電機變壓器內部故障類型分析

霍謙

[摘 要]電機變壓器是電力系統的重要組成部分，其運行情況直接關系著整個電力系統的運行狀況。文章簡要介紹了電機變壓器的組成，重點分析了電機變壓器內部放電故障和過熱故障兩種類型的表現與成因。

[關鍵詞]變壓器；內部故障；放電故障；過熱故障

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.41.053

目前，各個領域、各個行業的用電需求越來越多，對我國電力系統的安全穩定供電提出了更高的要求。電機變壓器是我國電力系統的重要組成部分，其運行情況直接關系著整個電力系統的運行狀況。電機變壓器一旦出現故障，將會給人們的正常生產、生活造成不便，給個人、企業和國家造成不同程度的經濟損失。

電機變壓器內部故障主要是指油箱內部發生的故障，油箱主要起絕緣和散熱作用，發生的故障有內部放電故障和過熱故障兩種。電機變壓器如果發生故障會使得電力系統運行不穩定，容易出現安全事故，給整個電力系統的正常運行造成不可逆的損害。因此，電力部門必須提高工作人員的安全意識水平，全員要高度重視電機變壓器的內部故障，增強專業知識和相關經驗，熟練掌握電機變壓器的故障類型及其嚴重程度，對出現的故障能在早期發現并做出正確判斷，采取科學合理的方式及時開展修復行動，保障電力系統安全可靠的運轉，杜絕安全事故的發生。

電機變壓器的組成成分之一是油箱。油箱內裝滿變壓器油，變壓器油是一種礦物質油，具有很好的絕緣性能，可以保護變壓器免受電場、磁場的干擾。電機變壓器內部發生故障與變壓器油有關系，電機變壓器內的變壓器油與固體材料受到外界環境影響，如天氣變化冷熱不均、氣候干燥潮濕、氧化風化作用、電場磁場作用等，這些因素會使得變壓器內部發生各種物理變化和化學反應，逐漸分解、老化，生成各種氣體，如氫氣、一氧化碳、二氧化碳等，溶解于變壓器油中。受到外界環境刺激，如加熱、閃電等，這些氣體與變壓器油相互作用就會產生大量的熱能、電能，導致電機變壓器發生故障。

根據故障性質不同，我們將電機變壓器內部故障分為放電故障與過熱故障兩種類型。根據放電量的多少，將放電故障分為三種：電弧放電故障、火花放電故障、局部放電故障。下面對這幾種故障一一作出說明。

1 電機變壓器內部放電故障

1.1 電弧放電故障

是指兩個電極在一定電壓下由氣態帶電粒子（如電子或離子）維持導電的現象。這種故障最顯著的外觀特點是呈現明亮的弧光柱和電極斑點，它會出現在變壓器的每一個部位。電機變壓器內部發生這種故障時常常生成大量濃烈氣體，這些氣體沒有足夠的時間溶解于變壓器油中，大量的氣體不斷上升，在氣體繼電器中聚集起來引發一系列動作，導致變壓器油出現異常運動，電機變壓器發生故障。具體來講，發生電弧放電故障的原因主要有：過電壓導致的內部絕緣閃絡、因為引線斷裂而造成的閃弧、線圈匝間的絕緣體被擊穿、在似接未接情況下出現分接開關觸柱間的飛弧等，這些因素都會引發電機變壓器出現內部故障。由于電弧放電故障發生的比較突然，持續時間較短，往往在一瞬間完成，并且發生前沒有明顯的外觀特征能及時預告故障的出現，因此對這類內部放電故障進行預診斷有一定的難度，幾乎無法實現預診斷。目前技術只能支持在故障發生后檢測變壓器油中溶解的氣體。由于電機變壓器發生這類故障后變壓器油中氣體含有的總烴量較多，對氣體成分進行分析可以判斷是否為電弧放電故障及其故障嚴重程度，然后才能對故障采取有效措施減少損失。

1.2 火花放電故障

當高壓電源的功率不太大時，高電壓電極間的氣體被擊穿，由于正負電之間有勢差，就會出現放電現象。由于氣體被擊穿后忽然由最佳絕緣體變為良導體，電流急劇增加，而電源功率不夠，此時電壓下降，放電暫時熄滅，等到電壓恢復就會再次放電，所以火花放電故障的顯著特征是具有間歇性。電機變壓器內部一般在以下情形中會出現火花放電故障：兩個或多個導電體之間的電位不同、懸浮體的電位不是固定的、絕緣體之間是相互接觸的、所處的電場非常不均勻、電場出現畸形變化等等。電機變壓器內部出現這種故障的原因主要有：鐵芯片之間接觸不良、鐵芯接地片接觸不好、沿圍屏紙板表面出現爬電、套管均壓球不牢固出現松動、分接開關操作柄的撥叉懸浮等，這些都會導致火花放電。與電弧放電故障相比，火花放電故障產生的能量較小、含有的總烴量較少。

1.3 局部放電故障

顧名思義，這種故障是由于局部原因造成的放電。該故障主要是由于具有導電性能的材料其表面出現尖角或具有絕緣性能的材料之間出現氣隙，這就使得絕緣體的某些部位會出現連接，這些部位存在絕緣弱點，在電場畸變或有外施電壓發生作用就會發生局部放電故障。隨著放電時間的增加，局部放電不斷發展，導致絕緣材料出現不同程度的損壞，如呈現出樹形碳化痕跡或者被擊穿。另外，如果變壓器油中含有水分或雜質，泄漏的電流將其作為介質，電流流動產生的熱量會將這些水分蒸發為氣泡，這些熱量還會裂解變壓器油生成氣體。當外界壓力達到一定程度，生成的氣泡或氣體絕緣度較低時也會出現局部放電故障。局部放電故障的診斷方法較多，如利用脈沖、無線電、化學反應等。

2 電機變壓器內部過熱故障

電機變壓器在工作過程中產生的熱量主要來自繞組和鐵芯的損耗，電機變壓器的各個組成成分，如繞組、鐵芯、變壓器油等的溫度升高就是由于這些損耗轉化為熱能導致的。對于各個部分的正常溫升有統一的標準，繞組的標準溫升是65K，變壓器油的標準溫升是55K。如果各個部分的溫升超過國家標準就認為電機變壓器出現了內部過熱故障。

在電力系統日常運行中，電機變壓器內部發生的故障多為過熱故障，其危害程度一般要小于放電故障。但是如果此類故障發生后相關部門沒有加以重視、判斷不準確、處理不及時，同樣會造成嚴重損害。例如高溫使得絕緣材料發生分解、逐漸老化，過熱故障轉化為放電故障，持續的高溫天氣、居民用電量增加，這時甚至會轉化為電弧放電故障。因此，工作人員對變壓器內部過熱故障要同樣給予高度重視。

電機變壓器內部過熱故障有：引線過熱故障，一般出現在套管上，表現為引線的接頭、分流、斷股過熱；繞組過熱故障，這是常見的電機變壓器內部過熱故障，包括繞組燙手、導線顏色發生變化、導線出現糊味兒等；漏磁過熱故障，大型變壓器的漏磁通溫度較高，易發生這種故障；鐵芯多點接地過熱故障，導致油紙絕緣逐漸老化，鐵芯片之間的絕緣層脫落，造成短路，芯片由于溫度過高被燒毀；異物引起局部過熱故障。

電機變壓器內部過熱故障的影響因素主要有：負載電流的導線接觸不良，引線絕緣沒有做到位，線段之間的油道比較小，套管導管與穿纜引線相互接觸產生分流等。電力工作人員可通過液相和氣相色譜分析法、直流電阻測量法等對過熱故障進行診斷。

3 結 論

近年來，隨著社會的快速發展，人們的生活水平逐步提高，全社會用電量急劇上升，城鎮居民和農村居民用電量同比都有不同程度的增長，四大載能行業——化工行業、建筑行業、鋼鐵冶煉行業、有色金屬行業的用電量不斷增加。當前，我國居民用電和商業用電需求不斷增加，電網負荷量越來越大，電力供需形勢嚴峻，電力供需矛盾不容樂觀。因此，保障電力系統正常運行、減少電力事故的發生、避免電機變壓器出現故障勢在必行。

參考文獻：

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