干式變壓器的常見故障與處理措施分析

張蒙

（保定天威順達變壓器有限公司 河北省保定市 071000）

在我國電力工程系統(tǒng)當中，干式變壓器是其中十分重要的組成部分。在發(fā)電廠等單位當中，針對干式變壓器的應用往往占據(jù)到了比較高的比例，因此，作為電力行業(yè)配電系統(tǒng)工作人員來說，針對干式變壓器實用原理進行了解，掌握其基本結(jié)構(gòu)特征，熟悉干式變壓器在應用過程中的常見故障，并能夠在最短時間內(nèi)對這些故障進行排除，便成為其必須要關(guān)注的重要課題。

1 干式變壓器的概念與結(jié)構(gòu)特征

1.1 干式變壓器的概念

所謂干式變壓器，是鐵芯與繞組不浸泡在油脂當中，使用空氣作為冷卻介質(zhì)的變壓器設(shè)備。其冷卻形式主要有自然冷卻與主動控制等方式。其中在自然冷卻的過程中，能夠在標準容量下實現(xiàn)長期運轉(zhuǎn)；主動控制冷卻時，其輸出容量能夠增強50%以上，適合在斷續(xù)高功率狀態(tài)下或者緊急狀態(tài)下使用這一模式。因為高負荷模式時負載損耗與阻抗電壓大幅提升，其經(jīng)濟效益無法達到最高，因此對于干式變壓器來講，不應當使其長期處于連續(xù)高負荷運行狀態(tài)之下。

1966年，沈陽變壓器廠便成功研發(fā)了國內(nèi)第一款干式變壓器ZSG-1800/10H 制導風冷級干式變壓器，在后續(xù)五十多年的發(fā)展歷史當中，伴隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，干式變壓器在我國的應用也變得越來越成熟，特別是在配電系統(tǒng)變壓器當中，針對干式變壓器的應用開始逐步提高，數(shù)據(jù)顯示，中國干式變壓器使用量占據(jù)國內(nèi)配電變壓器總量一半以上，從產(chǎn)量角度進行分析，中國在成功召開1989年第二次城市電網(wǎng)優(yōu)化工作會議以后，變壓器生產(chǎn)總量有了明顯的提升，截至2018年，我國干式變壓器總產(chǎn)量已經(jīng)達到了4億MVA，這一增速，在全球范圍內(nèi)也是絕無僅有的，同時，通過對以上數(shù)據(jù)進行分析對比后不難發(fā)現(xiàn)，中國目前已經(jīng)成為了全球干式變壓器產(chǎn)量和銷量最大的國家之一，不管是在生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)產(chǎn)品平均容量、電壓等方面，都處于國際領(lǐng)先地位。

1.2 干式變壓器的使用特點

因為干式變壓器在使用過程中，表現(xiàn)出抗短路能力強、日常保養(yǎng)維護工作量較低、運行效率高、體積較小、噪音小等優(yōu)勢，常用在對防火、防爆要求較為嚴格的區(qū)域。并且在長期使用過程中，體現(xiàn)出如下特點。

（1）安全性優(yōu)秀，具有防火能力強、對周圍環(huán)境造成污染程度較低、能夠直接在負荷中心使用；

（2）經(jīng)過不斷優(yōu)化改良，國產(chǎn)干式變壓器已經(jīng)涵蓋諸多國內(nèi)先進技術(shù)，機械強度好、抗短路能力優(yōu)秀、局部放電小、熱穩(wěn)定性優(yōu)秀、可靠性優(yōu)秀、整體使用壽命遠高于其他類型變壓器；

（3）干式變壓器在使用過程中損耗極低，噪聲較小、節(jié)能效果顯著，后期維護方便；

（4）同其他類型變壓器進行對比，干式變壓器具有更加優(yōu)秀的散熱能力和超負荷運行能力，在采用強迫空氣冷卻方式時，運行容量能夠提升50%以上；

（5）同其他類型變壓器進行對比，干式變壓器具有更加優(yōu)秀的防潮能力，可以在高濕度或者更為惡劣的環(huán)境中保持更長的使用時間；

（6）可以設(shè)置較為健全的氣溫測量與設(shè)備防護機制，使用智能化信息氣溫控制設(shè)備，能夠自動啟動或關(guān)閉風機，同時還有報警、跳閘等功能配置；

（7）同其他類型變壓器進行對比，干式變壓器重量更輕、體積更小、安裝費用更低。

另外值得注意的是，就國產(chǎn)的干式變壓器來說，其重要部件鐵芯使用了優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅鋼片，硅鋼使用45 度接縫設(shè)計模式，讓磁通線在使用環(huán)節(jié)可以順著接縫線路通過。

2 多發(fā)故障以及處理措施

干式變壓器在實踐運用中會產(chǎn)生一些故障問題，給干式變壓器的運行性能、效率和安全帶來影響?；诖?，就需要有效認識一些常見的故障問題，然后采取合理的對策，確保干式變壓器能夠安全穩(wěn)定運行。

2.1 干式變壓器絕緣電阻降低

2.1.1 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(huán)氧樹脂澆注形成，若發(fā)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(wěn)固低壓繞組使用的環(huán)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(nèi)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(jīng)常出現(xiàn)絕緣下降的情況，一般需要考量是否存在多點接地現(xiàn)象或者鐵芯表層漆的絕緣性能是否完好。

2.1.2 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(shè)備進行處理。

2.2 多點接地

2.2.1 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(nèi)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(huán)境因素、人為錯誤操作因素導致干式變壓器鐵芯發(fā)生接地故障。現(xiàn)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(xiàn)場遺落，螺母、鐵屑等金屬物質(zhì)使得鐵芯發(fā)生多點接地現(xiàn)象。鐵芯絕緣鐵軛，鐵芯穿心絕緣筒等絕緣材質(zhì)，因為周圍環(huán)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(fā)生低電阻性絕緣接地。變壓器在日常運行過程中鐵芯出現(xiàn)漏磁現(xiàn)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(xiàn)多點接地的現(xiàn)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(tài)。

（2）內(nèi)在因素，一般是指變壓器內(nèi)部絕緣材料缺陷、設(shè)計缺陷以及安裝技術(shù)不合理等原因?qū)е伦儔浩麒F芯產(chǎn)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(zhì)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(xiàn)象、絕緣漆出現(xiàn)老化脫落等，可能發(fā)生短路現(xiàn)象，發(fā)生多點接地。硅鋼片加工技術(shù)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(zhì)非金屬異物，把其壓出坑部，同時另外一邊產(chǎn)生了出現(xiàn)凸點，完成后造成相關(guān)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(nèi)在原因?qū)儆谑请[性問題，出廠或者現(xiàn)場監(jiān)測不容易發(fā)現(xiàn)，因此需要對故障內(nèi)在原因進行理性判定和處理。

2.2.2 處理方式

根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗和相關(guān)文獻內(nèi)容介紹，針對干式變壓器鐵芯多點接地這一故障的處理方式并沒有統(tǒng)一有效的專業(yè)性和針對性處理方式，所采用的處理方式均為一種探索性方法，但是從維護層面來講，可以劃分為以下兩個步驟。

（1）按照現(xiàn)場干式變壓器的實際情況，判定處理外部因素導致的多點接地故障，干式變壓器因為長時間未使用或未密封、積灰、受潮等因素導致多點接地的，通常需對鐵芯表層開展清理后使用多個白熾燈對鐵軛進行烘烤，使用白熾燈對鐵軛加熱讓鐵芯與鐵軛之間的絕緣件受熱后蒸發(fā)水分，但這一方法需要消耗較多時間，在條件允許的情況下，可使用空載法進行烘焙。需要做好安全防護工作，將其變壓器高壓側(cè)開路，低壓側(cè)通過額定電壓，所消耗時間較少。若排除絕緣件受潮影響原因，如果其絕緣電阻仍然為0，可以使用交流試驗裝置對鐵芯進行加壓處理，若故障接地點不牢固，在電壓上升的過程中會形成放電點，可以基于放電點的所處位置開展處理。若在實驗裝置電流逐漸上升同時不能升壓，也沒有放電現(xiàn)象，則代表故障點接地牢固，因此需要從內(nèi)部因素考量故障原因并處理。

（2）若排除外部因素，則需要考量是否為內(nèi)在因素造成的鐵芯接地故障。一般使用直流、交流法對鐵芯多點接地故障點進行找尋，但針對干式變壓器來說，找尋故障點存在有一定難度。從變壓器構(gòu)造進行認識，多點接地現(xiàn)象一般出現(xiàn)在上下夾件、穿心螺桿以及鐵芯拉板等位置。因為上下夾件與拉板在鐵芯同側(cè)是組成一體的，所以上下夾件是相連的，因此在開展故障檢測的過程中需要從上夾件開始，去除螺桿后測量鐵芯地面電阻。若故障未在穿心螺桿位置，需要對夾件上的緊固螺桿進行拆除，讓夾件和鐵芯分離后再進行測試，以此判定故障點。因為變壓器由夾件承載，若需要拆卸夾件測量絕緣電阻，則難度較高，同時對大容量干式變壓器拆夾件現(xiàn)場檢修條件不滿足，為了避免對其進行返廠處理，對該故障建議采取電容放電沖擊的方法進行排除。

2.3 干式變壓器繞組過熱

2.3.1 故障原因

變壓器在使用過程中，將不可避免存在有負載損耗和空載損耗等情況，這些損耗源自于干式變壓器繞組，鐵芯與金屬結(jié)構(gòu)件當中，損耗轉(zhuǎn)換成熱量以后，一部分用于提升繞組、鐵芯以及結(jié)構(gòu)件的溫度，另外一部分熱量會向周邊空氣散失，在各部分溫度差達到平衡后，各部件的溫度就不會再出現(xiàn)變化；相反，在變壓器繞組中無法實現(xiàn)發(fā)熱與散熱在要求的范圍內(nèi)的平衡，就出現(xiàn)了繞組過熱的情況，變壓器繞組過熱可以劃分成散熱異常、運行異常以及發(fā)熱異常三種類型。

對于發(fā)熱異常來說，一般是干式變壓器制造質(zhì)量方面的原因，若繞組換位不科學，發(fā)生漏磁現(xiàn)象，造成繞組在導體中感應電動勢出現(xiàn)差異，所存在的電位差就會形成環(huán)流，環(huán)流與工作電流在部分導體中疊加，部分導體中相減，被疊加導體會發(fā)生電流過高，產(chǎn)生過多熱量。值得注意的是，繞組匝間若存在有細小毛刺、漏銅點等配件質(zhì)量問題，盡管匝間不存在有完全短路的情況，但是仍然可能會出現(xiàn)緩慢發(fā)熱，在一些高溫環(huán)境下，仍然可能產(chǎn)生過熱現(xiàn)象；散熱異常一般原因是配電室內(nèi)通風不佳、干式變壓器本身積灰較多、所處環(huán)境溫度較高等多種因素導致；異常運行過熱一般是干式變壓器長期處于高負荷運行狀態(tài)，導致干式變壓器的使用壽命受到影響。

2.3.2 故障處理

針對繞組過熱這一問題，配電企業(yè)首先需要考慮對現(xiàn)有的負荷運載模式進行優(yōu)化調(diào)整，降低負載過高的干式變壓器的負載，并對一些重要節(jié)點上的干式變壓器繞組上的問題變化進行實時跟蹤記錄；其次，電力企業(yè)需要對配電室內(nèi)的通風效果進行優(yōu)化調(diào)整，科學降低環(huán)境溫度，讓干式變壓器在運行過程中可以得到有效散熱。在檢修的過程中需要使用吹塵器對變壓器繞組和鐵芯上的灰塵進行清除，保障干式變壓器在使用的過程中，一直具有良好的散熱功能；最后通過技術(shù)優(yōu)化調(diào)整，對干式變壓器繞組等重要位置進行冷卻設(shè)備的加裝，依靠溫控儀等設(shè)備來對配電室內(nèi)的通風等進行科學調(diào)整，讓配電室內(nèi)干式變壓器的溫度一直保持在合理范圍區(qū)間，盡可能提升設(shè)備的使用年限。

以上便是干式變壓器在使用過程中常出現(xiàn)的一些故障和處理方式。實際上，目前所總結(jié)的處理方法，都是基于之前處理問題的經(jīng)驗之上，仍然存在有很大的優(yōu)化創(chuàng)新空間，應當需要對此進行重視。

3 結(jié)束語

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(yōu)勢，因此在國內(nèi)配電工程中，一直占據(jù)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(tǒng)且長期性的工作，相關(guān)從業(yè)人員必須要深刻了解干式變壓器的工作原理以及結(jié)構(gòu)特征，認識當前較為常見的干式變壓器運行故障，掌握相關(guān)的故障排除技術(shù)，只有這樣，才能讓干式變壓器在我國使用的過程中發(fā)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(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。