì)特殊部件有相關(guān)維護(hù)要求，應(yīng)貼上相應(yīng)標(biāo)志，注明情況。某些大型活動(dòng)場(chǎng)所對(duì)電力系統(tǒng)要求較高，為避免電力系統(tǒng)故障，安排電力系統(tǒng)維護(hù)人員定期檢修變壓器顯得十分重要。應(yīng)根據(jù)大型活動(dòng)場(chǎng)所中不同的環(huán)境狀況，制訂維護(hù)時(shí)間規(guī)劃，對(duì)于人流量較少、整體環(huán)境較為清潔的場(chǎng)地，可以每年檢查一次變壓器；對(duì)于人流量較大、環(huán)境污濁的場(chǎng)地，建議三到六個(gè)月檢查一次變壓器。固件檢查十分必要，至少每年檢查一次，檢查內(nèi)容包括：（1）檢查干式變壓器所有零部件，并定期緊固，若螺紋出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)更換；（2）考慮到金屬部件易銹蝕問(wèn)題，應(yīng)定期對(duì)干式變壓器金屬部件進(jìn)行檢查，及時(shí)更換銹蝕部件；（3）檢查絕緣體，查看絕緣體表面絕緣材料有無(wú)脫落現(xiàn)象，并及時(shí)更換老化絕緣部件，保證用電安全，防止發(fā)生觸電事故。

四、結(jié)語(yǔ)

整體來(lái)講，同其他類型變壓器相比，干式變壓器在使用的過(guò)程中具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，因此在國(guó)內(nèi)配電工程中，一直占據(jù)有較高的比例，但與此同時(shí)，針對(duì)干式變壓器的使用和維護(hù)，也應(yīng)當(dāng)是一項(xiàng)系統(tǒng)且長(zhǎng)期性的工作，相關(guān)從業(yè)人員必須要深刻了解干式變壓器的工作原理以及結(jié)構(gòu)特征，認(rèn)識(shí)當(dāng)前較為常見(jiàn)的干式變壓器運(yùn)行故障，掌握相關(guān)的故障排除技術(shù)，只有這樣，才能讓干式變壓器在我國(guó)使用的過(guò)程中發(fā)揮自身最大的價(jià)值，并且還能夠有效提升干式變壓器的使用壽命，為我國(guó)電力企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。