一起10 kV 變壓器發熱故障的分析

孫大海，艾秀娟，周培培

（中國石油集團渤海裝備制造有限公司第一機械廠，河北滄州 062658）

0 引言

2018 年3 月，中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司青縣園區內，某防腐公司所屬大擠出機變壓器（以下稱1 號變）發生過熱故障，在環境溫度在0 ℃左右的情況下，其表面溫度達到50 ℃，屬于過熱現象。

中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠作為整個園區內110 kV 變配電系統的管理者，立即派出專業技術人員對該臺變壓器進行電力檢測，通過一系列的電氣檢測后，認定其內部存在過熱故障點，為確保生產的連續作業，推薦其更換變壓器。

2018 年4 月份，該防腐公司更換一臺同樣型號的變壓器（以下稱2 號變），在使用時出現過熱導致絕緣油噴出的故障。

下面針對這兩次故障，進行分析。對于變壓器過熱的情況，一般采用氣相色譜分析是診斷變壓器過熱故障的重要方法。實踐表明，在局部過熱的情況下，變壓器油中含有大量的CH4和C2H4，故障涉及固體絕緣時，油中還含有大量的CO 和CO2，基于此特性，可以用氣體圖像法和三比值法來判斷故障的性質。此外，測量直流電阻可以對導電回路熱性故障做進一步判斷。

1 1 號變壓器故障分析

對于更換下的1 號變，對其進行電氣試驗、變壓器油色譜分析和吊芯觀測等。

1.1 電氣試驗

（1）直流電阻測量數據（表1）。

（2）耐壓測試

對變壓器進行10 kV 耐壓測試，30 min 后測量各項阻值無明顯變化。測試結果顯示，變壓器各相阻值均正常。

表1 直流電阻

1.2 變壓器油色譜分析

根據表2 色譜分析結果，總烴超出注意值，根據氣體分析判斷導則中三比值編碼022 設備內部可能存在超過700 ℃的高溫。由于缺少對過程的氣體監控，故沒有測出氣體的產氣速率，也無法獲得準確的故障信息。根據表3 四比值法，可以看出CH4/H2值范圍不在1～3 之間，故此，可以排除鐵芯多點接地的情況。

表2 變壓器油色譜分析

表3 四比值

1.3 吊芯檢查

圖1 變壓器外觀

變壓器外觀如圖1 所示，在圖1 中能明顯觀察到，在變壓器內部支撐結構的工字鋼上存在整體明顯、局部嚴重的高溫灼燒現象。其中沿鋼結構的下測和螺栓孔的周圍過熱嚴重。

根據上述情況，由變壓器線圈所產生的不斷變化的泄露磁場，以鋼結構為載體，形成交變的電流，同時，由于鋼結構的螺栓連接處，存在空隙，造成局部渦流非常高，電流使得鋼結構的溫度升高。

通常，變壓器繞組中的磁通，包括兩個部分：主磁通和漏磁通，方向分為軸向和法向方向分量。其中，軸向分量沿繞組高度變化較小，而徑向分量分布復雜，引起渦流損耗大且不均勻。在整個磁場分布的情況來看，由于越靠近線圈的地方其磁場強度越大，其產生的交變電流就越大，那么其過熱的情況就越嚴重。在螺栓孔附近由于其結構產生畸變，這類地方的磁場分布的密度相對也比較大，那么其產生的交變電流也就越大，過熱情況也相對明顯。因此，可判定該變壓器的故障類型，為漏磁導致的金屬支撐構架的過熱。

2 2 號變壓器的故障分析

2.1 諧波的測定

由于擠出機是大功率非線性阻抗特性的電氣設備，這些非線性負荷在工作時向電源反饋高次諧波，導致供電系統的電壓、電流波形畸變，諧波也會增大變壓器的附加損耗和發熱。

表4 諧波分析數據 %

根據GB/T 14549《電能質量 公用電網諧波》的規定，從表4 可以看出雖然存在各次諧波中都存在諧波的情況，但其值都在允許范圍內，不會是引起變壓器噴油的主要因素。因此，將其列為次要因素。

2.2 變壓器油的特征氣體分析

表5 變壓器油色譜分析

根據表5 色譜分析結果，總烴超出注意值，根據氣體分析判斷導則中三比值編碼022 設備內部存在超過700 ℃的高溫。根據表6 四比值法，可以看出CH4/H2值范圍在1～3 之間，C2H2/C2H4＜1，C2H4/C2H6＞3，C2H2/CH4＜0.5，故此，可以初步斷定變壓器存在鐵芯多點接地的情況。

鐵心疊片只允許一點接地，如果有兩點以上接地，則接地各點之間可能形成回路。當主磁道穿過此閉和回路時，就會在其中產生循環電流，造成內部過熱事故。當變壓器鐵芯或與其他金屬構件有兩點或兩點以上接地時，則接地點就會形成閉合回路，在鐵芯中形成2～3 倍額定的環流，如此大的環流數值，會使鐵芯的損耗急劇加大，過程中會產生非常大的熱量損失，引起局部過熱，導致油分解，還可能使接地片熔斷或燒壞鐵芯，使變壓器不能繼續運行。

確定后，對其進行吊芯檢查，發現鐵芯的絕緣出現問題，有破損的情況，處理完畢后，2 號變壓器恢復正常。

表6 四比值

3 結束語

在變壓器的日常運行檢查過程中，需要加強對過熱現象的日常監控和檢查，尤其是不能夠忽視變壓器底座連接螺栓等情況的檢查工作，才能更有效地確保變壓器的平穩運行。在平時的巡檢過程中，員工要利用紅外成像儀等便攜式檢測工具，對變壓器的整體進行溫度分布的檢查，及早發現問題，解決問題。