智能變壓器的常見故障及排除方法

呂俊霞

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽473009）

大型變壓器的故障涉及面廣，原因復(fù)雜多樣。常見的變壓器故障劃分方法有：按變壓器本體可分為內(nèi)部故障和外部故障，即把油箱內(nèi)發(fā)生的各相繞組間的相間短路、繞組的匝間短路、繞組或引線與箱體接地短路等稱為內(nèi)部故障，而油箱外部發(fā)生的套管閃絡(luò)、引出線間的相間短路等故障稱為外部故障。按變壓器結(jié)構(gòu)可分為繞組故障、鐵芯故障、油質(zhì)故障、附件故障。按回路可分為電路故障、磁路故障、油路故障。從故障發(fā)生的部位可分為絕緣故障、鐵芯故障、分接開關(guān)故障、套管故障等。實際上，變壓器的各種故障都可能危及內(nèi)絕緣的安全。因此，各種外部和內(nèi)部原因引發(fā)的變壓器內(nèi)部故障，按性質(zhì)又可分為熱故障和放電故障。熱故障通常指變壓器內(nèi)部局部過熱、溫度升高；電故障通常指變壓器內(nèi)部在高電場強度的作用下，絕緣性能下降或劣化的故障。根據(jù)放電的能量密度不同，電故障又分為局部放電、火花放電和高能電弧放電三種故障類型。

1 過熱故障

變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障，對變壓器的安全運行和使用壽命帶來嚴(yán)重威脅。變壓器運行時有空載損耗和負(fù)載損耗產(chǎn)生，這些損耗來自于變壓器繞組、鐵芯和金屬構(gòu)件，損耗轉(zhuǎn)化為熱量后，一部分被用于繞組、鐵芯及結(jié)構(gòu)件本身的溫度升高，另一部分熱量向周圍介質(zhì)散發(fā)，使發(fā)熱體周圍介質(zhì)的溫度逐漸升高，再通過油箱和冷卻裝置對環(huán)境空氣散熱。

1.1 分類

過熱故障按發(fā)生部位可分為內(nèi)部過熱故障和外部過熱故障。內(nèi)部過熱故障包括繞組、鐵芯、油箱、夾件、拉板、無載分接開關(guān)、連接螺栓及引線等部件。外部過熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開關(guān)的驅(qū)動控制裝置以及其他外部組件。

直環(huán)流或渦流在導(dǎo)體和金屬構(gòu)件中引起的過熱；繞組過熱故障；引線分流故障；鐵芯拉板過熱故障；渦流集中引起的油箱局部過熱等。

1.2 金屬部件之間接觸不良引起的過熱

分接開關(guān)動靜觸頭接觸不良；引線接頭連接不良；處于漏磁場中的金屬構(gòu)件之間的連接螺栓過熱現(xiàn)象。

2 放電故障

放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質(zhì)點直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴(kuò)大，最終使絕緣擊穿。另一種是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質(zhì)損耗增大，最后導(dǎo)致熱擊穿。

對于固體絕緣材料的電老化，其形成和發(fā)展是樹枝狀，在電場集中處產(chǎn)生放電，引發(fā)樹枝狀放電痕跡，并逐步發(fā)展導(dǎo)致絕緣擊穿。

而對于液體浸漬絕緣的電老化，局部放電一般先發(fā)生在固體或油內(nèi)的小氣泡中，而放電過程又使油分解產(chǎn)生氣體并被油部分吸收，如產(chǎn)生速率高，氣泡將擴(kuò)大、增多，使放電增強，同時放電產(chǎn)生的X-蠟沉積在固體絕緣上使散熱困難、放電增強，出現(xiàn)過熱，促使固體絕緣損壞。

2.1 分類

根據(jù)放電的能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電。

局部放電的原因：內(nèi)部環(huán)境的影響；外界環(huán)境條件的影響；制造質(zhì)量不良；金屬部件或?qū)щ婓w之間接觸不良而引起的放電等。

放電產(chǎn)生的氣體，由于放電能量不同而有所不同。

2.2 變壓器火花放電故障

懸浮電位引起火花放電。油中雜質(zhì)引起的花火放電。

2.3 變壓器電弧放電故障

電弧放電是高能量放電，常以繞組匝間絕緣擊穿為多見，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障。電弧放電故障由于放電能量密度大，產(chǎn)氣急劇，常以電子崩形式?jīng)_擊電介質(zhì)，使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或熔化燒毀，嚴(yán)重時會造成設(shè)備燒損，甚至發(fā)生爆炸事故。這種事故一般事先難以預(yù)料，也無明顯預(yù)兆，常以突發(fā)的形式暴露出來。

3 短路故障

變壓器短路故障主要指變壓器出口短路，以及內(nèi)部引線或繞組間對地短路、相與相之間發(fā)生的短路而導(dǎo)致的故障。

3.1 變壓器短路故障的危害

短路電流會引起絕緣過熱故障；短路電動力會引起繞組變形故障。

3.2 典型案例

某變電所的主變壓器投運時間已達(dá)15年，2011年初的某一天，發(fā)生110kV側(cè)某線路A相接地短路故障，使得重瓦斯保護(hù)動作，三側(cè)開關(guān)跳閘。

此變壓器每個繞組由一個金屬壓環(huán)固定，每個壓環(huán)通過接地片單點接地，壓釘螺栓與鐵軛之間采用絕緣帽隔離。

對該故障變壓器進(jìn)行吊罩檢查發(fā)現(xiàn)：主變壓器鐵芯嚴(yán)重?zé)龘p；低壓側(cè)a相繞組壓環(huán)向上凸起，壓釘螺栓絕緣件破損，壓釘螺栓已插入鐵軛，壓環(huán)與鐵軛夾件的接地線已經(jīng)斷裂。

主變壓器低壓側(cè)a相繞組壓接螺栓對鐵軛放電，巨大的短路電流使得繞組壓環(huán)接地線熔斷。低壓 a相繞組壓釘螺栓絕緣帽被壓環(huán)壓壞、壓釘螺栓和鐵軛間形成短路環(huán)，而壓釘螺栓由于比鐵軛和壓環(huán)大很大的電阻，在短路電流的作用下被燒熔；低壓側(cè)繞組壓環(huán)在被繞組向上頂起時，壓環(huán)開口處和鐵芯間隙也越來越小，最終壓環(huán)開口端和鐵芯接觸，開口處被鐵芯短接，形成回路，造成鐵芯燒損。

4 絕緣故障

電力變壓器的絕緣就是變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)。它是變壓器正常工作和運行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料的壽命決定的。實踐證明，大多變壓器的損壞和故障都是因絕緣系統(tǒng)的損壞而造成。據(jù)統(tǒng)計，因各種類型的絕緣故障形成的事故約占全部變壓器事故的85%以上。

影響變壓器絕緣性能的主要因素有溫度、濕度、油保護(hù)方式和過電壓影響等。

5 鐵芯故障

1）鐵芯硅鋼片間絕緣損壞

變壓器鐵芯硅鋼片間的絕緣損壞主要是由于硅鋼片漆質(zhì)不好、漆膜脫落等原因造成的。硅鋼片短路會增加鐵芯中渦流損失。

2）鐵芯多點接地故障

變壓器正常運行時，帶電繞組和油箱之間存在電場，而鐵芯和夾件等金屬構(gòu)件處于該電場之中。由于電場不均勻，電場強度各異，如鐵芯不可靠接地，將產(chǎn)生充放電現(xiàn)象，損壞固體絕緣和油質(zhì)絕緣，因此，鐵芯必須有一點可靠接地。這是因為硅鋼片間的絕緣總阻值僅有十幾歐，其作用是隔離渦流，但對于高壓電荷來說則是通路，所以鐵芯只需要一點接地。但是有些大容量變壓器鐵芯直徑很大，為了渦流減少渦流損失，用紙和石棉繩將鐵芯硅鋼片隔成幾組，每組硅鋼片必須用金屬片連接起來，然后接地。

目前，制造大中型變壓器時，鐵芯經(jīng)一只小套管引至油箱外部接地，有的將鐵芯和夾件分別用兩只套管引至油箱外部接地。如果變壓器在運行中，由于各種原因鐵芯出現(xiàn)另一點接地時（即兩點接地），則正常接地的導(dǎo)線上就會有環(huán)流。該環(huán)流引起局部過熱，嚴(yán)重時將接地線燒斷，使鐵芯失去接地。另外使原來相互絕緣的硅鋼片被短路以至產(chǎn)生很大的渦流，使鐵芯過熱，嚴(yán)重時可導(dǎo)致鐵芯燒毀。因此，鐵芯不能多點接地。

鐵芯多點接地故障的出現(xiàn)原因如下。

制造原因。如油箱蓋上溫度計套座過長，與上夾件、鐵軛、旁柱等相碰；油箱中有金屬異物（如焊條頭、鋼絲等）；鐵軛穿芯螺桿襯套過長，與鐵軛硅鋼片相碰等。

安裝疏忽。如在安裝完工后未將變壓器油箱頂蓋上運輸用的定位釘翻轉(zhuǎn)過來或去掉。

運行維護(hù)不當(dāng)。如下夾件與鐵軛階梯間的木墊塊受潮或表面附有大量油泥，使絕緣電阻下降為零，穿芯螺栓絕緣損壞等。

無論是哪種原因，其表現(xiàn)形式都是出現(xiàn)環(huán)流引起局部過熱，使硅鋼片短路，最終導(dǎo)致鐵芯損壞。

3）鐵芯接地片斷裂

在變壓器運行中，內(nèi)部金屬部件因感應(yīng)產(chǎn)生懸浮電位，如果接地不良或接地斷開就會產(chǎn)生斷續(xù)放電。當(dāng)電壓升高時，內(nèi)部可能發(fā)生輕微的“噼啪”聲，嚴(yán)重時會使氣體繼電器動作。