淺談變壓器故障運行維護(hù)

張宏

（重慶市電力公司永川供電局，重慶 402160）

1 變壓器簡介

變壓器，由于其在電力系統(tǒng)中的重要作用被稱之為電力系統(tǒng)的心臟。它是利用電磁感應(yīng)原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，目前，絕大多數(shù)的電力變壓器是袖浸式變壓器。變壓器的結(jié)構(gòu)由變壓器本體和變壓器附件這兩大部分構(gòu)成。變壓器本體的主要部件包括以下幾個部分：線圈、鐵心及其夾緊裝置等構(gòu)成的變壓器器身；用于變壓器器身冷卻、絕緣和防腐作用的變壓器油；容納變壓器器身和變壓器油的油箱。其原理圖如圖所示：

圖1 變壓器工作原理圖

變壓器附件是指：變壓器套管、變壓器油枕、有載分接開關(guān)、變壓器冷卻系統(tǒng)、變壓器本體保護(hù)裝置及其測示儀表等。

2 變壓器故障的原因分析

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，電力變壓器故障按部位可分為繞組故障、鐵心故障、分接開頭故障、引線故障、套管故障、絕緣故障、冷卻系統(tǒng)故障、密封不嚴(yán)、散熱器故障以及其他故障等。

變壓器正常運行時，應(yīng)有均勻的“嗡嗡”電磁交流聲，如果發(fā)出不均勻的聲音或者聲音異常，說明變壓器運行不正常。變壓器故障原因十分的復(fù)雜，充分認(rèn)識故障的原因?qū)收显\斷是十分重要的，變壓器故障原因可分為：

2.1 線路涌流(或稱線路干擾)在導(dǎo)致變壓器故障的所有因素中被列為首位。這一類中包括合閘過電壓、電壓峰值、線路故障、閃絡(luò)以及其他輸配方面的異常現(xiàn)象。另外過負(fù)荷運行會使變壓器內(nèi)部發(fā)出的“嗡嗡”聲很沉重。如果變壓器內(nèi)部零部件松動，變壓器會發(fā)出強(qiáng)烈且不均勻的噪聲。如果鐵芯最外層的兩側(cè)硅鋼片未被夾緊，將因振動產(chǎn)生“嚶嚶”的噪音。變壓器頂蓋螺絲松動也會使變壓器發(fā)出異響。選用規(guī)格不當(dāng)變壓器絕緣等級選擇錯誤；所選電壓等級、電壓分接頭不當(dāng)?shù)取＿^載是由過負(fù)荷導(dǎo)致的故障，僅指那些長期處于超過銘牌功率工作狀態(tài)下的變壓器。長期過負(fù)荷最終造成變壓器超負(fù)荷運行，過高的溫度導(dǎo)致了絕緣的過早老化。當(dāng)變壓器的絕緣紙板老化后，紙強(qiáng)度降低。因此，外部故障的沖擊力就定能導(dǎo)致絕緣破損，進(jìn)而發(fā)生故障。

2.2 變壓器內(nèi)部的接觸不良或者擊穿有可能引起放電打火，使變壓器發(fā)出“吱吱”的放電聲。如果系統(tǒng)接地或短路，變壓器繞組中將產(chǎn)生較大的短路電流，變壓器內(nèi)部發(fā)出的聲音大且異常如果變壓器接有大容量的用電設(shè)備，會使變壓器發(fā)出“哇哇”的異常噪音。變壓器內(nèi)部過電壓時，會造成一二次繞組對外殼閃絡(luò)放電，或鐵芯接地線斷路，使鐵芯和外殼感應(yīng)出高電壓，引起變壓器內(nèi)部發(fā)出“吱吱”噪音，繞組變形。

2.4 運行維護(hù)不當(dāng)變壓器受潮；潛油泵檢查維護(hù)不及時，使銅末混入油中進(jìn)入變壓器，并產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)吸入空氣；絕緣油老化；過負(fù)荷；接線錯誤；與外部導(dǎo)體連接處松動、發(fā)熱；對各種附件、繼電器等維護(hù)、檢查當(dāng)(分接開關(guān)接觸不到位)。

2.5 制造質(zhì)量不良材料不好；設(shè)計與工藝質(zhì)量差；變壓器密封結(jié)構(gòu)不合理(空氣和水分進(jìn)入變壓器)；出廠試驗不全、不嚴(yán)。

2.6 異常電壓。

2.7 長期自然老化。在造成故障的起因中，絕緣老化占據(jù)較大比例。由于絕緣老化的因素，變壓器的平均壽命將大大低于預(yù)期壽命。

2.8 自然災(zāi)害及外界物件的影響。如：雷電波、地震等自然災(zāi)害。

2.9 存在絕緣薄弱點 (引線出頭絕緣薄弱)。

2.10 磁路系統(tǒng)故障(鐵芯二點接地)。

反應(yīng)性水腫 對于體重偏重及不愛活動的中老年人來說，夏季是比較難熬的。受高溫的影響，他們的皮膚血管會發(fā)生擴(kuò)張，引起動脈血流量增加和毛細(xì)血管濾過壓增高。此時若久坐不運動，就會導(dǎo)致體液滲透并積聚于皮下組織而腫脹。對此情況，一方面不必太過擔(dān)心，炎熱的夏天一過，自會好轉(zhuǎn)；另一方面，積極減肥和適當(dāng)運動也會很大程度上避免水腫。

2.11 套管中混油 (有載分接開關(guān)向本體滲油)。

2.12 變壓器內(nèi)部故障，包括油箱內(nèi)部的繞組對地(對鐵芯)短路、匝間短路或?qū)佣搪贰㈣F芯局部發(fā)熱和燒損、油面下降，也包括差動保護(hù)內(nèi)的變壓器外部端子引線單相短路和相間短路。變壓器油位過高，易引起溢油；若油位過低，當(dāng)油位低于變壓器上蓋時，則可能造成瓦斯保護(hù)誤動作，嚴(yán)重時可使變壓器引線或線罔露出油面，造成絕緣擊穿事故。油面過低的原因一般分變壓器長期漏油、滲油；變壓器檢修時放油后未及時補(bǔ)油；溫度過低等情況。

圖2 三繞組變壓器在第三繞組發(fā)生短路時的等效電路圖

2.13 變壓器匝間短路分析。一臺雙繞組變壓器發(fā)生匝間短路時，我們可以把短路部分看作第三繞組s，這就相當(dāng)于一臺三繞組變壓器在第三繞組發(fā)生短路，它的等效電路如網(wǎng)所示，圖中略去了一、二次繞組的電阻R，對于短路部分則仍記及電阻Rs，這是考慮當(dāng)短路發(fā)生在高壓繞組，而且短路匝數(shù)較少時，其電阻Rs將與其等效電抗可以比擬了。

3 變壓器故障類型

3.1 繞組故障

繞組故障就是發(fā)生在變壓器線圈、縱絕緣和端子中的故障。其故障的發(fā)生主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1)制造工藝方面：主要有導(dǎo)線有毛刺、焊接不良、絕緣操作等。2)在運行方面：當(dāng)外部出現(xiàn)嚴(yán)重的短路時，也會對繞組的尺寸和形狀造成嚴(yán)重的變化，主要表現(xiàn)為繞組軸向和徑向尺寸的變化、繞組扭曲、鼓泡和匝間短路等。3)外部原因：當(dāng)線圈絕緣部分滲入水分時，也會造成匝間發(fā)生短路：在遭受雷電沖擊或?qū)Φ鼗」夥烹娚踔翛_擊合閘等瞬變過程時也可能會造成絕緣損壞甚至擊穿的故障。

3.2 鐵心故障

變壓器鐵心和繞組是傳遞、交換電磁能量主要部件，要使變壓器可靠運行，除繞組質(zhì)量合格外，鐵心質(zhì)量好壞是決定正常運行的關(guān)鍵。磁路中的故障，即出現(xiàn)在變壓器的鐵心、鐵扼及其夾件中的故障。

3.3 分接開關(guān)故障

有載分接開關(guān)內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且還需要經(jīng)常操作進(jìn)行切換，是故障經(jīng)常出現(xiàn)的部位。在運行過程中，經(jīng)常會遇到分接開關(guān)調(diào)檔時發(fā)生連動、操作機(jī)構(gòu)電源空氣開關(guān)跳閘引起VQC閉鎖不能調(diào)壓、分接開關(guān)電動機(jī)構(gòu)拒動引起VQC閉鎖，分接開關(guān)操作機(jī)構(gòu)已動作，電壓卻無變化、遠(yuǎn)方拒動等情況。也不是每次調(diào)壓都失敗，有些拒動、連動發(fā)生在幾檔固定檔，致使一臺主變一天要處理幾次，不僅增加了工作量，還影響到電壓質(zhì)量。

3.4 套管故障

變壓器的套管如果存在缺陷或故障，將會直接危及到變壓器的安全運行，因此了解套管發(fā)生故障的原因，制定合理的防范措施是至關(guān)重要的。通過對以往套管故障進(jìn)行分析，歸納出以下主要原因：1)套管表面臟污吸收水分后，會使絕緣電阻降低，發(fā)生閃絡(luò)，造成跳閘，進(jìn)而損壞套管的表面；同時電阻的降低會導(dǎo)致導(dǎo)電性能的提高，電流增大，使絕緣套管發(fā)熱并造成瓷質(zhì)損壞，甚至擊穿；2)密封失效，一般是因為緊固力不夠或者是超周期運行。3)還有一些人為的原因，比如：抽真空不徹底，使屏間殘存空氣，運行后在高電場作用下，發(fā)生局部放電，甚至導(dǎo)致絕緣層擊穿；防雨帽與接線鼻子不緊密：接線鼻子與接線板接觸不良等。

3.5 引線故障

引線是變壓器內(nèi)部繞組出線與外部接線的中間環(huán)節(jié)，是通過焊接而成的，因此，焊接質(zhì)量是其發(fā)生引線故障的主要原因。引線發(fā)生故障的模式主要有：引線短路、引線斷路、引線接觸不良三種形式。在發(fā)生引線短路時應(yīng)立即停止運行，如不及時處理會導(dǎo)致繞組相間短路擴(kuò)大成災(zāi)難性的故障。引線對地短路、接觸不良也會產(chǎn)生局部高溫?zé)龜嘁€而使變壓器停運。

3.6 密封不嚴(yán)故障

變壓器的密封不嚴(yán)故障主要是連接處處理得不好引起的，如焊接質(zhì)量差、大罩變形、法蘭不平、密封圈失效等。其后果往往是漏油、漏氣。其故障模式主要有：密封圈老化、瓷套脫落或破裂、潛油泵漏氣等等。

3.7 絕緣故障

變壓器油和絕緣紙、板以及絕緣件構(gòu)成了變壓器油一紙絕緣系統(tǒng)，絕緣系統(tǒng)中的故障主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1)絕緣紙本身較薄，在使用一段時間后就會發(fā)生故障：2)設(shè)計不合理，絕緣紙沒有足夠的裕度，容易產(chǎn)生相間短路：3)變壓器內(nèi)部環(huán)境受到污染，特別是導(dǎo)電雜質(zhì)的侵入，產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象；4)絕緣油發(fā)生老化，加速油泥、水分和酸的形成。

4 變壓器日常維護(hù)

4.1 基于上述原因，可對變壓器進(jìn)行如下維護(hù)：

首先確保變壓器在設(shè)計的負(fù)荷允許范圍之內(nèi)，在油冷變壓器中需要仔細(xì)地監(jiān)視頂層油溫；保護(hù)變壓器不受雷擊及外部損壞危險。變壓器油的介電強(qiáng)度隨著其中水分的增加而急劇下降。變壓器油要經(jīng)常檢查，排除故障隱患。除小型配電變壓器外所有變壓器的油樣應(yīng)經(jīng)常作擊穿試驗，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。應(yīng)進(jìn)行油中故障氣體的分析，應(yīng)用變壓器油中8種故障氣體在線監(jiān)測儀，連續(xù)測定隨著變壓器中故障的發(fā)展而溶解于油中氣體的含量，通過對氣體類別及含量的分析則可確定故障的類型。每年都應(yīng)作油的物理性能試驗以確定其絕緣性能，試驗包括介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度、酸度、界面張力等等。變壓器在平時檢修及保養(yǎng)時應(yīng)保持瓷套管及絕緣子的清潔；在油冷卻系統(tǒng)中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以任何限制油自由流動的機(jī)械損傷；保證電氣連接的緊固可靠；定期檢查分接開關(guān)。并檢驗觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉(zhuǎn)動靈活性及接觸的定位；加強(qiáng)變壓器的預(yù)防性試驗，應(yīng)對變壓器線圈、套管以及避雷器進(jìn)行介損的檢測；每年檢驗避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應(yīng)盡可能短。應(yīng)考慮將在線檢測系統(tǒng)用于最關(guān)鍵的變壓器上，系統(tǒng)監(jiān)測真實故障氣體含量，結(jié)合“專家系統(tǒng)”診斷將無害情況與危險事件加以區(qū)分，保證變壓器的安全運行。

變壓器油溫突然升高的主要原因有幾種情況：變壓器過負(fù)荷運行；變壓器內(nèi)部短路閃絡(luò)放電；變壓器內(nèi)部緊同螺絲接頭松動；冷卻裝置運行不正常等。通常變壓器上層油溫不超85%，對于沒有溫度計的變壓器可以用水銀溫度計貼在變壓器的外殼上測量溫度，這時溫度計指示應(yīng)在80℃以下。如果發(fā)現(xiàn)油溫過高，應(yīng)立即檢查變壓器是否過負(fù)荷及冷卻裝置運行是否正常。如果變壓器處于超負(fù)荷運行狀況，應(yīng)立即申請減少變壓器的負(fù)荷，或者根據(jù)變壓器過負(fù)荷運行規(guī)程的規(guī)定運行。如果減少負(fù)荷后，變壓器溫升仍居高不下，應(yīng)果斷切斷電源，查明原因。

導(dǎo)致變壓器油質(zhì)變壞的原因有變壓器油使用時間過長，油溫經(jīng)常過熱，運行時漏進(jìn)雨水或侵入潮氣等情況。新變壓器油應(yīng)為淺黃色，運行一段時間后逐漸變成淺紅色，變電值班人員如發(fā)現(xiàn)油色發(fā)黑，應(yīng)立即取樣進(jìn)行化驗分析，防止線罔繞組間或繞組與外殼之間發(fā)生擊穿事故。如化驗不合格時應(yīng)立即停止變壓器運行，將絕緣油過濾或再生后檢驗合格方可使用。

4.2 影響變壓器油溫的主要因素是負(fù)荷的變化和環(huán)境因素的變化，如果油溫變化卻不引起油標(biāo)的油位變化或變化異常時，說明油位是假的，假油位可能是南于油標(biāo)管堵塞、呼吸管堵塞、防爆管通氣孔堵塞等造成的。所以，變電值班人員必須經(jīng)常檢套油位計的指示情況，當(dāng)油位過高時(如夏季)必須及時適當(dāng)?shù)姆庞停臀贿^低時，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)措施，以確保變壓器安全運行。

4.3 另外變壓器外部檢查未發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象時，應(yīng)查明瓦斯繼電器中氣體的性質(zhì)。變壓器內(nèi)部有故障，應(yīng)根據(jù)瓦斯繼電器內(nèi)積聚的氣體性質(zhì)鑒定變壓器內(nèi)部故障的性質(zhì)；如果還不能對變壓器內(nèi)的潛伏性故障作出正確判斷，則可采用氣相色譜法作出判斷。

[1]黃卓生.淺析電力變壓器故障處理，科技與企業(yè)，2011（07）.

[2]沈仲垚.變壓器故障有效性的分析，云南電力技術(shù)，2008（06）.