變壓器內(nèi)部故障分析及預(yù)防措施研究

曹榮輝

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司發(fā)電分公司，山西 太原 030053）

電力變壓器大多是油浸式變壓器，變壓器內(nèi)部故障一般是變壓器本體內(nèi)的故障，一般有短路故障、接地故障、氣體超限故障等。變壓器內(nèi)部故障按性質(zhì)可分為熱故障和電故障，它們均會(huì)引起絕緣損壞。變壓器絕緣損壞往往是不可逆的，一旦變壓器主絕緣或匝間絕緣出現(xiàn)問(wèn)題，變壓器往往需要大修甚至失去使用價(jià)值，還會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)造成安全隱患。因此，了解變壓器故障發(fā)生的原因，掌握常見(jiàn)變壓器故障的類型，對(duì)運(yùn)維人員日常巡視、維護(hù)、檢修變壓器具有重要意義。本文從分析變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生原因的角度出發(fā)，列舉了引起變壓器絕緣故障的各類原因，并對(duì)變壓器絕緣故障預(yù)防提出了自己的看法。

引起絕緣故障的原因有短路故障擊穿絕緣、放電故障擊穿絕緣、變壓器內(nèi)部固體絕緣紙老化和液態(tài)絕緣油污染（如油中混入了水分或雜質(zhì)、液態(tài)絕緣油劣化或發(fā)生了氧化反應(yīng)等）。過(guò)負(fù)荷引起高溫會(huì)致使絕緣損害。過(guò)電壓會(huì)引起絕緣層被破壞。鐵芯故障如鐵芯多點(diǎn)接地會(huì)在變壓器內(nèi)部形成環(huán)流，導(dǎo)致鐵芯局部溫度過(guò)高而損壞絕緣。分接頭相間距不夠時(shí)會(huì)引起分接開(kāi)關(guān)故障。變壓器還可能發(fā)生滲漏故障等。

1 短路故障

變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，繞組會(huì)通過(guò)額定電流成倍數(shù)的短路電流，并且電流的熱效應(yīng)會(huì)使變壓器溫度急劇升高，嚴(yán)重時(shí)甚至引起火災(zāi)，數(shù)值巨大的短路電流還會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，造成繞組拉扯變形，這對(duì)變壓器的損壞是不可逆轉(zhuǎn)的，會(huì)極大地妨礙變壓器的安全運(yùn)行。

短路故障的主要預(yù)防措施如下：

（1）對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)。運(yùn)維人員了解變壓器運(yùn)行狀況的方法通常是通過(guò)試驗(yàn)的方法得到結(jié)論，變壓器短路試驗(yàn)可以有效地判斷變壓器在短路狀態(tài)下機(jī)械性能的穩(wěn)定性，但是短路試驗(yàn)并不能判斷變壓器的抗熱性能。

（2）對(duì)變壓器繞組進(jìn)行變形試驗(yàn)。幅頻響法是測(cè)量繞組變形的主要方法，觀察繞組對(duì)地電容的變化情況來(lái)判斷繞組狀態(tài)。另外，短路阻抗法根據(jù)變壓器繞組電容改變量來(lái)判斷繞組是否變形，能夠作為幅頻響應(yīng)法的有益補(bǔ)充。

（3）檢查繼電保護(hù)與重合閘系統(tǒng)的相互配合情況。使用年限長(zhǎng)的變壓器自身承受短路電流沖擊的能力較弱，如果重合閘系統(tǒng)自動(dòng)重合或強(qiáng)行重合有可能造成變壓器絕緣擊穿，失去維修的價(jià)值。因此對(duì)變電站臨近線路可以考慮不用或恰當(dāng)延長(zhǎng)合閘響應(yīng)時(shí)間，以降低短路故障下重合閘沒(méi)有成功而可能引起的二次事故的概率，不僅如此，變壓器短路故障發(fā)生后應(yīng)首先對(duì)短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)查找問(wèn)題，測(cè)算短路電流值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再?zèng)Q定是否恢復(fù)送電。

2 放電故障

放電故障可以造成變壓器絕緣擊穿，也可以間接地產(chǎn)生熱量或者帶有腐蝕性質(zhì)的活性氣體造成局部絕緣遭受腐蝕，以致進(jìn)一步導(dǎo)致變壓器介質(zhì)損耗加劇，最終結(jié)果還是造成絕緣擊穿。

放電故障的主要預(yù)防措施如下：

（1）加強(qiáng)變壓器油的監(jiān)測(cè)。如果變壓器油內(nèi)水分含量超過(guò)1/10000，變壓器介電強(qiáng)度就會(huì)下降50%，絕緣油擊穿試驗(yàn)可以對(duì)變壓器油的絕緣可靠性有效校驗(yàn)，對(duì)主要供電變壓器進(jìn)行絕緣油擊穿試驗(yàn)非常重要。

（2）避免變壓器表面臟物。大多數(shù)電力變壓器安裝在戶外場(chǎng)所，不可避免的會(huì)受到浮沉、雨雪、風(fēng)沙造成的臟物附著，檢修人員應(yīng)利用檢修時(shí)機(jī)徹底清除變壓器本體附著的污漬、油漬，尤其是絕緣子和套管盡可能保持干凈，否則會(huì)出現(xiàn)爬電現(xiàn)象，嚴(yán)重會(huì)引起閃絡(luò)，此外還要經(jīng)常檢查變壓器散熱器是否出線銹跡，散熱是否正常，及時(shí)清理散熱器污垢和滲漏。

（3）完善在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)主變壓器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)了解變壓器運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器異常。在線監(jiān)測(cè)結(jié)合專家系統(tǒng)可有效發(fā)現(xiàn)變壓器早期問(wèn)題，將問(wèn)題扼殺在萌芽狀態(tài)。

（4）國(guó)家能源局《二十五項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》要求，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)要增加紅外成像測(cè)溫檢測(cè)內(nèi)容，紅外檢測(cè)可系統(tǒng)性地對(duì)變壓器“探傷”，如直流電阻超標(biāo)、套管介質(zhì)損耗超標(biāo)等，尤其是因?yàn)榻^緣受潮、裂化引起的電壓制熱損傷，由于其溫差變化僅有1-3k，運(yùn)行中很難依靠其他手段發(fā)現(xiàn)，故試驗(yàn)中積極引進(jìn)紅外監(jiān)測(cè)內(nèi)容非常有必要。

3 絕緣紙老化

固體絕緣紙主要成分是聚酰胺纖維（PA）或聚酯無(wú)紡布和聚酯薄膜復(fù)合（DMD）制作的，其聚合度通常在1.3*104左右，隨著時(shí)間積累絕緣紙的聚合度有可能下降，當(dāng)其聚合度下降至300左右時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度已經(jīng)下降超過(guò)了50%。絕緣紙老化后，不僅耐張強(qiáng)度降低，還會(huì)產(chǎn)生水及多種氣體，這些多余產(chǎn)物不僅會(huì)使絕緣紙的擊穿電壓和電阻率降低、介質(zhì)增大、強(qiáng)度下降，還可能腐蝕設(shè)備中的金屬部件。

絕緣紙老化故障的主要預(yù)防措施如下：

（1）避免頻繁進(jìn)行絕緣油采樣，引起變壓器內(nèi)部負(fù)壓使外部空氣和水分進(jìn)入變壓器本體造成絕緣受潮。

（2）加強(qiáng)巡視，定期對(duì)變壓器試驗(yàn)。絕緣紙的老化是隨著變壓器運(yùn)行不可避免的，我們只有在日常巡檢、維護(hù)過(guò)程中注意觀察變量，如氣體繼電器是否有氣體、呼吸器硅膠顏色是否變化等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，盡早更換或維修，延長(zhǎng)變壓器使用壽命。

4 絕緣油污染、劣化

污染是油中出現(xiàn)水或雜質(zhì)，這些不是氧化的產(chǎn)物，雜質(zhì)可使絕緣油性能降低，介損角增大，易被擊穿。絕緣油的劣化是油發(fā)生氧化反應(yīng)并且產(chǎn)生了氣體，同樣可能是絕緣油耐壓能力降低，介質(zhì)角增大，易被擊穿。

絕緣油污染、劣化故障的主要預(yù)防措施如下:

（1）設(shè)備密封及防潮。及時(shí)更換變壓器呼吸器硅膠以避免水分進(jìn)入，大修后的變壓器可進(jìn)行抽真空保壓，這不僅可以防止空氣進(jìn)入也可檢查變壓器的密封是否良好。

（2）提高氧化的穩(wěn)定性。在變壓器絕緣油中適當(dāng)添加抗氧化劑可有效延緩變壓器油的氧化，保持絕緣油的絕緣性能。

（3）通過(guò)預(yù)防性試驗(yàn)及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。變壓器油應(yīng)按照預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程所規(guī)定的試驗(yàn)周期或在必要時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)、色譜試驗(yàn)，同時(shí)在變壓器運(yùn)行過(guò)程中保持冷卻裝置的正常投用，使絕緣油表面溫升控制在55℃以下。

5 過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓引起的絕緣故障

變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成變壓器損耗增加，輸出電壓也會(huì)隨之降低。當(dāng)輸出的電流增大到短路電流時(shí)其電壓會(huì)降為零。同時(shí)，變壓器內(nèi)部溫度升高，會(huì)加速絕緣的劣化；變壓器正常運(yùn)行時(shí)其內(nèi)部只需考慮電阻和電感，電阻和電感在變壓器內(nèi)部是平均分布的，當(dāng)出現(xiàn)操作過(guò)電壓時(shí)，其電壓值可以達(dá)到額定電壓的很多倍，而變壓器絕緣強(qiáng)度耐壓性一般只能達(dá)到額定電壓二點(diǎn)五倍左右，所以過(guò)電壓可引起變壓器絕緣損壞。

過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓引起的絕緣故障的主要預(yù)防措施如下：

（1）開(kāi)關(guān)柜增加避雷器防止操作過(guò)電壓，35千伏電壓互感器采用VV型接法防止諧振過(guò)電壓，增大變壓器匝間電容等措施都可以有效避免過(guò)電壓。

（2）注意變壓器低壓繞組測(cè)抽頭與中性點(diǎn)之間的距離。

（3）注意負(fù)荷分配方式，防止變壓器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。

6 結(jié)論

引起變壓器故障的原因有電氣量和非電氣量原因，變壓器故障的原因分析需要參考的各類參數(shù)也非常繁多，處理起來(lái)難度很大，我們只有不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷學(xué)習(xí)，細(xì)致搞清楚每次故障的根由，才能在變壓器故障發(fā)生時(shí)占據(jù)主動(dòng)，及時(shí)排除故障，才能確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。