電力變壓器運(yùn)行維護(hù)及故障處理的分析

梁 戟，鄧長安，湯鐵軍，胡開慶，朱 皓

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司六盤水供電局，貴州 六盤水 553000）

0 引 言

在電力系統(tǒng)中，電力變壓器承擔(dān)著電壓變換和電能傳輸?shù)闹匾蝿?wù)[1]。在實(shí)際運(yùn)行過程中，電力變壓器不可避免地面臨各種故障風(fēng)險(xiǎn)，如造成絕緣老化、短路、過載等情況。一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)影響變壓器的正常運(yùn)行，還會(huì)造成電力系統(tǒng)的安全系數(shù)下降。

1 電力變壓器基本原理

1.1 電力變壓器結(jié)構(gòu)

電力變壓器選用干式變壓器，主要由鐵芯、繞組和其他附件組成。鐵芯是干式變壓器中主要的磁路部分，通常由含硅量較高的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝或繞制而成，分為鐵心柱和橫片2 部分，其中鐵心柱套有繞組，橫片用于閉合磁路。繞組是干式變壓器的電路部分，由絕緣銅線或鋁線繞制而成，通常作為電流的載體，能夠產(chǎn)生磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢[2]。干式變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)大致分為心式和殼式2 種類型。心式鐵芯的特點(diǎn)是鐵軛緊貼繞組的上下兩側(cè)，并不涵蓋繞組的邊緣地帶；殼式鐵芯是將鐵軛覆蓋至繞組的整塊表面，側(cè)面亦包括在內(nèi)。這2 類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮干式變壓器優(yōu)異的冷卻效能和高度的安全性。干式電力變壓器如圖1 所示。

圖1 干式電力變壓器

1.2 電力變壓器工作原理

當(dāng)交流電壓施加在一個(gè)繞組（稱為初級(jí)繞組）上時(shí)，會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生一個(gè)交變的磁通。這個(gè)磁通會(huì)同時(shí)穿過初級(jí)繞組和另一個(gè)繞組（稱為次級(jí)繞組），從而在次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。電力變壓器工作原理如圖2 所示。

圖2 電力變壓器工作原理

初級(jí)和次級(jí)繞組的匝數(shù)不同，因此感應(yīng)出的電壓也不同，借此實(shí)現(xiàn)電壓的變換。雖然變壓器改變電壓，不直接傳輸電流，但是當(dāng)次級(jí)繞組連接到負(fù)載時(shí)，會(huì)在該繞組中產(chǎn)生電流。該電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與初級(jí)繞組中電流產(chǎn)生磁通相反的磁通，從而維持鐵芯中的總磁通不變。

1.3 電力變壓器參數(shù)分析

本干式變壓器具備50 Hz/60 Hz 雙頻工作能力，在額定電壓下，次級(jí)空載時(shí)初級(jí)線圈中的電壓值不變。若變壓器絕緣材料在2 000 V 的電壓下持續(xù)1 min 內(nèi)不會(huì)被擊穿，則證明絕緣性能良好。絕緣材料具有較高的耐熱性能，能在較高的溫度下長期工作，增強(qiáng)變壓器的過載能力。較高的絕緣電阻意味著較好的絕緣性能，可以防止漏電和短路等故障。

2 電力變壓器運(yùn)行維護(hù)

2.1 電力變壓器運(yùn)行監(jiān)測

干式變壓器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致各部分溫度升高，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器的油溫、繞組溫度等關(guān)鍵參數(shù)[3]。干式變壓器的上層油溫不應(yīng)超過85 ℃，最高油溫不得超過95 ℃。對(duì)于強(qiáng)制油循環(huán)冷卻的變壓器，最高油溫還應(yīng)更低。通過溫度監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的過熱問題，防止絕緣老化、油質(zhì)劣化等故障發(fā)生。變壓器運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 變壓器運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)

由表1的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，變壓器的運(yùn)行狀態(tài)良好，但最高油溫已接近上限，建議加強(qiáng)溫度監(jiān)測，并檢查冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 電力變壓器保養(yǎng)維護(hù)

電力變壓器保養(yǎng)維護(hù)主要包括4 點(diǎn)。一是每天檢查電力變壓器外觀，從變壓器本體開始，仔細(xì)觀察變壓器的外殼和連接件是否有任何明顯的損壞或松動(dòng)，檢查變壓器是否有滲漏、變形、銹蝕。變壓器運(yùn)行時(shí)，其繞組和鐵芯產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)變成熱量，一部分被變壓器各部件吸收使之溫度升高，另一部分則散發(fā)到周圍介質(zhì)中。當(dāng)散發(fā)的熱量與產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，變壓器各部件的溫度達(dá)到穩(wěn)定，不再升高。二是定期清掃變壓器，清除表面的灰塵、污垢等雜物[4]。三是定期檢查變壓器的油位是否正常，如果油位過低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充變壓器油。四是定期化驗(yàn)變壓器油，檢查其絕緣性能是否良好。五是定期檢查變壓器的緊固件，確保其緊固可靠，如果發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)緊固。變壓器日常維護(hù)和檢查記錄如表2 所示。

表2 變壓器日常維護(hù)和檢查記錄表

由表2 可知，變壓器的整體運(yùn)行狀態(tài)良好，但在外觀檢查中發(fā)現(xiàn)輕微銹蝕問題，需要及時(shí)進(jìn)行除銹處理。建議繼續(xù)加強(qiáng)日常維護(hù)和定期檢查工作。干式變壓器的鐵芯暴露在空氣中，極易銹蝕。如果發(fā)生大面積鐵芯銹蝕，就會(huì)增加變壓器的損耗、導(dǎo)致效率下降。因此，變壓器需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取預(yù)防措施。針對(duì)已發(fā)現(xiàn)的銹蝕問題，應(yīng)該采取專業(yè)的除銹措施，徹底清除銹蝕部分并確保表面的光潔度。選擇機(jī)械除銹處理銹蝕，除銹后，要對(duì)變壓器進(jìn)行涂層保護(hù)。

2.3 電力變壓器故障處理

電力變壓器短路故障處理時(shí)，要立即切斷電源，防止故障單位擴(kuò)大，確保人身安全。隨后，修復(fù)或更換短路的繞組，檢查其他繞組是否受損，若有受損也要及時(shí)修復(fù)。漏油故障同樣需要立即停止變壓器運(yùn)行，切斷電源[5]。清理漏油后，要及時(shí)補(bǔ)充新的絕緣油，并檢查絕緣系統(tǒng)是否受損。同時(shí)，要檢查變壓器的密封情況，若有松動(dòng)或老化，要及時(shí)更換密封件，以防再次發(fā)生漏油。過熱故障處理時(shí)，檢查變壓器的冷卻系統(tǒng)，確保其正常工作。如果負(fù)載過大導(dǎo)致過熱，要降低負(fù)載，確保變壓器在額定容量內(nèi)運(yùn)行。同時(shí)，找出導(dǎo)致過熱的具體原因。當(dāng)存在輸電線路過長、充電電流過大等問題，需要采取相應(yīng)的解決措施，定期檢測變壓器的溫度，確保其處于正常范圍內(nèi)。電力變壓器故障處理記錄如表3 所示。

表3 電力變壓器故障處理記錄表

高壓繞組A 相與B 相間發(fā)生短路，短路電流高達(dá)2 000 A。經(jīng)過及時(shí)處理，繞組被成功修復(fù)，并通過絕緣測試。變壓器油箱底部出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，但漏油速率相對(duì)較低。經(jīng)過停止運(yùn)行、清理漏油、補(bǔ)充新絕緣油以及更換密封墊等步驟，解決漏油問題，絕緣油位恢復(fù)到正常范圍。變壓器上層油溫超過正常范圍，達(dá)到95 ℃。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)一臺(tái)風(fēng)扇出現(xiàn)故障。風(fēng)扇被及時(shí)修復(fù)，負(fù)載也降低至80%的額定容量，油溫穩(wěn)定降至75 ℃。

3 結(jié) 論

采用定期監(jiān)測、預(yù)防性維護(hù)及快速響應(yīng)的故障處理策略后，通過安裝傳感器和在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，制定針對(duì)性的維護(hù)計(jì)劃，進(jìn)一步提升變壓器的穩(wěn)定性。在故障處理方面，故障診斷技術(shù)的應(yīng)用能夠快速準(zhǔn)確地定位故障原因，進(jìn)一步證實(shí)策略的實(shí)用性。