變壓器的故障模式及影響分析*

邢艷榮

烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙 古烏海 016000

電力變壓器一般由器身、油箱、絕緣油、非電量保護(hù)、測(cè)試裝置、冷卻系統(tǒng)、套管、油枕和分接開關(guān)等主要部分組成，其各部分的故障模式及故障后果主要有以下幾種。

1 繞組故障

因?yàn)殡姶啪€在制造和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，產(chǎn)生了某些質(zhì)量上的不足，假使繞組繞制的實(shí)踐中不能保證科學(xué)的操作工藝、浸烘和套裝不當(dāng)、運(yùn)輸過(guò)程中受損、變壓器工作中繞組受潮、受多種過(guò)電壓和過(guò)電流的影響等，導(dǎo)致繞組絕緣遭到某些程度的磨損和絕緣的老化，引起繞組各式故障的產(chǎn)生，繼而致使變壓器損傷。繞組故障根本上分成電氣故障和機(jī)械故障兩個(gè)大類[1]。

①電氣的故障根本上囊括了繞組部分的三相直流電阻不平衡、繞組局部放電、繞組短路、繞組斷路、繞組燒毀、繞組擊穿和繞組接地等一系列故障。上面的繞組部分故障一般是相互關(guān)聯(lián)的，同時(shí)還相互作用，比方說(shuō)繞組部分受潮影響讓絕緣的電阻減小且會(huì)致使繞組接地、繞組部分短路，繞組部分的短路又會(huì)致使繞組的過(guò)熱讓絕緣壽命變短，繼而形成貫穿導(dǎo)電通道抑或損毀等。②機(jī)械部分的故障根本上是密封裝置的老化、繞組部分受電動(dòng)力或者機(jī)械力量而受損形變、分接開關(guān)移位或發(fā)生形變、絕緣的瓷套管損壞、穿桿的螺栓變松、鐵夾件不牢靠發(fā)生形變等故障。繞組部分的機(jī)械故障最后會(huì)致使電氣的故障產(chǎn)生，比方說(shuō)密封不嚴(yán)和發(fā)生漏油等就會(huì)讓油箱里的油量變少，使得繞組高于油面，讓外界的空氣、濕氣在密封不嚴(yán)實(shí)的位置進(jìn)入到箱體內(nèi)部，繞組和絕緣油遭到潮濕影響，絕緣的電阻減小，繼而導(dǎo)致繞組的局部放電、匝間、相間短路。還由于短路的故障，變壓器發(fā)熱變得嚴(yán)重可能到達(dá)變壓器油的燃點(diǎn)。此外，電氣的故障也讓機(jī)械故障更容易產(chǎn)生，比方說(shuō)繞組短路后出現(xiàn)的短路電流十分巨大，繼而讓繞組出現(xiàn)形變等。

2 鐵芯故障

鐵芯由很多層的硅鋼片組成。鐵芯在兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)接地，當(dāng)鐵芯內(nèi)的磁通發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)有感應(yīng)循環(huán)電流的產(chǎn)生；接地的點(diǎn)越多，循環(huán)電流越多。這些循環(huán)電流導(dǎo)致負(fù)載損耗增加并且溫度上升。循環(huán)電流足夠大，接地片被燒壞，這將導(dǎo)致重大故障。鐵芯多點(diǎn)接地缺陷故障的類型有：油箱頂部運(yùn)輸用定位銷未倒扣取下；鐵軛螺桿卡扣過(guò)長(zhǎng)，和鐵輒墊片發(fā)生碰撞，形成新接地點(diǎn)；內(nèi)部絕緣紙板脫落或損壞；鐵釘、焊條、短鋼絲等金屬異物在油箱內(nèi)部造成短路。在變壓器內(nèi)部油泥過(guò)多，附著在鐵心零件上繼而將其絕緣強(qiáng)度降低，降為到零時(shí)即形成多點(diǎn)接地的現(xiàn)象[2]。

造成多點(diǎn)接地的主要原因是硅鋼片防護(hù)不符合標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)時(shí)間受潮，表面銹蝕較為嚴(yán)重，氧化膜或漆膜發(fā)生脫落，導(dǎo)致多點(diǎn)接地；鐵芯的制造技術(shù)不科學(xué)，比方說(shuō)鉆孔過(guò)多、剪切不均勻等，有細(xì)小金屬顆粒抑或是堅(jiān)硬的非金屬顆粒，疊層壓力不均；變壓器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載導(dǎo)致片間絕緣快速老化，讓鐵芯的某一部分嚴(yán)重過(guò)熱，導(dǎo)致片間的絕緣損壞繼而多點(diǎn)接地。

3 分接開關(guān)故障

有載調(diào)壓變壓器在電力系統(tǒng)當(dāng)中有著很關(guān)鍵的效果。它不單單可以穩(wěn)定系統(tǒng)中樞點(diǎn)的電壓，還是連接電網(wǎng)、調(diào)整潮流分布和優(yōu)化無(wú)功分配的不能缺失的重要設(shè)備。有載分接開關(guān)的故障特有：手動(dòng)操作正常，但就地電氣操作拒動(dòng)；分接開關(guān)不能操控其動(dòng)作方向；遠(yuǎn)方拒動(dòng)，就地電氣操作是正常的；操作時(shí)間延長(zhǎng)；開關(guān)位置和操縱機(jī)構(gòu)指示不一致；調(diào)壓開關(guān)儲(chǔ)油柜油位異常；調(diào)壓開關(guān)或開關(guān)的固定觸點(diǎn)位置彎曲發(fā)生形變，讓變壓器繞組的直流電阻增大、分接開關(guān)拒動(dòng)、產(chǎn)生內(nèi)部放電；調(diào)壓開關(guān)有部分放電灼燒痕跡等。

分接調(diào)壓開關(guān)故障的原因有：交流接觸器由于剩磁抑或油污形成失電延遲，順序開關(guān)的故障抑或交流接觸器配合不合理；沒(méi)有操控電源或者電動(dòng)機(jī)操控回路發(fā)生故障，比方說(shuō)手搖機(jī)構(gòu)中的彈簧片不能回到原來(lái)位置，形成了閉鎖的開關(guān)觸點(diǎn)不能接通；電動(dòng)機(jī)的電容器回路發(fā)生斷線、接觸不穩(wěn)定或者是電容器發(fā)生故障；分接調(diào)壓開關(guān)拒動(dòng)，調(diào)壓開關(guān)和電動(dòng)機(jī)連接處發(fā)生脫離，比方說(shuō)水平或垂直傳動(dòng)的連接銷發(fā)生脫落；儲(chǔ)能的彈簧變形，拉力變?nèi)?，損壞或卡死；油室里發(fā)生局部的放電，形成氣體持續(xù)積累；運(yùn)行中長(zhǎng)時(shí)間不作業(yè)或長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)，靜觸頭的接觸面上附著的油污致使觸電接觸不穩(wěn)定；緊固件抑或是電極有小曲率半徑處的放電、緊固件的不牢靠抑或是懸浮的電位發(fā)生放電。

4 套管故障

變壓器通過(guò)套管將繞組引出線與外系統(tǒng)相連，完成不同電壓等級(jí)之間的能量傳遞。繞組的電壓決定了套管的絕緣結(jié)構(gòu)，而繞組的電流決定了導(dǎo)電部分的截面和接頭結(jié)構(gòu)。普通套管由純瓷型、充油型和電容式三種類型。套管故障可以分為以下三類[3]：

①內(nèi)部放電。造成內(nèi)部放電的原因有內(nèi)部絕緣浸漬不良；絕緣整體或部分受潮；套管末屏接觸不良或斷線，套管的末屏是采用一個(gè)在電容芯子最外屏層面的細(xì)軟線經(jīng)過(guò)當(dāng)中法蘭上的小套管穿出的，工作的時(shí)候小套管一定要接地，更改小套管的接線時(shí)，會(huì)讓末屏部分的細(xì)軟線出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，形成末屏的斷線，繼而讓電容芯子發(fā)生開路且產(chǎn)生內(nèi)部放電；穿線電纜碰撞內(nèi)部銅桿造成放電。②外絕緣閃絡(luò)。引起外絕緣閃絡(luò)的原因有：各種動(dòng)物接觸外部各帶電部分；絕緣結(jié)構(gòu)不合理；異常過(guò)電壓，如保護(hù)變壓器的避雷器失效，大電流雷擊，雷擊變壓器附近點(diǎn)造成感應(yīng)雷過(guò)電壓；外絕緣表面潮濕或臟污造成濕閃、污閃。③過(guò)熱故障。引起過(guò)熱故障的原因有：穿線電纜碰撞內(nèi)部銅桿；絕緣逐漸劣化，套管密封不良或?qū)④娒泵芊獠粐?yán)，導(dǎo)致絕緣進(jìn)水或受潮，以及絕緣長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行形成電老化、熱老化等；內(nèi)部電氣連接處接觸電阻增大，主要原因是連接松動(dòng)或接觸面金屬氧化；設(shè)備過(guò)載運(yùn)行。

5 絕緣故障

油浸式變壓器內(nèi)絕緣為變壓器油以及絕緣的紙板或木塊等，絕緣材料會(huì)遭到電、熱、磁等的作用產(chǎn)生分解或者老化，降低了絕緣的強(qiáng)度，致使絕緣故障發(fā)生。變壓器油在使用過(guò)程中混入雜質(zhì)和水分，絕緣強(qiáng)度降低、介損增大，加速了老化過(guò)程。固體絕緣材料擁有優(yōu)質(zhì)的電氣絕緣能力以及機(jī)械特性，可是它的絕緣沒(méi)有自恢復(fù)性能，只要有電氣灼傷和老化都不可逆轉(zhuǎn)，老化以后的合聚度與抗張的強(qiáng)度都會(huì)受到不同程度的影響，同時(shí)產(chǎn)生成水、一氧化碳、二氧化碳以及糠醛，繼而讓絕緣的擊穿電壓降低、絕緣電阻減小、介損增大。損耗增大會(huì)加速變壓器油劣化。

6 油箱故障

油箱就是一個(gè)裝變壓器油的容器，油箱還起到散熱和冷卻的效果。油箱必須密封良好，焊接技術(shù)水平和工藝良好。變壓器油箱的常見(jiàn)缺陷是滲漏油。包括密封部位滲漏和焊接部位滲漏，都是由于材料和工藝的原因造成。在靠近大電流引線和繞組的油箱部位，泄漏磁場(chǎng)作用會(huì)使油箱局部過(guò)熱。此外當(dāng)上下節(jié)油箱接觸不好時(shí)漏磁通產(chǎn)生的電位差，會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

7 冷卻裝置故障

變壓器的冷卻裝置有散熱器和冷卻器兩種。散熱器的常見(jiàn)故障是散熱器的油滲透，帶有風(fēng)扇還有風(fēng)扇的控制回路及本體缺陷。冷卻器的常見(jiàn)故障有：裝置的本體和電氣控制回路故障；密封不嚴(yán)導(dǎo)致的內(nèi)絕緣受潮和空氣混入使變壓器輕瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作；假如冷卻器械上附著許多污垢，則冷卻器容易過(guò)熱損壞。

8 非電量裝置的故障

非電量保護(hù)的裝置包括油位指示計(jì)、溫度計(jì)、氣體繼電器、壓力釋放閥等。故障類型包括二次絕緣電阻低；壓力釋放閥泄漏或故障；氣體繼電器故障；溫度計(jì)指示不準(zhǔn)；安全氣道焊縫漏油；防爆式的玻璃密封不良或破碎等。

9 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)電力變壓器的系統(tǒng)組成及其故障進(jìn)行了詳細(xì)的分析，明確了其各組成部分所有可能的故障模式及故障后果，為進(jìn)一步定性和定量分析各種故障對(duì)變壓器整體的影響提供理論依據(jù)。