變壓器常見的過熱故障及處理對策

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，今天國電中星就電力變壓器過熱故障進(jìn)行分析，并對電力變壓器過熱故障的防范措施進(jìn)行探討，以減少變壓器過熱故障的發(fā)生，提高電網(wǎng)運行可靠性。

電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的設(shè)備，它的安全運行與與否直接關(guān)系著電網(wǎng)系統(tǒng)運行是否安全穩(wěn)定。變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障，他對變壓器的安全運行和使用壽命有著嚴(yán)重的威脅。

　　變壓器常見的過熱故障

　　1、變壓器過熱故障的分類

　　變壓器運行時有空載損耗和負(fù)載損耗產(chǎn)生，這些損耗變壓器繞組、鐵心及結(jié)構(gòu)件本身的溫度。這些損耗轉(zhuǎn)化為熱量后，提高了繞組、鐵心及周圍介質(zhì)等溫度。發(fā)熱體周圍介質(zhì)溫度的升高，再通過油箱和冷卻裝置對環(huán)境空氣散熱。

　　當(dāng)各部分的溫差大到能使產(chǎn)生的熱和散出的熱平衡時，即達(dá)到了平衡狀態(tài)，各部位的溫度不再變化；反之，變壓器中任何一個部位其發(fā)熱量與散熱量不能平衡時，就產(chǎn)生了過熱。

　　過熱故障按發(fā)生的部位可以分為內(nèi)部過熱故障和外部過熱故障。內(nèi)部過熱故障包括繞組、鐵心、油箱、夾件、有載分接開關(guān)及引線等部件過熱；外部過熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開關(guān)的驅(qū)動控制裝置及其他外部組件過熱故障。

　　根據(jù)變壓器過熱故障性質(zhì)可分為以發(fā)熱異常為主的發(fā)熱型過熱故障和以散熱為主的散熱異常型過熱故障，而發(fā)熱異常型過熱故障可分為電流（主要指環(huán)流和渦流）異常型過熱故障和電阻異常型過熱故障。

　　2、變壓器過熱故障

　　2.1鐵心過熱故障

　　變壓器鐵心過熱故障是變壓器常見的一種故障，通常是由于設(shè)計、制造工藝等質(zhì)量問題以及其他外界因素引起的鐵心多點接地或短路產(chǎn)生。

　　2.2繞組過熱故障

　　變壓器繞組損耗通常包括直流電組損耗、繞組附加損耗以及金屬構(gòu)件中的雜散損耗。這些損耗不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時會引起變壓器繞組過熱。

　　2.3引線分流故障

　　由于引線安裝工藝問題，使高壓套管的出線電纜與套管內(nèi)的銅管相碰，或接觸部位受力摩察等引起引線過熱故障。

　　2.4分接開關(guān)過熱故障

　　分接開關(guān)動、靜觸頭接觸不完全造成鋤頭表面腐蝕、氧化，使觸頭之間接觸電阻過大造成過熱事故。

　　變壓器過熱故障原因分析

　　1鐵心過熱原因

　　鐵心多點接地造成鐵心過熱。變壓器正常運行時，各繞組、引線與油箱間將產(chǎn)生不均勻電場，鐵心和夾件等金屬結(jié)構(gòu)件就處于該電場中，由于他們所處的位置不同，因此所有的懸浮電位也不同，當(dāng)兩點間的懸浮電位達(dá)到能夠擊穿期間的絕緣時便產(chǎn)生火花放電。這種放電可以使變壓器油分解，長此以往，會逐漸損壞變壓器絕緣，導(dǎo)致事故發(fā)生。

　　為了避免這種情況的發(fā)生，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電力變壓器鐵心、夾件等金屬構(gòu)件應(yīng)通過又像可靠接地。當(dāng)鐵心一點接地就可保證整個貼心處于零電位。而當(dāng)鐵心兩點或兩點一上接地時則在接地點就會形成閉合回路，并與鐵心的交變磁通相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓在鐵心及其它處于零電位的金屬結(jié)構(gòu)件形成的回路中產(chǎn)生數(shù)十安的電流或環(huán)流，由此引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，還可能使節(jié)底片熔斷或燒壞鐵心，產(chǎn)生放電。

　　造成鐵心多點接地的主要原因有：

　　1）鐵心夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮或損壞或箱底沉積污泥及水分，使絕緣電阻下降，引起鐵心多點接地；

　　2）鐵心墊片邊緣有尖角毛刺、翹曲或不整齊和相鄰的夾件、墊腳安裝疏忽，使鐵心與相鄰金屬構(gòu)件之間短接，形成環(huán)流引起局部過熱；

　　3）變壓器運輸中，由于碰撞、振動使部分鐵心疊片竄出或移位，導(dǎo)致與鄰近結(jié)構(gòu)件祥鵬和多點接地；

　　4）鐵心部分硅鋼片碰傷、翹曲或加工毛刺大，使鐵心疊片局部短路，產(chǎn)生渦流導(dǎo)致鐵心局部過熱；

　　5）由于鐵心結(jié)構(gòu)和加工質(zhì)量問題，使鐵心接縫氣隙大，在鐵心結(jié)合部位產(chǎn)生磁通或諧波刺痛而引起局部磁通畸變和鐵心局部過飽和，而造成局部損耗增大鐵心過熱。

　　2.繞組過熱的原因

　　1）為了降低變壓器損耗，各制造廠采用了帶有統(tǒng)包絕緣的換位導(dǎo)線繞制變壓器繞組，由于換位導(dǎo)線生產(chǎn)技術(shù)不成熟，導(dǎo)致?lián)Q位導(dǎo)線運行十年左右出現(xiàn)統(tǒng)包絕緣膨脹，段間油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴(yán)重老化，以致發(fā)糊、變脆，在長期電磁震動下，絕緣脫落，局部漏銅，形成匝間（段間）短路，導(dǎo)致變壓器燒損事故。

　　2）變壓器漏磁導(dǎo)致過熱。變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無論是主磁通或漏磁通，可以分為軸向分量和徑向分量，軸向分量分布較簡單，沿繞組高度變化較小，徑向分量繞組高度分布復(fù)雜，由它引起的渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器容量的變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化。

　　尤其在端部變化大，其最大值出現(xiàn)在端部附近，由于變壓器的內(nèi)繞組離鐵心近，漏磁的徑向值高于外繞組。在大型變壓器中，由于漏磁密度高，所以產(chǎn)生的雜散損耗很大，有時可達(dá)數(shù)百千瓦，導(dǎo)致過熱。

　　3）繞組換位不合適，使漏磁場在繞組各種并聯(lián)導(dǎo)體感應(yīng)電勢不同，各并聯(lián)導(dǎo)體存在電位差，產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流和工作電流在一部分導(dǎo)體中相加，在另一部分導(dǎo)體中相減，被疊加的導(dǎo)體電流過大，引起鐵心過熱。

　　4）繞組匝間有小毛刺、漏銅點等材料本身的質(zhì)量不良問題，雖不構(gòu)成匝間短路，但會形成緩慢發(fā)熱，以致油溫升高，最終產(chǎn)生過熱。

　　4分接開關(guān)過熱的原因

　　在有載調(diào)壓變壓器中，特別是調(diào)壓頻繁、負(fù)荷電流較大的變壓器，在頻繁調(diào)解過程中出現(xiàn)鋤頭之間的磨損、腐蝕，造成觸頭之間的接觸壓力下降，接觸壓力減小，使接觸電阻增大，導(dǎo)致觸頭發(fā)熱量增加，發(fā)熱又進(jìn)一步加速觸頭氧化腐蝕甚至機械變形，形成惡性循環(huán)，若不及時處理，會造成變壓器燒毀事故。

　　過熱故障的判斷

　　1外觀檢查

　　根據(jù)變壓器正常運行與異常時的聲音、氣味、外殼發(fā)熱情況以及變壓器外部保護裝置等信號來檢查。即檢查變壓器外觀各組部件所處的工作狀態(tài)（如溫度指示值的大小、儲油柜油位是否正常、氣體繼電器內(nèi)是否有氣體、油箱有無滲漏油及主導(dǎo)流接觸部位有無松動、變色等），并結(jié)合已取得的數(shù)據(jù)資料或歷史數(shù)據(jù)、出廠數(shù)據(jù)等進(jìn)行初步分析判斷。

　　2內(nèi)部故障判斷

　　根據(jù)變壓器內(nèi)部故障現(xiàn)象和外部檢查情況，可對外部組件本身或引線接頭不良等的外部缺陷進(jìn)行直接處理。對內(nèi)部鼓掌通過對變壓器油色譜分析、電氣性能試驗、絕緣特性試驗等內(nèi)容綜合分析判斷。

　　2.1油中溶解氣體分析法

　　絕緣油是有許多不同分子量的碳?xì)浠衔锝M成的混合分子，當(dāng)有電和熱故障時可以使某些C—H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生成少量的活潑的氫原子核不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔锏淖杂苫?，這些氫原子和自由基通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合形成烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固體顆粒及碳?xì)渚酆衔铮╔-臘）。故障初期，所形成的氣體溶解于油中；當(dāng)故障能量較大時，也可能聚集游離氣體。

　　乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約為5000C）產(chǎn)生的，（在較低溫度時也有少量產(chǎn)生）。乙炔一般在8000C--12000C溫度下生成，而且溫度較低時，反應(yīng)迅速的被抑制，作為重新化合的穩(wěn)定產(chǎn)物而積累。因此，大量以確實在電弧的弧道中產(chǎn)生。在較低溫度時也會有少量的乙炔生成。油氧化時會生成少量的CO和CO2，并且會長期集聚，可以作為故障特征氣體。

　　固體絕緣材料分解時生成大量的CO和CO2及少量烴類化合物，同時油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。分解出的氣體形成氣泡，不斷溶解于油中。這些故障氣體的組成與含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切的關(guān)系。

　　電力變壓器過熱故障及預(yù)防措施

　　根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》除了根據(jù)上述特征氣體法來推斷變壓器故障類型，還可以通過三比值法（詳見標(biāo)準(zhǔn)）：三比值編碼原則和三比值故障類型判斷方法進(jìn)一步分析確定變壓器故障類型及部位。

　　應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)用三比值法診斷時，有時會出現(xiàn)“編碼缺損”的情況，即根據(jù)編碼原則和分類方法得到的編碼超出了已知編碼列表，特別是多種故障并存時很難判定故障性質(zhì)，需進(jìn)一步借助判斷故障類型的其他方法。例如：四比值法和模糊數(shù)學(xué)等方法。

　　2.2電氣試驗

　　1）測量繞組直流電組。通過測量繞組直流電組可以方便有效的檢查繞組縱絕緣和導(dǎo)電回路連接狀況，通過試驗發(fā)現(xiàn)變壓器繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關(guān)和導(dǎo)線接頭接觸不良等故障，同時還能判斷直流電組是否平衡、調(diào)壓分接開關(guān)檔位是否有效。若將繞組直流電組織與往年試驗結(jié)果相比較，相互間差別應(yīng)不大于2%，并且三相電阻實測值排序不應(yīng)改變，由此可以判斷導(dǎo)電回路是否存在故障和缺陷。

　　2）測量短路阻抗和負(fù)載損耗，通過所測數(shù)據(jù)與出廠試驗值相比較，可判斷變壓器繞組是否變形或錯位，結(jié)構(gòu)件是否存在渦流或環(huán)流集中引起的過熱缺陷。通常阻抗電壓值不應(yīng)超過出廠試驗值的-2%~+2%。

　　3變壓器器身檢查

　　利用上述方法診斷變壓器內(nèi)部故障和部位，為驗證判斷結(jié)果和正確處理故障，須進(jìn)行變壓器內(nèi)部故障檢查。對大型變壓器，由于受現(xiàn)場設(shè)備限制不能吊心時，可以抽出一定數(shù)量的油從人控入內(nèi)檢查；對小型變壓器，側(cè)可以通過吊心認(rèn)真檢查。檢查是為了避免變壓器器身受潮，應(yīng)盡量縮短器身暴露在空氣中的時間。內(nèi)部檢查主要項目有：

　　3.1繞組檢查

　　1）檢查相間隔板和圍屏(宜解開一相)有無破損、變色、變形、放電痕跡，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)打開其它兩相圍屏進(jìn)行檢查；

　　2）檢查繞組表面是否清潔，匝絕緣有無破損；

　　3）檢查繞組各部墊塊有無位移和松；

　　4）檢查繞組絕緣有無破損、油道有無被絕緣、油垢或雜物(如硅膠粉末)堵塞現(xiàn)象；

　　5）檢查繞組絕緣繞組絕緣狀況。

　　3.2鐵芯檢查

　　1）檢查鐵芯外表是否平整，有無片間短路或變色、放電燒傷痕跡，絕緣漆膜有無脫落；

　　2）檢查鐵芯上下夾件、方鐵、繞組壓板的緊固程度和絕緣狀況，絕緣壓板有無爬電燒傷和放電痕跡；

　　3）檢查壓釘、絕緣墊圈的接觸情況；

　　4）用專用扳手緊固上下鐵芯的穿心螺栓，檢查與測量絕緣情況；

　　5）檢查鐵芯電場屏蔽絕緣及接地情況；

　　6）檢查疊片有無竄動、上下變形。

　　2.3其他檢查

　　1）檢查調(diào)壓開關(guān)觸頭有無過熱、放電痕跡；

　　2）引線接觸部位有無發(fā)熱痕跡，引線有無斷線、燒熔；

　　3）有無金屬焊渣、粉末等異物。

　　處理對策

　　根據(jù)引起過熱的原因不同而采取不同的處理辦法。

　　1由于繞組結(jié)構(gòu)原因引起的低壓繞組過熱，宜將變壓器的低壓繞組改為雙螺旋結(jié)構(gòu)；

　　2正確連接引線和分接開關(guān)，上緊螺帽防止松動、發(fā)熱；

　　3對冷卻器管道堵塞引起的過熱，應(yīng)定期用壓縮空氣或水清洗冷卻器管；

　　4為避免引線和套管銅管靠接后出現(xiàn)過熱可采取以下兩種措施：

　　4.1不改變目前引線絕緣包扎方式，在每臺產(chǎn)品試裝時，準(zhǔn)確裁截引線電纜長度，做到引線長度與套管的準(zhǔn)確配裝。

　　4.2改變電纜陰險的絕緣包扎方式。在總裝時，保持引線電纜絕緣的完整，不允許有絕緣松脫露銅現(xiàn)象。這樣引線裝配后，即使引線和銅管靠接，回路將由絕緣隔開而難于閉合，組織電流流通和過熱。

　　5為防止漏磁而引起的過熱，可在變壓器油箱內(nèi)壁及繞組鋼脫板上加裝磁屏蔽。這樣可以讓漏磁通盡可能的通過導(dǎo)磁性能較好的磁屏蔽裝置，而不穿入油箱內(nèi)部的鋼板，從而避免了在油箱壁中產(chǎn)生大的損耗，引起油箱局部過熱。

　　6加強管理，避免由于管理不善等原因而引起的過熱事故。對強油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個可靠的電源，并有自動切換裝置，定期進(jìn)行切換試驗，信號裝置齊全、可靠。

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