干式變壓器常見故障分析及處理方法

于健洋 銀川河東國際機場有限責任公司

干式變壓器屬于變流變壓器，由鐵芯和線圈組成，鐵芯材料以硅鋼片為主，線圈材料以環氧樹脂為主，由環氧樹脂澆筑而成，環氧樹脂具有絕緣性和不可燃性，因此變壓器在使用過程中不會出現漏液、助燃等問題，相比其他變壓器維護工作量較小。在電廠運行過程中，應定期維護干式變壓器，檢查其工作狀態，防止因變壓器長時間做功和內部零件損壞而影響電力系統的正常運行。

一、干式變壓器結構及絕緣分析

本文以采用F 級絕緣的干式變壓器為例，其絕緣耐溫為155℃。繞組冷卻方式為空氣自然冷卻，采用輻射式散熱。變壓器主要由本體、保護裝置、風扇、高、低壓引線等構成。變壓器的本結構為柱形，具有較大的散熱面積，最大程度地保證了散熱效果。其中，變壓器的本體內部主要由三相的低壓與高壓繞組以及鐵芯組成。目前，電力系統大用戶用干式變壓器的鐵芯和繞組均為外露式結構，相較于常見的配網變壓器，最大區別在于絕緣方式（不采用液體絕緣）。干式變壓器使用壽命所受到的影響因子主要包含絕緣結構、電磁結構和結構緊固件的壽命。能夠對干式變壓器使用年限起到決定性作用的是其基本絕緣結構，而因變壓器內部絕緣問題導致的事故大約占全部事故的90%，常見的干式變壓器主要分為兩種絕緣手段：樹脂澆注型絕緣與浸漬式非包封絕緣。目前，國內外的干式變壓器使用率最高的是杜邦公司于20 世紀所開發的Nomex 絕緣材料作為匝間絕緣設備的干式變壓器。其中導體間的絕緣采用的是NomexT400 型的H 級，其能夠承受的最大溫度為250℃，利用Nomex 材料作為絕緣材料的浸漬式非包封型干式變壓器是目前大型工業用戶所使用較為廣泛的變壓器，電力系統大用戶用干式變壓器的鐵芯和繞組均為外露式結構，相較于常見的配網變壓器，最大區別在于絕緣方式（不采用液體絕緣）。干式變壓器使用壽命所受到的影響因子主要包含絕緣結構、電磁結構和結構緊固件的壽命。而研究這種變壓器的使用年限則主要從其模擬特性進行研究，本文對干式變壓器絕緣材料進行分析。顯然，不同電壓等級的干式變壓器對應著不同的匝間絕緣厚度。由于干式變壓器低壓繞組間存在支撐用撐條，因此，干式變壓器能夠具備較好的散熱性，但是，與此同時也帶來了易受潮的缺陷。由于高壓繞組匝間不存在聯通氣道，處于密閉狀態，因此系統內熱量只能以逐層散熱的方式利用空氣散熱。而這種散熱方式如果遇到特殊環境，例如，干式變壓器位于礦井內或其他外界條件較為惡劣的環境，由于整個變壓器所處較為潮濕環境，這種散熱與水分的共同作用下，會進一步加大干式變壓器的絕緣老化過程。在正常運行過程中除銅耗、鐵耗產熱之外，繞組中的絕緣劣化導致電場分布不均，進而引發局部放電等問題。

二、干式變壓器常見故障分析及處理方法

（一）干式變壓器絕緣電阻降低

1）故障原因。對于澆注型干式變壓器來說，其繞組基本上都采用的樹脂澆注模式形成，將導體材料密封于其中，所以導致干式變壓器絕緣性能降低的常見原因是繞組表面存在有水汽、灰塵、絕緣材料受潮導致，詳細來說，可以歸納為以下幾種：（1）高低壓繞組均是由環氧樹脂澆注形成，若發生絕緣電阻下降的情況，通常是繞組表面水蒸氣、灰塵雜物聚集導致的；（2）在干式變壓器的低壓導線部分，通常不會進行澆注，穩固低壓繞組使用的環氧板也容易因為受潮導致其絕緣電阻降低，在進行就位變壓器安裝的過程中，低壓繞組內部與鐵芯柱之間落入雜物也容易導致干式變壓器整體絕緣能力受到影響，在使用兆歐表對鐵芯對地絕緣進行測量的過程中，也經常出現絕緣下降的情況，一般需要考量是否存在多點接地現象或者鐵芯表層漆的絕緣性能是否完好。2）處理方式。需要對繞組表面進行清潔，對于表面水蒸氣，可以使用干布進行反復擦拭，之后進行自然風干。還可以使用白熾燈、加熱器、通風機等設備進行處理。

（二）鐵芯過熱

1）原因分析干式變壓器鐵芯過熱通常由以下幾種原因引起：（1）變壓器長時間運行摩擦生熱導致鐵芯過熱。（2）硅鋼片質量問題也是導致鐵芯過熱的原因之一，劣質的硅鋼片會使變壓器在工作狀態時做功增大，過度摩擦導致鐵芯過熱。（3）散熱器出現故障，變壓器做功時無法正常散熱導致鐵芯過熱。（4）變壓器在設計運行過程中會設置額定電壓，若在實際運行中電壓過大則會導致鐵芯過熱。2）處理措施綜上所述，導致干式變壓器鐵芯過熱的原因為變壓器實際運行電壓超過額定電壓。針對該問題，現場應啟動備品備件采購計劃，及時采購需要的備件，充分考慮現場實際運行中的最高電壓情況，對干式變壓器額定電壓重新進行設計，并試運行一段時間，采用紅外線持續跟蹤監測，觀察鐵芯溫度是否處于正常水平。

（三）多點接地

1）故障原因整體來說，造成干式變壓器鐵芯多點接地的原因大致可以劃分成內部因素與外部因素兩個方面。（1）外部因素，一般是指外界因素導致的干式變壓器鐵芯多點接地。常見有地理環境因素、人為錯誤操作因素導致干式變壓器鐵芯發生接地故障。現場施工安裝過程中，因為施工人員的麻痹大意，造成金屬物在施工現場遺落，螺母、鐵屑等金屬物質使得鐵芯發生多點接地現象。鐵芯絕緣鐵軛，鐵芯穿心絕緣筒等絕緣材質，因為周圍環境造成的凝露或受潮的問題，導致絕緣能力受到較大影響，發生低電阻性絕緣接地。變壓器在日常運行過程中鐵芯出現漏磁現象導致附近空間存在有弱磁性，吸引了大量周圍的金屬粉末與粉塵，若長時間沒有對其開展維護清掃，也可能導致鐵芯出現多點接地的現象。因為針對干式變壓器的運行維護工作不當，導致干式變壓器長期處在高負荷運行狀態。（2）內在因素，一般是指變壓器內部絕緣材料缺陷、設計缺陷以及安裝技術不合理等原因導致變壓器鐵芯產生多點接地故障。在制造變壓器或者對鐵芯進行大修（更換）時，使用的硅鋼片質量存在問題，若硅鋼片表面較為粗糙、存在有比較嚴重的銹蝕現象、絕緣漆出現老化脫落等，可能發生短路現象，發生多點接地。硅鋼片加工技術不科學，如毛刺超過標準，剪切時沒有對硅鋼片進行正確放置，疊片之間存在有細小的金屬顆粒或者硬質非金屬異物，把其壓出坑部，同時另外一邊產生了出現凸點，完成后造成相關配件絕緣能力受損，使得片間短路，硅鋼片疊片疊張時壓強過高，導致片間絕緣損壞。因為變壓器鐵芯多點接地內在原因屬于是隱性問題，出廠或者現場監測不容易發現，因此需要對故障內在原因進行理性判定和處理。2）多點接地處理措施：（1）根據現場變壓器狀況處理外部因素影響的多點接地故障干式變壓器因長期停用或密封不好，會積塵、受潮等，西北地區風沙大，室外變壓器表面灰塵較多，因此，可先對表面進行清潔。如潮濕環境應采用太陽燈對鐵軛進行烘烤，或是采用空載法進行自加熱。（2）采用逐級排查方法處理內在因素造成的鐵心接地故障逐級排查法是電力系統中通用的檢查故障的方法，在電力系統中也能得到有效應用，使用直流、交流法對變壓器鐵芯多點接地故障點進行查找，從上鐵軛開始進行逐級排查，從檢測穿心螺桿到檢測鐵心對地絕緣電阻，若期間未檢測出異常現象，則說明故障問題不在穿心螺桿和鐵心對地絕緣電阻處。接著再檢查下鐵軛，下鐵軛檢查難度較大，干式變壓器下鐵軛承托有線圈，拆除起來難度較大，可以采用交流電弧法等方式進行檢修。綜上所述，在處理干式變壓器故障問題時，一定要先切斷電源，再進行故障處理，保證施工人員的人身安全。

三、干式變壓器運行維護建議

嚴格按照變壓器安裝規范操作，將變壓器安裝在合適的位置，并根據廠家技術要求進行安裝維護，如廠家對特殊部件有相關維護要求，應貼上相應標志，注明情況。某些大型活動場所對電力系統要求較高，為避免電力系統故障，安排電力系統維護人員定期檢修變壓器顯得十分重要。應根據大型活動場所中不同的環境狀況，制訂維護時間規劃，對于人流量較少、整體環境較為清潔的場地，可以每年檢查一次變壓器；對于人流量較大、環境污濁的場地，建議三到六個月檢查一次變壓器。固件檢查十分必要，至少每年檢查一次，檢查內容包括：（1）檢查干式變壓器所有零部件，并定期緊固，若螺紋出現滑絲現象，應及時更換；（2）考慮到金屬部件易銹蝕問題，應定期對干式變壓器金屬部件進行檢查，及時更換銹蝕部件；（3）檢查絕緣體，查看絕緣體表面絕緣材料有無脫落現象，并及時更換老化絕緣部件，保證用電安全，防止發生觸電事故。

四、結語

整體來講，同其他類型變壓器相比，干式變壓器在使用的過程中具有十分明顯的優勢，因此在國內配電工程中，一直占據有較高的比例，但與此同時，針對干式變壓器的使用和維護，也應當是一項系統且長期性的工作，相關從業人員必須要深刻了解干式變壓器的工作原理以及結構特征，認識當前較為常見的干式變壓器運行故障，掌握相關的故障排除技術，只有這樣，才能讓干式變壓器在我國使用的過程中發揮自身最大的價值，并且還能夠有效提升干式變壓器的使用壽命，為我國電力企業帶來更大的經濟效益。