某變配電所干式變壓器燒損原因和應對措施

武 驥

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

干式變壓器由于運行環(huán)境的局限性，極易出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象，鐵芯、繞組過熱嚴重影響設備絕緣，出現(xiàn)通風散熱不良，潮濕等情況，會加劇設備內部發(fā)熱。干式變壓器發(fā)熱不容忽視，應根據(jù)發(fā)熱的基本的原理和常見的原因妥善處理，以免出現(xiàn)事故，嚴重影響設備安全運行。

1 干式變壓器發(fā)熱的主要原因

1.1 變壓器絕緣電阻下降

（1）由于受潮引起絕緣下降。目前管內變配電所已全部更換為樹脂澆注式干式變壓器，通過樹脂將繞組密封，因此其絕緣電阻的下降大多是由繞組表面樹脂破壞或部分絕緣材料受潮引起。當干式變壓器在使用過程中受潮時，由于水中有腐蝕物質，使漆包線發(fā)霉變質、絕緣漆脫落或絕緣程度下降，造成匝間、層間出現(xiàn)放電現(xiàn)象，從而造成匝間短路或層間短路。出現(xiàn)短路時一般先發(fā)熱，再出現(xiàn)異味、冒煙，所以當干式變壓器出現(xiàn)異味時，應馬上停電檢查原因。

（2）由于環(huán)境污染引起的絕緣下降。目前管內變配電所、分區(qū)所所處位置臨近煤礦、公路，煤灰污染嚴重，春夏季還存在柳絮、楊絮進入間隔的現(xiàn)象，設備清掃周期長于污染周期，存在污染物引起設備絕緣下降的隱患，造成沿面放電。

1.2 鐵芯發(fā)熱

（1）鐵芯質量及內部絕緣問題。干式變壓器鐵芯由硅鋼片疊加制成，當在制作過程中由于硅鋼片質量問題，會存在鐵芯磁密度不夠，容易飽和，運行過程中鐵芯發(fā)熱，從而影響變壓器負載能力，硅鋼片在膠合時由于施工問題出現(xiàn)空隙，會造成內部局部放電，出現(xiàn)過熱。

（2）鐵芯存在多點接地的情況。鐵芯多點接地主要是鐵芯距離金屬外殼絕緣距離不足，固定螺栓安裝方向錯誤造成與鐵芯絕緣距離不足，鐵芯的絕緣受潮或損傷，其他異物搭接造成鐵芯接地。鐵芯多點接地時，鐵芯內部存在環(huán)流，環(huán)流相當于小范圍短路，而短路部分存在電阻，因此當有環(huán)流時會造成鐵芯發(fā)熱。當多點接地且長時間未處理，變壓器連續(xù)運行，鐵芯不正常的發(fā)熱將會影響鐵芯內部絕緣，進而引起更嚴重的鐵芯過熱，鐵芯將燒毀，嚴重時甚至使變壓器發(fā)生事故。

1.3 繞組發(fā)熱

繞組發(fā)熱的原因有：①在制造過程中銅線截面積選擇不合理，導致投運后當有沖擊負載或涌流時發(fā)熱量較大；②設計與運行環(huán)境不匹配，運行負荷大，但空間小，散熱差造成過熱；③每年的周期性檢修試驗過程中由于人員素質問題，在檢修設備上遺留短接線、保險絲、金屬工具造成繞組短路；④繞組外部安裝的溫度檢測元件由于接觸不良造成短接，引起繞組發(fā)熱。

1.4 通風散熱系統(tǒng)不良

干式變壓器暴露在空氣中，通過空氣流通與配電室工業(yè)空調來調節(jié)設備熱量，沒有直接的柜體散熱裝置，柜體只有密閉觀察窗，無法進行很好的溫度傳輸，變壓器運行中會產生一定的銅損和鐵損，轉化為變壓器繞組和鐵芯的熱量，發(fā)熱過大時需要持續(xù)散熱，而目前管內配電柜只有自動加熱系統(tǒng)，無法進行有效散熱。當變壓器繞組溫度升高到一定程度，勢必會破壞系統(tǒng)的絕緣性能，導致絕緣件老化。因此，需要盡量降低變壓器繞組的運行溫度。

1.5 變壓器負荷三相不平衡

（1）增大干式變壓器損耗。干式變壓器有銅損和鐵損兩種損耗，鐵損一般不變，銅損會根據(jù)負載的變化而變化。當三相負荷不平衡運行時，會造成相電流過大，從而造成繞組過熱，加快干式變壓器老化，絕緣性能下降，減少干式變壓器使用壽命，甚至燒毀繞組。同時三相不平衡條件下運行的干式變壓器會產生零序磁通，零序磁通流經金屬部件組成的回路，而鋼材料不具備導磁的功能，所以會存在磁滯現(xiàn)象和渦流損耗，使鋼材部件發(fā)熱，導致變壓器溫升過快。

（2）增加線路損耗。變壓器三相負荷不平衡度不應大于15%，只帶少量單相負荷的三相變壓器中性線電流不應超過額定電流的25%。三相負荷不平衡會產生零序磁通，零序磁通在中性線上會變?yōu)橹行跃€電流，不但相線會有損耗，同時中性線也會產生損耗，從而就會增加線路損耗。目前所內負荷大多采用三相四線制，在三相負荷平衡時線路的功率損耗最小，當三相負荷失衡的狀態(tài)下運行時，線路中的失衡電流產生的附加損耗就會使線路中的功率增加，從而造成線路發(fā)熱，增加線路損耗，也加大對線路的沖擊。

（3）縮短負載壽命。當出現(xiàn)負荷不平衡時，較大負荷會沖擊用電設備，加速部件的更換頻率，也就增加設備維護的成本，對于變配電設備而言，在三相負載不平衡條件下運行時，各相的輸出電流是不等會導致其內部三相壓降不相等，從而造成輸出電壓三相不平衡，當電壓不平衡時容易造成電壓高的一相所帶用戶設備燒壞，而電壓低的一相所帶用戶用電設備則可能無法使用。所以三相負載不平衡運行時，將嚴重影響負載運行質量與運行安全。

2 事故調查分析情況

2.1 事故概況

兩起事故發(fā)生間隔時間9 個月，燒損型號同為SCB10-80/10環(huán)氧澆注干式變壓器，容量為80 kV·A，1#SB 出現(xiàn)單相接地故障，造成繞組燒損，2#SB 出現(xiàn)運行溫度過高，繞組燒損的現(xiàn)象。

2.2 事故調查

2.2.1 關聯(lián)事件

調查發(fā)現(xiàn)該所為施工改造所，在室外場地開挖過程中由于管控不到位，在雷雨季節(jié)出現(xiàn)雨水倒灌入配電室電纜溝，后續(xù)只是進行了排水而沒有有效的干燥。

該所由于離站區(qū)較遠，供暖設備無法滿足生活供暖，后勤為保障員工供暖增加石墨烯壁掛加熱裝置，但施工過程中沒有與生產部專業(yè)負責人溝通，造成負荷全部接在一相上。在退出所有壁掛裝置時所內三相負荷為A：7 A，B：6 A，C：9 A，不平衡度為23%，由于負荷不大，紅外測溫，變壓器鐵芯運行溫度37 ℃，當壁掛裝置投入運行時，負荷為A：7 A，B：37 A，C：9.2 A，不平衡度為117%，嚴重不平衡，鐵芯運行溫度67 ℃。

2.2.2 測試數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 1#SB 數(shù)據(jù)對比

2#SB 直流電阻與變比測試無明顯變化，絕緣由于燒損嚴重，只能單相對地測量，每相絕緣電阻只有幾千歐，絕緣不合格。

2.2.3 推論

（1）電纜溝進水受潮同時由于通風換熱不滿足要求，造成設備絕緣下降，大負荷時繞組發(fā)熱。

（2）三相負荷嚴重不平衡，造成零序電流過大，中性線發(fā)熱。當采用F 級絕緣材料，極限工作溫度在155 ℃時，最高溫升應小于100 ℃，最高運行溫度不足以使設備燒損，但由于設備內部受潮，絕緣性能下降，綜合因素影響下存在設備燒損的可能性。

（3）設備質量問題，設備運行3 年，負荷相對較小，可能制造中存在內部絕緣層未干燥就進行后續(xù)加工，造成內部輕微放電逐漸擴大為設備燒損。

3 應對措施

3.1 制定關于干式變壓器運行管理制度

將所用變負荷監(jiān)測納入日常巡視中，每日對運行變壓器進行紅外測溫一次，同時嚴防配電室進水受潮。當干式變壓器受潮后，應及時進行烘干，每周打開防火門進行通風換熱，保證配電室干燥。兩路交流供電互為熱備用，實行單、雙月輪換運行，每月1 日進行切換，單月1#電源運行，雙月2#電源運行。

3.2 加強標準化作業(yè)管理

檢修作業(yè)過程中嚴格執(zhí)行標準化作業(yè)，做好設備修后復檢工作，由小組負責人、工作領導人、工隊管理人員、變電所值班員多環(huán)節(jié)把控，消除設備內部遺留物，防止鐵芯多點接地。同時使用標準件，防止螺栓過長造成的絕緣距離不足的現(xiàn)象。當試驗過程中發(fā)現(xiàn)絕緣不足的問題時要分步對單個繞組、夾件、穿心螺桿、絕緣層等對地測量絕緣電阻，確認絕緣不足的部位。

3.3 加強管控繞組溫度

監(jiān)測變壓器繞組運行溫度，利用紅外測溫進行準確記錄，發(fā)現(xiàn)過熱時及時統(tǒng)計當時運行負荷，并切換交流電源系統(tǒng)，當確定是由于負荷原因時及時調整用電負荷。同時在配電室安裝溫濕度計，在夏季實時關注室內溫度，及時投入配電室工業(yè)空調，并定時打開配電室門進行通風，降低環(huán)境溫度，以便于變壓器散熱。檢修時徹底清掃變壓器繞組、鐵芯、絕緣層上的積灰，有利于變壓器散熱。

3.4 利用科技手段防止變壓器過熱

（1）安裝弧光裝置?；」庋b置具備故障自動定位功能，安裝在柜內能夠在設備發(fā)生故障時，準確定位故障點，確認發(fā)生弧光具體位置，同時對系統(tǒng)進行自檢，發(fā)出告警信號，及時通知值班員退出系統(tǒng)。

（2）加裝溫度監(jiān)測單元。目前溫濕度計裝在上柜，通過感應器能夠在溫度降低時啟動加熱器，在后柜加裝溫度監(jiān)測單元能夠通過傳感探針、熒光光纖、測溫裝置等進行監(jiān)測溫度，同時探針直徑小于3 mm，能夠監(jiān)測-20～150 ℃，測量精度為±1 ℃，能夠在電磁環(huán)境中運行，可以接入現(xiàn)有綜自系統(tǒng)，自動監(jiān)測設備運行。

（3）創(chuàng)新改造后柜觀察窗。設計制作可視化后柜排風裝置，利用工業(yè)排風扇，從前柜交流電源取電，利用現(xiàn)有溫濕度控制器節(jié)點，當溫度低時能夠開啟加熱器，當溫度過高時能夠導通排風電路，同時兼具觀察內部運行情況與通風換熱的功能。

（4）按周期增加局放試驗。增加空氣柜局部放電試驗監(jiān)測，通過局部放電試驗發(fā)現(xiàn)常規(guī)性檢修試驗不易發(fā)現(xiàn)的隱患點，及時進行消除，防止由于局部放電造成設備損壞范圍擴大。

3.5 加強負荷管理

（1）提高對電力變壓器三相負荷的監(jiān)測并納入日常變配電所管理條例與考核體系。

（2）加強變配電所生活用電的接入管理制度，保證三相負荷分配的合理性與平衡度。

（3）重點關注零序電流，利用電度表在負荷高峰時段關注零序電流，發(fā)現(xiàn)不平衡度超過25%時，要進行調整，安裝時要合理選擇中性線截面。

4 結語

通過以上手段能夠更科學規(guī)劃配電所低壓負荷分布，規(guī)范對負荷基礎資料的收集整理，同時通過對事故的分析找出可能的原因，以點帶面，完善變配電運營管理辦法，更有效的保障干式變壓器運行安全。