10kV配電變壓器故障分析與診斷技術(shù)研究

黃偉宏

摘要：10kV配電變壓器是電力系統(tǒng)和工業(yè)用戶使用最廣泛的電氣設(shè)備，在電力輸送、分配和使用過程中發(fā)揮著重要的作用。其故障發(fā)生后，如果不及時(shí)排除故障，恢復(fù)配電變壓器的正常運(yùn)行，對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性造成嚴(yán)重影響。為了提高配電變壓器故障處理技術(shù)，需要對(duì)變壓器發(fā)生故障的原因進(jìn)行認(rèn)真分析，并不斷提高故障診斷技術(shù)，才能更好的保障配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變壓器;故障;分析;診斷;配電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.10.082

在我國(guó)電力配電網(wǎng)中，配電變壓器作為直接面向用電終端客戶供電的電力設(shè)備，也是電力公司電力供應(yīng)的主要設(shè)備，其中10kV配電變壓器擁有數(shù)量最多，關(guān)系配電網(wǎng)是否可靠運(yùn)行。10kV配電變壓器應(yīng)用于國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，遍布城鄉(xiāng)各個(gè)角落。但10kV配電變壓器運(yùn)行條件差別較大，保護(hù)措施較少，故障發(fā)生的幾率高于其他供電設(shè)備。因此，需要重視10kV配電變壓器故障分析和診斷技術(shù)方面的研究，通過不斷提高設(shè)備運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，才能及時(shí)準(zhǔn)確排除10kV配電變壓器故障，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

1變壓器的用途

電力變壓器（簡(jiǎn)稱變壓器）是用于改變交流電壓大小的電氣設(shè)備。其根據(jù)電磁感應(yīng)原理，能夠?qū)崿F(xiàn)將某一級(jí)別的交流電壓變換到另一級(jí)交流電壓，以滿足不同場(chǎng)所的用電需求，所以，變壓器在電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。另一方面，由于受發(fā)電機(jī)的絕緣水平，發(fā)電機(jī)工作的輸出電壓通常為6.3KV，10.5KV或者20KV。這樣的低電壓很難滿足電能長(zhǎng)距離傳輸?shù)囊?。因?yàn)閷?duì)功率一定的電能進(jìn)行傳輸時(shí)，電壓越低，電流越大，過高的電流會(huì)導(dǎo)致輸送電能產(chǎn)生巨大的傳輸消耗。因此，只有通過升壓變壓器將發(fā)電機(jī)的端電壓提高到數(shù)萬(wàn)伏到數(shù)十萬(wàn)伏，以降低電力輸送中電流，減少傳輸線上的能量損失，實(shí)現(xiàn)在不增加傳輸導(dǎo)線的橫截面情況完成電能的長(zhǎng)距離傳輸，最大限度降低電能傳輸消耗。

2配電變壓器發(fā)生故障原因分析

配電變壓器因多種原因會(huì)導(dǎo)致其無(wú)法安全運(yùn)行，通過對(duì)工作總結(jié)也可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因有以下幾點(diǎn)。

2.1絕緣性能降低

通過對(duì)過去的10年中在造成故障的起因分析，絕緣性能下降是導(dǎo)致配電變壓器故障的重要主因之一。由于變壓器絕緣老化，絕緣性能降低，極易因外部原因?qū)е鹿收系漠a(chǎn)生與擴(kuò)大。通常情況下，變壓器的正常運(yùn)行時(shí)間應(yīng)為30-40年，有資料顯示，因絕緣性能降低，導(dǎo)致變壓器平均的使用壽命為17年左右，如果變壓器使用時(shí)間超過20年，其因絕緣性能降低導(dǎo)致故障發(fā)生明顯增加，無(wú)法保證供電網(wǎng)供電的可靠性與安全性。

2.2配電線路涌流

線路涌流也常稱為線路干擾，產(chǎn)生的主要原因是誤操作、有載調(diào)壓分接頭拉弧、變壓器解并列等因素導(dǎo)致的閃絡(luò)、線路故障、操作過電壓、電壓峰值、其他輸配方面影響等配電網(wǎng)異常狀況產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生故障。通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析也可以看出，在變壓器故障中，這類起因在變壓器故障中占有很大一部分的比例，因此，必須加以重視。

2.3潮濕

潮濕導(dǎo)致的變壓器故障主要是由于變壓器安裝和使用環(huán)境出現(xiàn)改變，如頂蓋滲漏、積水浸入、管道滲漏、水分沿配件或套管進(jìn)入油箱或者絕緣油中存在水分等。

2.4雷電波沖擊

變壓器遭受雷電波，常見于雷電多發(fā)季節(jié)或區(qū)域，現(xiàn)在通常情況下，除非產(chǎn)生十分明顯的雷擊現(xiàn)象，一般都是會(huì)此類沖擊產(chǎn)生的故障按“線路涌流”進(jìn)行處理。

2.5維護(hù)、保養(yǎng)工作不到位

維護(hù)、保養(yǎng)工作不到位，也易導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生故障，這方面產(chǎn)生原因主要有變壓器初始安裝存在缺陷、變壓器保護(hù)裝置缺失、冷卻劑泄漏、腐蝕、污垢未及時(shí)清查等。

2.6過載

如果變壓器長(zhǎng)期工作于超過其設(shè)計(jì)功率的狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，而過負(fù)荷又會(huì)導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)溫度升高，超出其設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度，過高的溫度對(duì)變壓器的絕緣產(chǎn)生破壞，進(jìn)而降低其絕緣性能，導(dǎo)致變壓器發(fā)故障。

2.7連接不牢固

連接不牢固可能產(chǎn)生于變壓器生產(chǎn)工藝和安裝的某一個(gè)環(huán)節(jié)，也可能因維護(hù)不到位所導(dǎo)致，也有的是因?yàn)樽儔浩鞑煌再|(zhì)金屬之間的不當(dāng)配合，有的是螺栓連接間的緊固不恰當(dāng)。而隨著電力設(shè)備生產(chǎn)工藝和安裝工藝不斷提升，此類現(xiàn)象在近些年有了很大改善，但仍需要給予充分的重視，尤其是重視設(shè)生產(chǎn)質(zhì)量的檢驗(yàn)、安裝驗(yàn)收、設(shè)備維護(hù)等諸多環(huán)節(jié)。

310kV配電變壓器的常見故障類型

3.1引線部位故障

10kV配電變壓器故障發(fā)生的部位來(lái)分析，引線部位故障在10kV配電變壓器故障中占有最大比重。這方面故障主要是由于引線之間焊接不牢、軟銅片焊接不良、引線與接線銅柱下部連接不緊等導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)局部過熱或者開焊等現(xiàn)象。引線部位常常導(dǎo)致變壓器不能正常運(yùn)行，也極易因?yàn)槿嚯妷翰黄胶鈱?dǎo)致相關(guān)配電、用電設(shè)備燒毀，對(duì)配電安全運(yùn)行產(chǎn)生惡劣影響。

3.2線圈故障

這類故障，常常是因?yàn)樵O(shè)備制造工藝存在缺陷，有的是檢修工作不到位，有的則是因?yàn)橛唾|(zhì)劣化、變壓器進(jìn)水受潮、絕緣性能下降等原因?qū)е隆＞€圈故障一旦出現(xiàn)，往往伴隨出現(xiàn)油味焦臭、油枕噴油等現(xiàn)象。線圈故障一般發(fā)生在高壓側(cè)，有匝間短路、層間短路、線圈對(duì)地放電等故障現(xiàn)象。

3.3鐵芯故障

配電網(wǎng)中正常運(yùn)行中的變壓器在維護(hù)過程中不易發(fā)現(xiàn)鐵芯故障，但鐵芯故障如果不能及時(shí)排除，易導(dǎo)致油質(zhì)劣化，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器無(wú)法正常工作，鐵芯故障多因鐵軛穿芯螺桿的絕緣損壞而致。

3.4分接開關(guān)故障

分接開關(guān)故障伴隨觸頭部位過熱甚至產(chǎn)生電弧，

進(jìn)而導(dǎo)致絕緣油出現(xiàn)強(qiáng)烈焦糊氣味。其故障主要分為觸頭燒壞、觸頭對(duì)地放電、接觸不良、觸頭間短路等。其產(chǎn)生原因主要由于觸頭結(jié)垢、受潮或操作不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致，有的則是分接開關(guān)本身制造質(zhì)量存在問題。

410kV配電變壓器的常見故障診斷

通過對(duì)10kV配電變壓器常見故障類型產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)電工知識(shí)，可以很準(zhǔn)確的診斷變壓器故障。

4.1引線部位故障診斷

10kV配電變壓器發(fā)生故障后，通過對(duì)變壓器三相間直流電阻測(cè)量，如果發(fā)現(xiàn)三相直流電阻不平衡值超過4%或者三相中某一相電阻值無(wú)限大，基本可以確定是引線部分故障。

4.2線圈故障診斷

10kV配電變壓器發(fā)生故障后，通過對(duì)變壓器直流電阻和絕緣電阻分別進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)量結(jié)果顯示直流電阻變大且不穩(wěn)定，同時(shí)絕緣電阻為零時(shí)，可以確定為線圈故障。

4.3鐵芯故障

在10kV配電變壓器的鐵芯故障中，最常見的是鐵芯多點(diǎn)接地，其故障發(fā)生后，導(dǎo)致變壓器鐵芯局部短路過熱，有的甚至導(dǎo)致鐵芯局部燒損，從而釀成變壓器更換鐵芯硅鋼片的重大事故發(fā)生。再者，因?yàn)殍F芯的正常接地線也易產(chǎn)生環(huán)流，進(jìn)而導(dǎo)致10kV變壓器局部過熱，產(chǎn)生放電性故障。鐵芯多點(diǎn)接地故障的診斷相對(duì)比較復(fù)雜，需要維護(hù)人員通過以下技術(shù)進(jìn)行診斷判別：第一，對(duì)鐵芯絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，如果測(cè)量的電阻值接近0或者等于0時(shí)，基本確定是鐵芯接地導(dǎo)致的故障。第二，對(duì)變壓器接地線中環(huán)流進(jìn)行監(jiān)視，主要是針對(duì)鐵芯或夾件通過小套管所導(dǎo)致的變壓器接地，通過對(duì)變壓器接地線有無(wú)環(huán)流進(jìn)行測(cè)量、觀察，如果發(fā)現(xiàn)存在環(huán)流，則需要進(jìn)一步停運(yùn)變壓器，對(duì)鐵芯的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量來(lái)加以判別。第三，通過氣相色譜進(jìn)行分析診斷。此種診斷技術(shù)主要是利用對(duì)油中含氣量的分析，作為變壓器鐵芯接地故障的診斷依據(jù)。發(fā)變壓器發(fā)生鐵芯接地故障時(shí)，依據(jù)“變壓器油中溶解氣體和判斷導(dǎo)則”（GB7252 87）規(guī)定，油色譜分析數(shù)據(jù)有以下特征：總烴含量超過150μL/L的注意數(shù)值，同時(shí)，甲烷（C2H2）和乙烯（C2H4）均未達(dá)到規(guī)定 5μL/L注意值，含量極低或者不出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)乙炔超出注意值，依據(jù)相關(guān)技術(shù)分析，變壓器鐵芯接地故障很可能是動(dòng)態(tài)接地。為了更準(zhǔn)確診斷和判定鐵芯是否為多點(diǎn)接地，則需要將氣相色譜分析法與前面兩種方法相結(jié)合，才更具有科學(xué)性，也更準(zhǔn)確。

4.4分接開關(guān)故障診斷

10kV配電變壓器發(fā)生故障時(shí)，為了更準(zhǔn)確判定是否為分接開關(guān)故障，對(duì)分接開關(guān)的分接頭直流電阻進(jìn)行測(cè)量，分接頭直流電阻出現(xiàn)不平衡，可判定為個(gè)別觸頭燒壞。若分接頭直流電阻為無(wú)限大，可判定為分接頭全部燒壞。

5結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)變壓器故障產(chǎn)生的原因分析，可以幫助我們更好的處理和排除故障，同時(shí)為了保證變壓器的安全運(yùn)行，對(duì)常見故障發(fā)生的部位進(jìn)行分類分析，有助于依據(jù)不同的故障類型，采取相應(yīng)診斷與處理措施，才能不斷提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，進(jìn)而滿足社會(huì)生產(chǎn)和生活用電需求。

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