煤礦電廠變壓器的故障分析與處理方法

華陽集團供電運維管理中心 王建飛

電力是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)，電力系統(tǒng)的可靠性取決于其組件（如電力變壓器）的性能和可用性。電力變壓器是電力系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的公用設(shè)施。電力系統(tǒng)公用事業(yè)的性能和穩(wěn)定性直接依賴于電力變壓器[1]。因此，變壓器的健康與否對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠至關(guān)重要。對于煤礦電廠，任何故障都可能導(dǎo)致高資本損失，并導(dǎo)致供電中斷[2]。但變壓器設(shè)備長期受到各類外界因素的影響，在運行過程中工作狀況會隨運行時間的延長而下降。為了對電力的可靠性和安全性形成充分的保障，必然需要對常見的故障進行詳盡分析并對檢修策略進行對應(yīng)地優(yōu)化。

1 變壓器的介紹

1.1 分類及原理

煤礦電廠中變壓器種類較多，根據(jù)所用設(shè)備的相數(shù)，可分為單相變壓器和三相變壓器；按其冷卻方式可分為干式變壓器和油浸式變壓器；按用途可分為工頻、變頻、電源、調(diào)節(jié)及互感器等。一般而言，變壓器主要是利用電磁感應(yīng)原理來運行的。

1.2 主要構(gòu)成

由于其工作原理是基于電磁感應(yīng)的原理，所以其內(nèi)部磁路以鐵芯為主。生產(chǎn)磁芯的主要原料是熱軋或冷軋的硅鋼片。硅鋼片含硅量高，且表面涂有一定量的絕熱涂料，從而最大限度地降低磁滯和渦流損耗，提高鐵芯的磁導(dǎo)率和電磁性能。在鐵芯圓柱上，線圈可以像套管一樣卷繞，而軛鐵主要起到閉合磁路的作用。而變壓器的變壓電平取決于線圈的匝數(shù)，而銅線經(jīng)常用作線圈的材料，為了保證較好的絕緣，一般將銅導(dǎo)線包上油紙包上，如有需要，還應(yīng)配合其他絕緣材料。

變壓器油箱也是一種主要的部件，通常由鋼板構(gòu)成油箱，用于儲放絕緣油。具有良好的密封性和機械強度，以確保變壓器的正常運行。一般情況下，外殼型變壓器的繞組采用一種絕緣材料。而火力發(fā)電廠所采用的油浸式變壓器，其部分關(guān)鍵元件全部浸沒在油中，并配有一個貯油槽，其主要功能是供油。該設(shè)備主要是為了保證變壓器在正常工作時不出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。對于不同種類、不同容量的變壓器，散熱風(fēng)扇的散熱模式及數(shù)目也各不相同。除了上述主要部件，變壓器內(nèi)部還包括安全氣道、調(diào)壓裝置、溫度計等其他組成部分。

2 發(fā)電廠變壓器的常見故障

根據(jù)國際大型電力系統(tǒng)理事會工作組（CIGRE）開發(fā)的問卷調(diào)查，以標(biāo)準(zhǔn)化的方式收集電力變壓器的公用事業(yè)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)。圖1分別顯示了電壓為100kV 及以上的變電站變壓器的故障位置分析。根據(jù)案例分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，電廠變壓器的常見故障包括以下幾種。

圖1 變電站變壓器故障位置（＞100kV）（基于536次主要故障）

一是絕緣老化：由于長期使用或者采煤環(huán)境惡劣等工作條件導(dǎo)致絕緣材料老化，會出現(xiàn)絕緣強度下降、泄漏電流增加等問題。對變壓器老化狀況的評估，老化直接取決于工作溫度和時間，壽命的限制因素是紙張絕緣性能的退化，這與老化過程中產(chǎn)生的水分密切相關(guān)。因此，通過了解固體絕緣材料中的水分含量，可以了解老化狀況并決定進一步的行動。

二是冷卻系統(tǒng)故障：冷卻系統(tǒng)失效會導(dǎo)致煤礦電廠變壓器過熱，例如冷卻水泵故障、冷卻塔堵塞等情況。導(dǎo)致冷卻裝置發(fā)生故障的因素可能是以下幾方面：接觸不良。內(nèi)部故障的主要成因在于電機內(nèi)部繞組線路，例如繞組直流電阻、絕緣物質(zhì)變薄或固化造成絕緣能力降低或短路、電機軸承缺油或卡澀抱死造成機器無法運行；外部故障主要源自運轉(zhuǎn)周期。冷卻系統(tǒng)中的電源及控制回路發(fā)生故障。例如，交流接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、空氣開關(guān)等裝置需要經(jīng)常工作，在長時間的操作過程中容易出現(xiàn)安全問題；供電電源失電、風(fēng)機就地控制箱受外部惡劣天氣損毀等[3]。

三是繞組故障：繞組可能出現(xiàn)短路、開路等故障，通常是由于絕緣擊穿、導(dǎo)體斷裂、接觸不良等原因引起。繞組相關(guān)故障是煤礦電廠變壓器應(yīng)用中的最大障礙。與繞組和引線出口相關(guān)的高故障百分比表明需要進行狀態(tài)評估，特別是對于這些組件。局部內(nèi)部故障可能導(dǎo)致煤礦電廠的災(zāi)難性故障。為了降低這種風(fēng)險，電力變壓器必須通過一系列工廠測試，包括驗收和調(diào)試前的局部放電活動測試。

四是油污及油漏：在供電過程中，變壓器時常會出現(xiàn)滲油漏油情況。雖然在短時間內(nèi)不會影響設(shè)備的正常工作，但是如果不能妥善處理，對其置之不理，就會導(dǎo)致變壓器工作過程中的安全系數(shù)降低。變壓器油污染或泄漏將嚴(yán)重影響絕緣性能和散熱效果，甚至引發(fā)火災(zāi)。一般狀態(tài)下，造成漏油現(xiàn)象的成因相對復(fù)雜，膠墊使用時間較長導(dǎo)致開裂，密封層斷裂、排油閥門關(guān)閉不當(dāng)都容易出現(xiàn)漏油。因為變壓器具有密封墊較多的特點，所以大多數(shù)的變壓器在長期的使用過程中容易發(fā)生滲油情況。發(fā)生滲油后，容易導(dǎo)致變壓器無法穩(wěn)定工作，危急狀態(tài)下還會發(fā)生電力中斷的情況出現(xiàn)，更嚴(yán)重的可能會對環(huán)境產(chǎn)生一定程度的污染。

五是觸碰事故：人為的接觸變壓器絕緣部分，例如電弧燒傷、電擊等。主要還會造成變壓器配套的附件連接問題，如出線套管與變壓器內(nèi)引線接觸壓力不足，或套管將軍帽內(nèi)部出線金具接觸不良時，進而容易出現(xiàn)高熱情況，進而造成更大的事故。

六是過載和短路：變壓器在超負(fù)荷或短路條件下工作時可能出現(xiàn)故障，例如繞組發(fā)熱過高、內(nèi)部短路等。尤其是連接變壓器和電網(wǎng)中各個輸電系統(tǒng)的承載電流的接頭，該部位的銜接情況會對整個供電系統(tǒng)產(chǎn)生直接影響。

七是外部損壞：變壓器遭受外力沖擊、振動、灰塵或潮濕等環(huán)境因素也容易導(dǎo)致故障。變壓裝置的接點表面有雜質(zhì)會灰塵附著，或是因為工作年限太久間接造成接頭表面的導(dǎo)電接觸面氧化、接觸電阻增大，也會造成變壓器的接頭發(fā)熱。

以上是煤礦電廠變壓器的一些常見故障，定期進行維護檢查和保養(yǎng)對于提高變壓器的可靠性和使用壽命較為重要。

3 發(fā)電廠變壓器的常見故障處理措施

煤礦電廠電力變壓器的壽命性能在一定程度上取決于其材料所承受的溫度。由于瞬態(tài)負(fù)載條件、不斷變化的環(huán)境條件、可調(diào)節(jié)的冷卻系統(tǒng)及其設(shè)計和工作原理，變壓器代表了一個相當(dāng)復(fù)雜的熱系統(tǒng)。而電廠變壓器的故障處理方法取決于具體的故障類型和程度，以下是一些常見的故障處理方法。

一是絕緣老化：如果發(fā)現(xiàn)絕緣老化問題，可以考慮進行絕緣材料更換或修復(fù)工作。如果絕緣性能仍然可接受，可以采取監(jiān)測措施進行定期檢測，并在必要時加強絕緣保護。離線監(jiān)測方法需要斷開變壓器與電網(wǎng)的連接，主要用于定期檢查或變壓器已經(jīng)出現(xiàn)故障可疑時。與此相比，在操作過程中使用在線監(jiān)測方法，并提供在實際操作條件（例如，電場、負(fù)載和溫度）下記錄條件的可能性。在線測量技術(shù)允許通過自動評估這些數(shù)據(jù)，來預(yù)測趨勢和早期檢測故障。

二是冷卻系統(tǒng)故障：針對冷卻系統(tǒng)故障，可以先檢查電源、設(shè)備是否正常工作，如有故障需要及時維修或更換。同時，可以考慮增加備用冷卻風(fēng)扇或改善冷卻條件，以降低變壓器的工作溫度。在發(fā)生故障的時候，一定要及時分析故障原因，然后針對故障的具體原因，采取相應(yīng)的維修措施，防止多組風(fēng)扇長期故障停運[4]。

三是繞組故障：對于繞組短路、開路等故障，需要通過精確的故障定位找出具體故障點，并進行修復(fù)或更換損壞部分。在修復(fù)過程中需要注意保證絕緣的完整性，并進行必要的測試和調(diào)試。如果在檢測時出現(xiàn)變壓器繞組故障等問題，工作人員需要及時關(guān)閉總開關(guān)，檢查變壓器內(nèi)部不同組件和線路的纏繞情況和接地現(xiàn)狀，重點排查風(fēng)險問題出現(xiàn)的原因，并在第一時間進行維修，從根本上降低在供電時，變壓器繞組發(fā)生故障的可能。

四是油污及油漏：對于煤礦電廠變壓器油污染或泄漏問題，工作人員應(yīng)采取緊急措施對其進行維修和處理，盡快清除油污、修補漏油的部位，并對變壓器進行絕緣油的篩選、更換或處理。同時，需要檢查變壓器的油位和油質(zhì)，確保其在正常范圍內(nèi)。定期檢測變壓器油質(zhì)，如發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不合格，需要對變壓器油進行相應(yīng)處理，直至油質(zhì)合格后方可繼續(xù)使用。

五是觸碰事故：在變壓器運行過程中，人為控制十分關(guān)鍵。但這也可能出現(xiàn)操作失誤引發(fā)各種故障，因此，對煤礦電廠工作人員進行良好的安全教育和培訓(xùn)，以及對變壓器周圍的高壓部分進行合理的隔離和安全防護措施是必要的[5]。變壓器正常運行時會產(chǎn)生均勻的“嗡嗡”聲，如果出現(xiàn)不均勻或異常的聲音，可能是由于過電壓、過電流或零件松動引起的。需要人工檢查相關(guān)電壓電流指標(biāo)并排查零件是否松動。

六是過載和短路：如果變壓器出現(xiàn)過載或短路問題，可以通過降低負(fù)荷、增加冷卻措施、調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)等方法來解決問題。當(dāng)變壓器的內(nèi)部線路和組件發(fā)生斷路或短路時，繞組容易出現(xiàn)故障，為妥善解決相應(yīng)的風(fēng)險情況，在開展高壓作業(yè)前期，工作人員要重點檢查變壓裝置內(nèi)部的線路是否存在短路情況，與地面的連接是否良好。例如，出現(xiàn)自動跳閘時，首先要查看后臺報文，根據(jù)不同的報文判斷故障原因，如過流、復(fù)壓電流等,并針對性地檢查相關(guān)設(shè)備。

七是外部損壞：針對變壓器外部損壞問題，需要進行仔細地檢查和評估。如果損壞較輕，可以進行修補或加固；如果損壞較嚴(yán)重，可能需要更換相關(guān)部件或者整個變壓器。

需要注意的是，在處理變壓器故障時，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)操作規(guī)程和安全要求進行操作，確保人身安全并保護設(shè)備的完整性和性能。在過去的幾十年中，一些研究人員在開發(fā)可靠和準(zhǔn)確的狀態(tài)評估技術(shù)開展重大工作。在線監(jiān)測溶解氣體的含量是一個強大的工具，能夠連續(xù)控制故障氣體的發(fā)展，從而保證最佳的能量傳輸。因此，在故障處理前后，還應(yīng)結(jié)合合適的技術(shù)進行相關(guān)檢測、記錄和故障分析，以高效指導(dǎo)煤礦電廠今后的維護和管理工作。

4 結(jié)語

變壓器是當(dāng)前煤礦電力系統(tǒng)之中較為關(guān)鍵的設(shè)備之一，相關(guān)設(shè)備的運行安全性和有效性直接關(guān)系到社會經(jīng)濟的發(fā)展和所有人民群眾的正常生活，因此需要相關(guān)部門及人員對其形成高度重視。在處理變壓器故障時，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)操作規(guī)程和安全要求，確保人員安全和設(shè)備完整性。同時還應(yīng)結(jié)合適當(dāng)?shù)臋z測技術(shù)對故障進行全面分析，為后續(xù)維護管理提供指導(dǎo)。

狀態(tài)檢修工作是基于對設(shè)備整體運行狀態(tài)信息的了解，以及對設(shè)備狀態(tài)的評價，采取的預(yù)測性檢修措施、相關(guān)措施，此舉能夠有效地保障設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，在未來的工作之中有必要對其進行進一步的應(yīng)用?？傊娏ψ儔浩髟陔娏ο到y(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，其健康狀況直接影響電力供給的可靠性。因此需要采取先進的狀態(tài)評估和故障診斷技術(shù)，并且嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，以確保變壓器的穩(wěn)定可靠運行。