王 寧 朱可晴

(特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、前言

隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，電力變壓器的市場競爭越來越激烈，如何在保證變壓器可靠性的前提下降低成本，成為保證經(jīng)濟效益的前提。因此，分析變壓器內(nèi)部絕緣故障發(fā)生的原因具有非常重要的意義。

二、絕緣中的故障

(一)制造工藝方面

變壓器相間絕緣距離沒有足夠的裕度時可能產(chǎn)生相間短路。此種短路故障可能由于相間加入相間隔板而改變了變壓器內(nèi)部的電場分布，從而引起油隙及隔板的場強過高。絕緣筒、絕緣成型件等絕緣件在制造過程中，有時因其表面存有污穢導(dǎo)致沿面放電，從而使絕緣材料失效。絕緣件吸附氣體?？蓪?dǎo)致氣體電離，介質(zhì)產(chǎn)生過熱，甚至引起絕緣擊穿。絕緣結(jié)構(gòu)中有“尖角油隙”時，該部位的電場強度較高，可能會產(chǎn)生局部放電。如果木質(zhì)的引線支架及導(dǎo)線夾未經(jīng)充分干燥及油浸，則水分的存在將產(chǎn)生橋路而導(dǎo)致分接引線的擊穿。

(二)運行方面

由于呼吸作用使水分和潮氣進入變壓器油中，油的耐電強度就會大大降低，從而可引起線圈對油箱或?qū)﹁F心構(gòu)件的擊穿。變壓器長時間過載可引起變壓器油的老化，油溫過高會加速油泥、水分及酸的生成。變壓器油中懸浮著導(dǎo)電粒子，它們在具有電位差的裸導(dǎo)體之間形成小橋進而引起暫時的擊穿，如油中終端引線之間、終端引線對油箱或鐵心結(jié)構(gòu)之間的閃絡(luò)等。隨著變壓器運行時間的增長，油箱內(nèi)的油面可能下降。若不能保證油面處于規(guī)定位置，則變壓器可能因冷卻油的循環(huán)受到限制而產(chǎn)生過熱。當(dāng)油面降至上導(dǎo)油管管口之下時，就更容易發(fā)生這種情況。應(yīng)該指出，變壓器絕緣中的局部放電多發(fā)生在高壓引線處，幾乎不發(fā)生在匝間或餅間。在變壓器絕緣結(jié)構(gòu)上、工藝上采取措施，降低局部放電量，對于改善絕緣壽命具有重要有意義。

三、線圈中的故障

(一)制造工藝方面

線圈在繞制、加工干燥、套裝等工藝過程中，若換位、出頭、焊頭等處理不當(dāng)，均可造成線圈短路故障。在變壓器干燥處理過程中，處理時間不足，或者線圈干燥處理后放置時間較長，吸收了周圍的潮氣，即當(dāng)變壓器線圈的絕緣電阻比設(shè)計值低時，施加正常電壓或試驗電壓后，匝間絕緣可能被擊穿。也就是說，線圈絕緣中滲入水分，那么遲早要發(fā)生匝間短路，因此而產(chǎn)生的擊穿將重復(fù)發(fā)生并更加危險。對于獨立線圈，尤其是高壓連續(xù)式線圈，其幅向尺寸與軸向尺寸的比值較大，在線圈的內(nèi)徑側(cè)可能會產(chǎn)生過熱點，使導(dǎo)線絕緣脆化，引起匝間短路。若幅向油道尺寸很小，則這種危險性就更大了。對于糾結(jié)式線圈，由于匝間、段間電位差較大，糾結(jié)線需要焊接，焊點較多，這些均可能造成絕緣弱點和過熱。在線圈繞制過程中，進行導(dǎo)線換位，從而使每根導(dǎo)線在漏磁場中處于相同的位置，否則每根并聯(lián)導(dǎo)線承擔(dān)的負載不均，會引起某些導(dǎo)線產(chǎn)生過熱，加速絕緣老化，造成變壓器線圈匝間短路。如果變壓器線圈接頭焊接質(zhì)量不佳，則變壓器在負載時可能使線圈產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致變壓器油的局部炭化。接頭處產(chǎn)生的熱量可傳導(dǎo)到線圈的一段導(dǎo)線上，并可使導(dǎo)線的絕緣局部炭化，最終導(dǎo)致匝間短路。這樣的接頭遲早要斷開而造成線圈斷路。

(二)運行方面

目前線圈一般采用同心式，若它們的安匝不平衡，則除了產(chǎn)生幅向力外，還產(chǎn)生作用于線圈的軸向力。特別是對于低阻抗的變壓器，該軸向力常引起端部線段變形。當(dāng)受到嚴重的外部短路，特別是發(fā)生三相短路時，在短路電流瞬時峰值作用下，線圈即使不會立即發(fā)生絕緣擊穿，也可能因永久變形而造成嚴重的故障隱患。線圈遭受短路電流沖擊次數(shù)越多，承受短路電流峰值的概率就越多，越有可能導(dǎo)致線圈變形，出現(xiàn)惡性循環(huán)，導(dǎo)致線圈位移及其壓緊裝置的損壞。當(dāng)然線圈某一線段的一匝或多匝導(dǎo)線可能發(fā)生錯位，由此可能造成匝間短路。線匝產(chǎn)生錯位后并不一定就發(fā)生擊穿現(xiàn)象。但變壓器在負載運行期間，由于電磁力的作用而產(chǎn)生振動，因此，當(dāng)變壓器反復(fù)遭受嚴重的電磁力沖擊時，相鄰錯位線匝的絕緣由于摩擦可能導(dǎo)致?lián)舸┈F(xiàn)象。在不同程度上遭受迅速的負載波動時，線圈導(dǎo)線的膨脹和收縮將使匝間絕緣上所承受的機械力交替的增大或減小。大多數(shù)絕緣的機械強度均隨著機械壓力的增加而降低，所以變壓器遭受電或磁的沖擊時，其線圈極易發(fā)生損傷。匝間短路、線圈對地短路可能由以下幾個原因引起：

①當(dāng)雷電波侵入變壓器時，線圈端部線段的電位差增大。由于變壓器與線路之間的過度點處沖擊阻抗有變化，因此產(chǎn)生電壓和電流的反射，結(jié)果在變壓器線圈中引起高電壓，使靠近線路端的若干線段受害最重。由于在線圈的其它部分可能繼續(xù)產(chǎn)生高電壓，所以亦可能發(fā)生擊穿。

②由沖擊波引起的過電壓可能在以下各點增強：線圈中沖擊阻抗產(chǎn)生變化的任意點，例如加強導(dǎo)線的末端；串聯(lián)線圈的聯(lián)線及中性點。為了盡可能的避免匝間短路，對以上絕緣應(yīng)加強絕緣。

③當(dāng)把變壓器的二次線圈開路，一次線圈斷開，變壓器的勵磁電流，隨著鐵心中磁通趨于迅速消失。但有時確實衰減很快，其衰減速率與周期變化率相比要大得多，結(jié)果有時在變壓器中產(chǎn)生高壓升高。嚴重的過載可在變壓器中引起高溫，造成線圈絕緣變脆，同時可能產(chǎn)生導(dǎo)線絕緣脫落因而導(dǎo)致匝間短路。變壓器油中產(chǎn)生的油泥將沉積在箱底、線圈及鐵心構(gòu)件上。沉積物對變壓器線圈及鐵心產(chǎn)生覆蓋作用，影響散熱，而且使過熱越來越嚴重。

四、結(jié)束語

由以上分析可知，變壓器發(fā)生的故障與運行維護有關(guān)，而大部分與制造有關(guān)，因此，我們有必要在變壓器設(shè)計制造時對內(nèi)部絕緣的薄弱部分采取適當(dāng)?shù)拇胧?，從而延長變壓器的使用壽命。