梁 軍

廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340

0 引言

水電站主變壓器在運(yùn)行過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)故障，如短路、斷路、著火等，進(jìn)而損害部件，加速部件老化。因此，有必要對(duì)主變壓器采取電氣保護(hù)措施，在選材、設(shè)備安裝、運(yùn)行過(guò)程等方面加強(qiáng)保護(hù)，并做好主變壓器的日常養(yǎng)護(hù)工作。

1 水電站主變壓器常見(jiàn)故障及其原因分析

1.1 絕緣材料老化引起故障

為了避免發(fā)生觸電事故，水電站所使用的主變壓器內(nèi)部采用了一定數(shù)量的絕緣材料，其中包括絕緣層與絕緣油。絕緣材料的主要功能是防止主變壓器內(nèi)部金屬設(shè)施氧化，并且降低電離強(qiáng)度，避免變壓器內(nèi)部出現(xiàn)短路現(xiàn)象。但是隨著主變壓器的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，內(nèi)部的絕緣層會(huì)由于氧化、磨損等出現(xiàn)老化現(xiàn)象，絕緣材料表面會(huì)出現(xiàn)發(fā)黃、發(fā)黑等現(xiàn)象，韌性也會(huì)有所下降。絕緣油在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)與空氣、水分等接觸，其絕緣性也會(huì)有所下降，如果繼續(xù)使用絕緣性能下降的絕緣油，主變壓器內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)短路、著火等問(wèn)題。

經(jīng)研究結(jié)果顯示，當(dāng)主變壓器超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部所使用的絕緣材料就會(huì)加速老化。在變壓器制造行業(yè)，對(duì)其所使用的絕緣材料有所限定，絕緣材料的壽命應(yīng)當(dāng)在15～20年，若過(guò)度使用，則會(huì)使其使用壽命縮短約20%。主變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部加上安全工作電壓，當(dāng)絕緣材料老化時(shí)，其所能能承受的電壓強(qiáng)度會(huì)下降，可能導(dǎo)致絕緣材料被擊穿。除此之外，絕緣層與絕緣油氧化過(guò)程中，表層還會(huì)粘上其他雜質(zhì)，雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致主變壓器內(nèi)部出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下，可能會(huì)致使整個(gè)變壓器功能喪失。

1.2 繞組部位出現(xiàn)故障

繞組部位是主變壓器的重要部件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)電壓的改變，是整個(gè)主變壓器的核心部件。繞組部件在主變壓器運(yùn)行過(guò)程中承擔(dān)的功能性任務(wù)較多，也較為容易出現(xiàn)故障，其常見(jiàn)故障為繞組短路、繞組斷路、繞組金屬絲變形松動(dòng)，以及物理因素所導(dǎo)致的繞組金屬絲損壞。

（1）當(dāng)繞組部件內(nèi)部出現(xiàn)短路時(shí)，其金屬絲兩段所加電壓數(shù)值會(huì)極速上升，部件溫度也隨之上升，短路極有可能導(dǎo)致部件燒損，在嚴(yán)重情況下，繞組部件還有可能發(fā)生爆炸。因此，在處理繞組短路故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)立刻予以斷電操作。

（2）繞組斷路則是在電力系統(tǒng)中發(fā)生的另外一種故障，其主要表現(xiàn)為繞組部件兩段所加電壓變?yōu)榱?，整個(gè)主變壓器停止工作。導(dǎo)致繞組斷路的原因有很多，主要原因是內(nèi)部金屬絲斷裂、導(dǎo)線(xiàn)斷裂等。繞組斷路會(huì)影響主變壓器的正常運(yùn)行，進(jìn)而會(huì)對(duì)水電站的工作進(jìn)度造成干擾，因此，一旦出現(xiàn)繞組斷路，應(yīng)當(dāng)立刻對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行排查。

（3）繞組內(nèi)部的金屬絲也容易出現(xiàn)故障。為了保持良好的導(dǎo)電性質(zhì)，對(duì)于金屬絲的材質(zhì)與直徑大小都有較為具體的規(guī)定，由于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致的磨損或者外界的震動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致繞組部件內(nèi)部的金屬絲發(fā)生變形、松動(dòng)的現(xiàn)象，金屬絲的變形與松動(dòng)會(huì)使繞組內(nèi)部阻值大小發(fā)生改變，進(jìn)而出現(xiàn)類(lèi)短路現(xiàn)象與類(lèi)斷路現(xiàn)象。

（4）許多物理因素也可能會(huì)導(dǎo)致繞組內(nèi)部金屬絲或者導(dǎo)線(xiàn)出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，這些情況都會(huì)導(dǎo)致主變壓器產(chǎn)生故障，因此，在主變壓器的日常養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)定期對(duì)繞組部件及其內(nèi)部金屬絲進(jìn)行故障檢測(cè)。

1.3 運(yùn)行電壓、電流及溫度導(dǎo)致的故障

除了主變壓器內(nèi)部部件損害導(dǎo)致的故障現(xiàn)象，主變壓器上施加的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的故障現(xiàn)象。

（1）主變壓器上所施加的電壓會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，根據(jù)產(chǎn)生原因的不同可以分為內(nèi)部電壓過(guò)載與外部電壓過(guò)載。其中，內(nèi)部電壓過(guò)載是指人為地在主變壓器上施加的電壓過(guò)大或者因電力故障而導(dǎo)致兩端電壓突然超出額定工作范圍。外部電壓過(guò)載大多體現(xiàn)為雷擊，主變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，周?chē)休^多的電離因子，在雷電天氣，云層與空氣中會(huì)含有大量的電離因子，其較容易與主變壓器周?chē)碾婋x因子發(fā)生反應(yīng)。主變壓器出現(xiàn)電壓過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，可能產(chǎn)生部件燒損的現(xiàn)象，在所施加的運(yùn)行電壓數(shù)值過(guò)高時(shí)，還可能出現(xiàn)部件爆炸現(xiàn)象。

（2）主變壓器上所施加的電流會(huì)出現(xiàn)過(guò)載與低載現(xiàn)象，這兩類(lèi)故障都會(huì)影響主變壓器的正常運(yùn)行。主變壓器上的電流產(chǎn)生過(guò)載現(xiàn)象的原因有兩個(gè)：電壓過(guò)載和內(nèi)部阻值降低。根據(jù)歐姆定律可以得出電壓、電流與電阻三者之間的關(guān)系。當(dāng)主變壓器兩端所施加的電壓過(guò)載時(shí)，內(nèi)部阻值一般不會(huì)變化，其兩端所加電流則會(huì)增大，電流過(guò)載會(huì)導(dǎo)致部件損壞；當(dāng)主變壓器內(nèi)部阻值因繞組金屬絲變形或松動(dòng)變小時(shí)，在施加同樣電壓的情況下，主變壓器兩端電流也會(huì)增大。

（3）除了電壓與電流會(huì)對(duì)主變壓器的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響，主變壓器的運(yùn)行溫度也會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生消極影響[1]。當(dāng)主變壓器的散熱系統(tǒng)異常、所承載的負(fù)荷較大或者所處的環(huán)境溫度異常時(shí)，設(shè)備的溫度會(huì)極速上升。主變壓器的銘牌上對(duì)其正常運(yùn)行溫度有所標(biāo)注，超出額度溫度，不僅會(huì)對(duì)運(yùn)行效率造成影響，還極有可能導(dǎo)致部件出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。

2 水電站主變壓器電氣保護(hù)問(wèn)題的解決策略

2.1 設(shè)置主變壓器自我保護(hù)系統(tǒng)

在大型機(jī)械設(shè)備或電力設(shè)備中，采取安裝自我保護(hù)系統(tǒng)的方式能夠?yàn)樵O(shè)備本身提供更加可靠的保護(hù)措施。例如，可以通過(guò)電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)主變壓器運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5～10 s的異常狀態(tài)，就立刻向控制系統(tǒng)發(fā)送警報(bào)信號(hào)，并執(zhí)行操作人員所下發(fā)的操作指令。電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)χ髯儔浩鞯倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行24 h監(jiān)控，在某種程度上是對(duì)人力施工的解放，并且能夠在故障發(fā)生之后的較短時(shí)間內(nèi)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)作出調(diào)整，有效防止主變壓器出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象。

另外，還可以根據(jù)水電站主變壓器常見(jiàn)故障現(xiàn)象設(shè)置獨(dú)立的警報(bào)系統(tǒng)。例如，當(dāng)繞組出現(xiàn)故障時(shí)，可以將其編號(hào)為000，并將繞組金屬絲內(nèi)部的故障現(xiàn)象編號(hào)為000-1；當(dāng)運(yùn)行溫度較高時(shí)，可以將其標(biāo)號(hào)為001；當(dāng)運(yùn)行電壓與電流出現(xiàn)故障時(shí)，可以分別標(biāo)號(hào)為002-1和002-2。通過(guò)對(duì)故障類(lèi)別進(jìn)行編號(hào)，當(dāng)電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到故障現(xiàn)象時(shí)，可以通過(guò)前端系統(tǒng)將故障類(lèi)別一同返回給系統(tǒng)管理員，這樣能夠獲取到故障的具體部位，有效提高故障檢修效率[2]。

2.2 對(duì)主變壓器的設(shè)備與油料開(kāi)展定期檢查

在主變壓器中有一些故障現(xiàn)象可以通過(guò)加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)與檢修來(lái)避免，因此必須定期對(duì)主變壓器的設(shè)備狀態(tài)及所使用的油料狀況進(jìn)行檢查。一般情況下，可以每個(gè)月對(duì)主變壓器進(jìn)行小型故障排除檢測(cè)工作，每半年對(duì)主變壓器進(jìn)行大型故障排除檢測(cè)工作。每次檢測(cè)結(jié)束之后，都應(yīng)當(dāng)記錄好檢測(cè)數(shù)值、設(shè)備狀態(tài)及部件更換情況，便于后期排查。

除了上述操作，還要定期對(duì)主變壓器的主流系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理?？梢栽谧儔浩鬓D(zhuǎn)軸、齒輪咬合處涂抹潤(rùn)滑油與隔離涂料，前者能夠降低接觸層的摩擦力，提高設(shè)備運(yùn)行效率，后者能夠有效防止金屬層與空氣中的水分、氧氣等物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生銹跡，最終出現(xiàn)金屬層脫落的現(xiàn)象。除此之外，還要定時(shí)監(jiān)測(cè)主變壓器所處的環(huán)境，在雷雨天氣更要重視其運(yùn)行狀態(tài)，避免出現(xiàn)外部電壓過(guò)載現(xiàn)象[3]。

2.3 處理主變壓器著火、斷路、短路等故障

由于主變壓器是電力系統(tǒng)中的核心部件，其會(huì)出現(xiàn)著火、短路及斷路等故障，在水電站應(yīng)當(dāng)配備相應(yīng)的消防系統(tǒng)，在出現(xiàn)主變壓器著火現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)起火原因進(jìn)行判斷，并且查看絕緣油是否出現(xiàn)泄露，然后選擇合適的滅火材料減弱火勢(shì)。當(dāng)主變壓器出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，可以利用電力檢修工具判斷短路故障的發(fā)生區(qū)域，一一排除短路原因，并鎖定導(dǎo)致短路的主要原因，在必要情況下，可以暫停主變壓器的運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行拆解分析。在排除短路問(wèn)題之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)短路發(fā)生線(xiàn)路進(jìn)行標(biāo)記，并將其記錄在主變壓器電力系統(tǒng)檢修手冊(cè)上。

處理主變壓器斷路問(wèn)題與短路故障的處理手法相似。出現(xiàn)斷路故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉整個(gè)電力系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，并鎖定斷路區(qū)域，就其產(chǎn)生斷路的根本原因進(jìn)行分析。除此之外，還可以重新排設(shè)主變壓器的電路系統(tǒng)，將主變壓器的電力系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)，當(dāng)出現(xiàn)電路故障時(shí)，可以?xún)H關(guān)閉主變壓器的電力系統(tǒng)，這樣能夠降低故障檢修對(duì)水電廠工作進(jìn)度的影響。獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng)在維護(hù)過(guò)程中工作量更小，而且檢修安全性更高，水電站可以就電力系統(tǒng)進(jìn)行改善。

3 結(jié)束語(yǔ)

水電站主變壓器是整個(gè)水電站電力系統(tǒng)中最為重要的一部分，其常見(jiàn)故障多源于型號(hào)匹配故障、安裝錯(cuò)誤、過(guò)度運(yùn)行等方面。因此，在提升水電站主變壓器的電氣保護(hù)措施實(shí)際效力的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重設(shè)備選材、設(shè)備安裝及使用頻率和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等因素。除此之外，還要定期對(duì)主變壓器進(jìn)行檢修與維護(hù)，避免長(zhǎng)期運(yùn)行而導(dǎo)致大型故障出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致水電站電力系統(tǒng)癱瘓。