配電網電力變壓器故障分析研究

武月德

[摘要]電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成設備，它對供電系統(tǒng)的可靠性和正常運行產生著直接的影響。電力變壓器從設計制造到安裝和維護，每個環(huán)節(jié)中都會或多或少地存在一些問題，這些問題就導致了在運行過程中變壓器產生各種各樣的故障，經過統(tǒng)計，在每年發(fā)生的供電事故中，因變壓器故障而產生的供電事故比例一直居高不下，因此系統(tǒng)地分析和研究變壓器故障產生的原因并采取有效的預防措施，是保證電力運行正常的迫切任務。

[關鍵詞]電力變壓器；故障；分析研究

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.41.105

盂縣公司管轄公用35kV變電站9座，主變18臺，用戶35kV變電站20座，主變36臺，10kV配變1895臺。電力變壓器安全穩(wěn)定運行，是確保盂縣電網穩(wěn)定運行的中樞神經。變壓器是利用電磁感應原理工作的。它的結構是：兩個（或兩個以上）互相絕緣的繞組套在一個共同的鐵芯上，它們之間通過磁路的耦合相互聯(lián)系。通電后交變磁通同時交鏈一次、二次繞組，根據電磁感應定律，便在二次繞組內感應出電動勢。二次繞組有了電動勢，便向負載供電，實現(xiàn)了能量傳遞。

1 變壓器的事故處理

當運行中的變壓器自動跳閘時，運行人員應當立即采取如下措施：①立即啟用備用變壓器，對運行方式和負荷分配進行調整，確保運行系統(tǒng)和設備的正常運行；②檢查掉牌，確認保護動作類型及動作的正確性；③查清系統(tǒng)是否存在故障，明確故障性質；④試送變壓器須經領導同意方可進行，故障屬于人為誤碰致使電路器跳閘，在確定故障排除后，只允許進行一次試送電；⑤保護動作類型如果屬于差動、重瓦斯或電流速斷等主保護動作，故障時往往伴有沖擊現(xiàn)象，因此需詳細地對變壓器和系統(tǒng)進行檢查，停電并測量絕緣。原因未查明前，嚴禁投運變壓器，即使系統(tǒng)中無備用電源也不允許強送變壓器。

變壓器故障分為以下幾類。

（1）假油位故障。在儲油柜中空氣未排凈的時候，運行過程油溫產生變化時，相同容量的空氣和油，空氣的體積變化遠大于油的體積變化，這一特性導致油位計測量結果或者過高或者過低，從而出現(xiàn)假油位現(xiàn)象。

（2）繞組故障。包括匝間短路、繞組接地、相間短路、斷線及接頭開焊等。

（3）套管故障。比較常見的是炸毀、閃絡和漏油，造成的原因主要為密封不良，絕緣受潮劣化，存在漏油現(xiàn)象。

（4）鐵芯故障。包括：①硅鋼片間絕緣損壞，致使鐵芯局部過熱而熔化；②鐵芯碰殼、碰夾件；穿芯螺件鋼座過長，導致局部過熱而絕緣遭到破壞；③變壓器油箱的頂部及中部，油箱上部套管法蘭、桶皮及套管之間、內部鐵芯、繞組夾件等因局部漏磁而發(fā)熱，破壞絕緣層。

（5）瓦斯保護故障，瓦斯保護屬于變壓器的主保護，輕瓦斯致使信號產生變化，重瓦斯致使設備跳閘。

2 電力變壓器故障檢查方法

變壓器發(fā)生故障的現(xiàn)象一般表現(xiàn)為溫度上升、聲響異常、氣體產生、警報及繼電保護動作等。因此針對這些現(xiàn)象可以從以下方面對變壓器進行檢查：①外表檢查：聲音和氣味是否存在異常，溫度、油枕、油位是否在正常范圍內，箱外有無濺油，防爆膜是否破碎，高低壓引線接頭有無變色，絕緣瓷管是否完整無損。②小型電力變壓器需對熔絲規(guī)格及表面進行檢查，熔絲規(guī)格是否合適，局部有無損傷和接觸不良。③繼電保護動作發(fā)出的信號時間及信號電流或者跳閘是否符合規(guī)定，應對每次的檢查做好詳細的記錄以備查。④瓦斯繼電器中有無氣體產生，如有氣體，通過對氣體的顏色、氣味和化學成分來判斷故障產生的部位及原因。

變壓器故障分析及檢測方法有以下幾種。

（1）絕緣結構內部的氣隙、油膜或導體的邊緣在電壓作用下會產生非貫穿性的放電，這種現(xiàn)象稱為局部放電。而電氣絕緣的破壞或局部老化一般大部分是從局部放電開始，局部放電的產生減少了絕緣層的使用壽命，給變壓器的安全運行造成危害。目前，針對這一想象所采用的檢測方法為甚高頻電脈沖法和局部放電量檢測法。

（2）局部過熱和變壓器正常運行下的發(fā)熱有所區(qū)別。正常運行時，溫度的熱源來自繞組和鐵芯，即所謂銅損和鐵損。局部過熱故障包括接點接觸不良、磁路故障、導體故障等。通過油中溶解氣體的氣體含量、變化趨勢、IEC 三比值法等氣體特征來分析判斷變壓器有無內部潛伏性故障及故障的性質。

3 電力變壓器故障預防

為減少變壓器故障的發(fā)生和不可預計的電力中斷，建立良好的維護檢修制度將大大提高變壓器的使用壽命。①確保負荷在變壓器的設計允許范圍之內，在油浸變壓器中需要仔細地監(jiān)測頂層油溫。②變壓器的安裝地點與其設計和建造的標準應適應。戶外安裝變壓器應確保所選變壓器是否適用于戶外。③對于變壓器避雷器的試驗應定期進行，對避雷器接地的可靠性進行檢查，旱季時可檢測其接地電阻（其值應不超過4歐）。只有保障避雷器處于正常工作中才能有效地防止雷電波沖擊對變壓器造成傷害。④變壓器油的介電強度隨著其中水分的增加而急劇下降。因此要定期對變壓器油樣進行擊穿試驗，及時掌握其水分含量，對于其中水分含量超標的應及時進行水分過濾，降低油中水分含量。⑤瓷套管及絕緣子清潔要時刻保持。⑥在油冷卻系統(tǒng)中，經常檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及任何限制冷卻油自由流動的機械損傷。⑦保證電氣連接的緊固可靠。⑧定期檢查變壓器分接開關，檢查內容包括觸頭的緊固情況、觸頭是否存在灼傷或疤痕、轉動是否靈活性等。

4 5kV、10kV變壓器幾種典型故障分析

4.1 盂縣35kV西潘變電站變壓器典型故障分析

2015年 8月5日17時15分，受雷暴雨天氣影響，35kV西潘變電站1號主變差動保護裝置動作，裝置顯示信息：差動速斷動作，比率差動動作（Ida：17.13 Idb：34.27 Idc：17.11）。

故障后試驗油樣色譜分析H2含量631.26、C2H2含量255.02、總烴含量540.16三項指標較高，正常標準H2含量150、C2H2含量2、總烴含量100。

直流電阻Rab：1.196Ω、Rbc：1.147Ω、Rac：1.469Ω；不平衡率ε：19.94 %，正常不平衡率標準值ε：<4%；Ra：599mΩ、Rb：597mΩ、Rc：872mΩ；不平衡率ε：39.894%，正常不平衡率標準值ε：<2%；變比試驗各分接頭測試結果均合格。

結論：根據上述結果，確定變壓器內部存在故障。

廠家吊芯檢查圖片如下圖所示。

8月13日提芯檢查，發(fā)現(xiàn)高壓C線圈第一段第一、二匝絕緣燒壞，造成匝間短路

4.2 10kV變壓器幾種典型故障分析

①10kV線路電氣原件接觸不良，引發(fā)變壓器電壓波動、變壓器聲音異常。2014年5月26日盂縣南婁鎮(zhèn)1臺區(qū)，s9-160kVA變壓器聲音異常，變壓器A相所帶居民照明出功不足。檢查變壓器正常，巡視變壓器主桿線路接火桿A相刀閘接觸不良，重合刀閘后變壓器運行正常。②高壓缺相引發(fā)變壓器二次電壓偏低。如10kV變壓器高壓如果缺一A相，對應的變壓器二次電壓為AO 115V，BO 220V，CO 220V，所以變壓器缺相時，用萬用表量電壓可判斷高壓缺相。如10kV變壓器高壓如果缺A、B相，對應的變壓器二次電壓為AO 28V，BO 31V，CO 150V，所以變壓器缺相時，用萬用表量電壓可判斷高壓缺相。③變壓器零線帶電。變壓器零線帶電，多數是因為變壓器有一火相接地。工作人員應檢查低壓線路是否絕緣子擊穿以及末端低壓設備空開是否有單相燒毀接地等。④變壓器二次缺一相。變壓器二次缺相，多因變壓器本體出線申縮片燒斷，特別注意零相申縮片，如果零相申縮片燒斷，將造成居民供電設備大面積燒毀（居民電壓由220V升到380V）。

5 結 論

變壓器作為電網系統(tǒng)的重要設備之一，雖配有避雷器、差動、接地等多重保護，但受到其內部結構復雜、電場及熱場不均等因素的影響，設備發(fā)生事故率仍較高。因此，為了能夠提高變壓器運行可靠性，確保電力供應的安全，加強對事故的分析研究，建立完善的維護管理制度以及采用先進的檢測設備對變壓器運行進行監(jiān)控、檢測是必不可少的。