超高壓電力變壓器運行故障及原因分析

邵阿紅 葉永衛(wèi) 樊艷紅

摘? 要：國內(nèi)電網(wǎng)進入了大電網(wǎng)、大機組、超高壓、超遠距離的時代，對供電質(zhì)量和性能也提出了更高的要求，超高壓變壓器是電網(wǎng)的關鍵設備，確保其可靠、安全、穩(wěn)定運行更是重中之重。筆者對超高壓變壓器的鐵芯故障、繞組故障、主絕緣故障、有載調(diào)壓分接開關本體故障、引線故障、套管故障及結構件故障的性質(zhì)及形成原因進行詳細的分析研究，以便及時對異?，F(xiàn)象剖根溯源，防止事故發(fā)生，并為后續(xù)超高壓變壓器故障診斷的持續(xù)研究提供參考。

關鍵詞：超高壓變壓器;鐵芯故障;放電故障

中圖分類號：TM41? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0091-03

Abstract：In the new era of domestic power grid which is featured by large grid layout，large equipment unit，ultra-high voltage and ultra-long transmission distance，there are also higher demands for the quality and properties of power supply，in this regard，we must mention ultra-high voltage transformer since it is the key equipment of the whole power grid，as well as the crucial device used to ensure the reliable，safe and stable operation of the whole system. The author of the paper carries out detailed analysis and study on the natures and reasons for iron core fault，transformer winding fault，main insulation unit fault，fault of on-load voltage changing tap switch，leading wire fault，casing tube fault and structural component fault. In this regard，it is conductive to finding out the root of abnormal phenomena，preventing accidents in power grid and providing reference for continuous study on the fault diagnosis of ultra-high voltage transformer.

Keywords：ultra-high voltage transformers;iron core failure;discharge failure

0? 引? 言

科技的發(fā)展使電網(wǎng)已進入超高壓、超大負荷的時代，從1981年國內(nèi)首條超高壓輸電線路投入運行至2015年底，超高壓輸電線路逐步成為骨干電網(wǎng)，是世界上規(guī)模最大的超高壓電網(wǎng)之一[1]。超高壓變壓器是電網(wǎng)的核心設備且價格昂貴，一旦發(fā)生故障，將會造成嚴重后果，基于此，筆者對超高壓變壓器運行中可能出現(xiàn)的故障進行分析研究。

1? 鐵芯故障及原因分析

鐵芯故障包括兩種：過熱故障和放電故障。

1.1? 過熱故障

導致過熱故障的原因有鐵芯局部短路、多點接地、磁飽和等。

1.1.1? 鐵芯局部短路

很多變壓器鐵芯疊片的固定通常采用打孔，然后穿入螺桿來固定。這種固定方式存在安全隱患：其一，打孔減少了鐵芯的有效截面積，導致在滿負荷運行時很容易出現(xiàn)磁飽和;其二，變壓器長時間運行后絕緣套的絕緣降低，這兩種情況都可能導致鐵芯局部短路。

鐵芯在運行中由于振動、制造等影響，可能破壞鐵軛與夾件之間的絕緣，產(chǎn)生渦流，導致過熱損壞絕緣，造成鐵芯短路故障;檢修時造成疊片彎折、有金屬異物等會破壞其絕緣，導致鐵芯短路故障。

1.1.2? 鐵芯多點接地

多點接地狀況主要有如下幾方面：變壓器在制造、安裝或檢修時，有金屬異物落入其中，在鐵芯底部形成多點接地;變壓器運輸時箱頂定位件，在變壓器安裝完成后沒有進行拆除，造成多點接地;施工安裝時沒有嚴格按照程序進行，油箱內(nèi)有金屬碎屑等雜物，受到油循環(huán)沖擊，會形成動態(tài)性質(zhì)的接地現(xiàn)象。

1.1.3? 磁飽和

變壓器在運行過程中由于受到諧波影響，可能出現(xiàn)磁飽和。

1.2? 放電故障

導致放電故障的主要原因是鐵芯懸浮放電。變壓器工作時周圍會產(chǎn)生極強的電場，使變壓器內(nèi)部金屬部件由于電磁感應而具有極高的電位，并與周圍部件產(chǎn)生電位差，由于電位差的存在，極易出現(xiàn)放電現(xiàn)象，對變壓器的正常運行造成不良影響。為了避免這種不良影響，變壓器的鐵芯和夾件必須牢靠接地，且只有一點接地。鐵芯懸浮放電通常是由于鐵芯接地被腐蝕斷開或接地不良而導致的，這種放電故障會影響絕緣。

2? 繞組故障及原因分析

繞組故障包括：繞組短路、繞組過熱和繞組斷線。

2.1? 繞組短路

2.1.1? 繞組匝間短路

匝間短路故障成因主要有如下：變壓器散熱不良或長時間過負荷運行使匝間絕緣損壞造成匝間短路故障;變壓器運行過程中出現(xiàn)的過電壓可能損壞匝間絕緣導致匝間短路故障;變壓器在安裝或大修后，要檢查繞線的繞組引線方式是否存在錯誤，連接錯誤可能造成匝間短路故障;電力系統(tǒng)的諧波可能使變壓器匝間產(chǎn)生過電壓而導致匝間短路;繞組絕緣受潮可能造成局部放電;當變壓器的繞組受到不均勻力沖擊時，薄弱一方的繞組可能出現(xiàn)位移、扭曲等進而造成匝間短路;變壓器繞組在長期的熱效應影響下會加速絕緣老化形成累積短路，最終使匝間短路;繞線使用之前需要先浸漆以增加機械強度，避免受潮，若浸漬不良，可能形成氣泡，嚴重的可能導致匝間短路[2]。

2.1.2? 繞組接地短路

變壓器內(nèi)部的絕緣材料對水的吸附性極強，若運行過程中受潮或干燥不徹底，就可能擊穿絕緣而造成接地故障。

2.1.3? 繞組相間短路

這種故障通常極少發(fā)生，但也存在當發(fā)生短路時，保護裝置未及時動作，使得事故擴大化，進而發(fā)生繞組相間短路的故障。

2.2? 繞組過熱

繞組過熱對變壓器內(nèi)部很多組件都有極大的危害，但卻最易被人忽視，尤其是低溫過熱。長期的熱積累不僅會損壞繞組的絕緣、縮短繞組壽命，也會對變壓器造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

2.3? 繞組斷線

繞組斷線的原因主要有：焊接不良、短路應力、過熱熔斷及匝間短路而燒斷等。

3? 主絕緣故障及原因分析

主絕緣故障主要有：絕緣擊穿、沿面放電及油流帶電等。

3.1? 絕緣擊穿

絕緣受潮會造成絕緣擊穿。變壓器內(nèi)部的主要絕緣通常采用油和絕緣紙，絕緣紙對水的吸附性極強，一旦變壓器受潮，就可能導致絕緣強度降低而發(fā)生擊穿。高溫對主絕緣也有影響，不僅會降低絕緣，還會影響壽命，甚至發(fā)生絕緣擊穿的故障。過電壓及繞組變形也可能導致絕緣擊穿。

3.2? 沿面放電

當變壓器的絕緣構造為串聯(lián)配合時，對絕緣參數(shù)必須要進行嚴格的計算，以實現(xiàn)合理分壓，否則可能會出現(xiàn)絕緣承受過高電壓而出現(xiàn)沿面放電的故障。此外，變壓器運行時由于受到高溫、過電壓，油內(nèi)有害成分等影響，會使絕緣發(fā)生劣化，而劣化后最容易發(fā)生的故障是沿面放電。

3.3? 油流帶電

超高壓變壓器多數(shù)是充油的，人們通常認為流速越快，冷卻效果會越好。但是，流速過快會出現(xiàn)靜電荷積累現(xiàn)象。隨著變壓器的持續(xù)運行，靜電荷積累得越來越多，到達一定程度后會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，損壞絕緣。因此目前對超高壓變壓器的油流速都有一定的要求，不能超過30cm/s[3]。

4? 有載調(diào)壓分接開關本體故障及原因分析

4.1? 滲油、箱體密封不嚴

由于長時間的運行，箱體端蓋的橡膠密封墊可能會彈性不足、螺絲松動、劣化等而發(fā)生滲油現(xiàn)象。有載調(diào)壓分接開關的油箱和本體間的密封不達標，造成兩者發(fā)生互相滲油現(xiàn)象。

4.2? 直流電阻不合格

直流電阻不合格的主要原因包括如下：

（1）變壓器在運行過程中不夠干燥，含有一定量的水分，那些長期沒有使用檔位的靜觸頭上可能產(chǎn)生氧化膜而造成電阻不合格;

（2）主觸頭在制造時由于焊接工藝不達標，存在虛焊，運行后會出現(xiàn)電阻增加;

（3）主觸頭彈簧在運行后，由于受到高溫及壓力的長期影響，彈簧的彈力可能會減小導致接觸不良，從而導致電阻不合格;

（4）還有主靜觸頭、絕緣筒與選擇器、動靜觸頭、選擇器受外力變形等接觸不良導致直流電阻不合格。

4.3? 觸頭燒損

觸頭燒損的原因主要包括如下幾種：過電流、壓力不足接觸不良、安裝質(zhì)量不達標，觸頭接觸位置錯誤等導致發(fā)熱燒損觸頭。

5? 引線故障及原因分析

引線故障主要包括：

（1）安裝質(zhì)量不達標，引線連接不緊密，存在虛焊、假焊等，在變壓器運行過程中造成引線過熱的故障;

（2）變壓器在運行過程中發(fā)生故障時，若恰好引線安裝質(zhì)量不達標，如固定不牢、焊接不良等，可能出現(xiàn)引線折斷的故障;

（3）變壓器運行環(huán)境的濕度不達標，使引線絕緣受潮，或絕緣破損使引線金屬外露時，可能導致絕緣擊穿故障。

6? 套管故障及原因分析

6.1? 套管閃絡

引發(fā)套管閃絡故障的原因主要有：

（1）變壓器運行環(huán)境濕度過大使套管受潮引發(fā)套管閃絡;

（2）套管外絕緣結構設計不合理，導致爬電距離不夠引發(fā)套管閃絡;

（3）變壓器運行系統(tǒng)出現(xiàn)異常過電壓引發(fā)套管閃絡;

（4）變壓器運行環(huán)境污染嚴重，套管表面污染物的等值鹽密與灰密超過正常標準導致閃絡。

6.2? 套管過熱

當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障、變壓器長期處于過負荷運行狀態(tài)、導桿接觸不良、由于引線受損或受潮導致導管回流等原因都可能引發(fā)套管過熱故障。

6.3? 均勻球懸浮放電

均勻球位于套管下端，安裝時必須要在吊裝套管時才能安裝，若安裝時工藝不達標，如螺絲安裝后未緊固、均勻球受到碰撞發(fā)生變形、均勻球表面的毛刺未處理干凈等都能使均勻球上產(chǎn)生懸浮電位，從而造成火花放電。

7? 結構件故障及原因分析

7.1? 油箱外部滲油

造成油箱外部滲油故障的原因包括下述幾方面：油箱施工焊接質(zhì)量不合格，存在假焊、虛焊等;油箱箱體材料質(zhì)量不合格，存在砂眼;油箱安裝工藝不達標;變壓器在運輸時吊放不當，造成損傷;變壓器長時間運行后，油箱的密封膠墊彈性減弱，影響密封功能等[4]。

一旦變壓器的油箱出現(xiàn)嚴重滲油，要及時進行大修，否則可能發(fā)生嚴重故障。變壓器油箱發(fā)生滲油后，空氣中的水蒸氣會沿著滲漏部位進入到油箱內(nèi)部，使得變壓器油微水超標、絕緣受損，可能導致變壓器停止工作。

7.2? 強油風冷變壓器油溫上升

對強油風冷變壓器來說，若運行過程中冷卻裝置出現(xiàn)異常，如風機或潛油泵出現(xiàn)異常、油管路發(fā)生堵塞現(xiàn)象、閥門沒有正常打開等，都極易造成油溫上升。一旦發(fā)生這種故障，要及時減小負荷，并查明引起變壓器油溫上升的原因。

當變壓器位于室內(nèi)時，要加強室內(nèi)運行環(huán)境的通風，并確保變壓器周圍空間足夠大，以便及時散熱。在炎熱的夏季，要在室內(nèi)安裝空調(diào)，以確保變壓器運行過程中的溫度不高于正常運行時要求的溫度值。

7.3? 強油水冷變壓器油中進水

（1）對強油水冷變壓器來說，冷卻水進入油中也可能造成變壓器運行異常。變壓器冷卻管的材質(zhì)最好能采用銅質(zhì)管路而非鐵質(zhì)或不銹鋼，原因在于鐵質(zhì)管路比較容易腐蝕，可能導致管道出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，而不銹鋼管道在和油長期接觸時可能在油中產(chǎn)生氫氣，導致油中氫氣超標;

（2）在變壓器運行過程中，應保證冷卻管內(nèi)水壓略低于油壓，采取這樣方式，即便冷卻管出現(xiàn)滲漏，也能盡可能避免冷卻水進入油中;

（3）強油水冷變壓器油中進水的另一個可能原因是：冷卻水管法蘭處的密封墊由于長時間使用發(fā)生老化而失去彈性，造成冷卻水進入油中;

（4）變壓器運行過程中油溫遠遠高于冷卻水溫，這就使得頂部存在水汽的地方由于液化產(chǎn)生水珠，一旦這些水珠進入油中極易產(chǎn)生局部放電。此外，這些水珠也極易被變壓器的紙質(zhì)絕緣吸附，變壓器若長期處于這種狀態(tài)就有可能出現(xiàn)絕緣擊穿及沿面放電，對變壓器的安全運行產(chǎn)生不利影響。因此變壓器在安裝時有兩道程序必須要極為重視：其一，抽真空;其二，變壓器油的脫氣工序。

7.4? 氣體繼電器誤動

（1）在安裝氣體繼電器時，若沒有進行排氣或排氣不完全，內(nèi)部會留有空氣，此時一旦變壓器受到外部短路沖擊或擾動，就可能造成氣體繼電器的誤動;

（2）氣體繼電器投入運行前或運行過程中沒有按規(guī)定進行檢驗時，可能會出現(xiàn)誤動作，尤其易出現(xiàn)拒動。當變壓器出現(xiàn)故障，氣體繼電器應該動作但卻未動作時，可能導致變壓器發(fā)生嚴重的擊穿故障。

7.5? 結構件其他故障

（1）變壓器運行過程中由于銹蝕或其他原因可能造成呼吸管道不通暢，這可能造成在變壓器的油熱脹冷縮時，油枕內(nèi)的膠囊難以正常呼吸，不僅不能及時對油箱內(nèi)的油進行補償，還可能造成油位計測量不準等問題。例如相關資料顯示：某電力公司在更換呼吸器內(nèi)的變色硅膠時，由于呼吸管路堵塞使得氣體繼電器重瓦斯誤動，導致變壓器跳閘[5];

（2）對水冷器變壓器，由于水中存在各種礦物質(zhì)，運行時間過長后礦物質(zhì)可能出現(xiàn)沉積，導致冷卻管堵塞，水流受阻，流速變慢，對散熱效果造成不良影響。

8? 結? 論

綜上所述，本文對超高壓變壓器的故障性質(zhì)、類型及形成原因進行了分析、總結，以便做好變壓器的故障診斷和檢修，推進電力事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 龍方宇，金輝，許毅，等.超高壓電力變壓器的故障分析與診斷 [J].電工技術，2018（22）：46-47.

[2] 徐闖.超高壓電力變壓器故障分析與診斷 [D].北京：華北電力大學（北京），2016.

[3] 沈洲.岸橋和門機高壓變壓器典型故障及維護措施 [J].集裝箱化，2018，29（11）：12-13.

[4] 苗建忠，莊興元.高壓變壓器故障原因分析及處理辦法 [J].石化技術，2017，24（8）：24-25.

[5] 尹晶，邵苠峰，郭慧浩，等.一起磁分路結構特高壓變壓器故障分析及處理 [J].變壓器，2016，53（7）：82-83.

作者簡介：邵阿紅（1979-），女，漢族，山西運城人，講師，本科，研究方向：電學。