武 驥

（國(guó)能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

干式變壓器由于運(yùn)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(yán)重影響設(shè)備絕緣，出現(xiàn)通風(fēng)散熱不良，潮濕等情況，會(huì)加劇設(shè)備內(nèi)部發(fā)熱。干式變壓器發(fā)熱不容忽視，應(yīng)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(yán)重影響設(shè)備安全運(yùn)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(nèi)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(dāng)干式變壓器在使用過程中受潮時(shí)，由于水中有腐蝕物質(zhì)，使漆包線發(fā)霉變質(zhì)、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?qū)娱g短路。出現(xiàn)短路時(shí)一般先發(fā)熱，再出現(xiàn)異味、冒煙，所以當(dāng)干式變壓器出現(xiàn)異味時(shí)，應(yīng)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(nèi)變配電所、分區(qū)所所處位置臨近煤礦、公路，煤灰污染嚴(yán)重，春夏季還存在柳絮、楊絮進(jìn)入間隔的現(xiàn)象，設(shè)備清掃周期長(zhǎng)于污染周期，存在污染物引起設(shè)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(zhì)量及內(nèi)部絕緣問題。干式變壓器鐵芯由硅鋼片疊加制成，當(dāng)在制作過程中由于硅鋼片質(zhì)量問題，會(huì)存在鐵芯磁密度不夠，容易飽和，運(yùn)行過程中鐵芯發(fā)熱，從而影響變壓器負(fù)載能力，硅鋼片在膠合時(shí)由于施工問題出現(xiàn)空隙，會(huì)造成內(nèi)部局部放電，出現(xiàn)過熱。

（2）鐵芯存在多點(diǎn)接地的情況。鐵芯多點(diǎn)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(cuò)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(diǎn)接地時(shí)，鐵芯內(nèi)部存在環(huán)流，環(huán)流相當(dāng)于小范圍短路，而短路部分存在電阻，因此當(dāng)有環(huán)流時(shí)會(huì)造成鐵芯發(fā)熱。當(dāng)多點(diǎn)接地且長(zhǎng)時(shí)間未處理，變壓器連續(xù)運(yùn)行，鐵芯不正常的發(fā)熱將會(huì)影響鐵芯內(nèi)部絕緣，進(jìn)而引起更嚴(yán)重的鐵芯過熱，鐵芯將燒毀，嚴(yán)重時(shí)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(dǎo)致投運(yùn)后當(dāng)有沖擊負(fù)載或涌流時(shí)發(fā)熱量較大；②設(shè)計(jì)與運(yùn)行環(huán)境不匹配，運(yùn)行負(fù)荷大，但空間小，散熱差造成過熱；③每年的周期性檢修試驗(yàn)過程中由于人員素質(zhì)問題，在檢修設(shè)備上遺留短接線、保險(xiǎn)絲、金屬工具造成繞組短路；④繞組外部安裝的溫度檢測(cè)元件由于接觸不良造成短接，引起繞組發(fā)熱。

1.4 通風(fēng)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(diào)來調(diào)節(jié)設(shè)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(jìn)行很好的溫度傳輸，變壓器運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定的銅損和鐵損，轉(zhuǎn)化為變壓器繞組和鐵芯的熱量，發(fā)熱過大時(shí)需要持續(xù)散熱，而目前管內(nèi)配電柜只有自動(dòng)加熱系統(tǒng)，無法進(jìn)行有效散熱。當(dāng)變壓器繞組溫度升高到一定程度，勢(shì)必會(huì)破壞系統(tǒng)的絕緣性能，導(dǎo)致絕緣件老化。因此，需要盡量降低變壓器繞組的運(yùn)行溫度。

1.5 變壓器負(fù)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(huì)根據(jù)負(fù)載的變化而變化。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行時(shí)，會(huì)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(shí)三相不平衡條件下運(yùn)行的干式變壓器會(huì)產(chǎn)生零序磁通，零序磁通流經(jīng)金屬部件組成的回路，而鋼材料不具備導(dǎo)磁的功能，所以會(huì)存在磁滯現(xiàn)象和渦流損耗，使鋼材部件發(fā)熱，導(dǎo)致變壓器溫升過快。

（2）增加線路損耗。變壓器三相負(fù)荷不平衡度不應(yīng)大于15%，只帶少量單相負(fù)荷的三相變壓器中性線電流不應(yīng)超過額定電流的25%。三相負(fù)荷不平衡會(huì)產(chǎn)生零序磁通，零序磁通在中性線上會(huì)變?yōu)橹行跃€電流，不但相線會(huì)有損耗，同時(shí)中性線也會(huì)產(chǎn)生損耗，從而就會(huì)增加線路損耗。目前所內(nèi)負(fù)荷大多采用三相四線制，在三相負(fù)荷平衡時(shí)線路的功率損耗最小，當(dāng)三相負(fù)荷失衡的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，線路中的失衡電流產(chǎn)生的附加損耗就會(huì)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(duì)線路的沖擊。

（3）縮短負(fù)載壽命。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)荷不平衡時(shí)，較大負(fù)荷會(huì)沖擊用電設(shè)備，加速部件的更換頻率，也就增加設(shè)備維護(hù)的成本，對(duì)于變配電設(shè)備而言，在三相負(fù)載不平衡條件下運(yùn)行時(shí)，各相的輸出電流是不等會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部三相壓降不相等，從而造成輸出電壓三相不平衡，當(dāng)電壓不平衡時(shí)容易造成電壓高的一相所帶用戶設(shè)備燒壞，而電壓低的一相所帶用戶用電設(shè)備則可能無法使用。所以三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，將嚴(yán)重影響負(fù)載運(yùn)行質(zhì)量與運(yùn)行安全。

2 事故調(diào)查分析情況

2.1 事故概況

兩起事故發(fā)生間隔時(shí)間9 個(gè)月，燒損型號(hào)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(yùn)行溫度過高，繞組燒損的現(xiàn)象。

2.2 事故調(diào)查

2.2.1 關(guān)聯(lián)事件

調(diào)查發(fā)現(xiàn)該所為施工改造所，在室外場(chǎng)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(jìn)行了排水而沒有有效的干燥。

該所由于離站區(qū)較遠(yuǎn)，供暖設(shè)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(chǎn)部專業(yè)負(fù)責(zé)人溝通，造成負(fù)荷全部接在一相上。在退出所有壁掛裝置時(shí)所內(nèi)三相負(fù)荷為A：7 A，B：6 A，C：9 A，不平衡度為23%，由于負(fù)荷不大，紅外測(cè)溫，變壓器鐵芯運(yùn)行溫度37 ℃，當(dāng)壁掛裝置投入運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷為A：7 A，B：37 A，C：9.2 A，不平衡度為117%，嚴(yán)重不平衡，鐵芯運(yùn)行溫度67 ℃。

2.2.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 1#SB 數(shù)據(jù)對(duì)比

2#SB 直流電阻與變比測(cè)試無明顯變化，絕緣由于燒損嚴(yán)重，只能單相對(duì)地測(cè)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(jìn)水受潮同時(shí)由于通風(fēng)換熱不滿足要求，造成設(shè)備絕緣下降，大負(fù)荷時(shí)繞組發(fā)熱。

（2）三相負(fù)荷嚴(yán)重不平衡，造成零序電流過大，中性線發(fā)熱。當(dāng)采用F 級(jí)絕緣材料，極限工作溫度在155 ℃時(shí)，最高溫升應(yīng)小于100 ℃，最高運(yùn)行溫度不足以使設(shè)備燒損，但由于設(shè)備內(nèi)部受潮，絕緣性能下降，綜合因素影響下存在設(shè)備燒損的可能性。

（3）設(shè)備質(zhì)量問題，設(shè)備運(yùn)行3 年，負(fù)荷相對(duì)較小，可能制造中存在內(nèi)部絕緣層未干燥就進(jìn)行后續(xù)加工，造成內(nèi)部輕微放電逐漸擴(kuò)大為設(shè)備燒損。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 制定關(guān)于干式變壓器運(yùn)行管理制度

將所用變負(fù)荷監(jiān)測(cè)納入日常巡視中，每日對(duì)運(yùn)行變壓器進(jìn)行紅外測(cè)溫一次，同時(shí)嚴(yán)防配電室進(jìn)水受潮。當(dāng)干式變壓器受潮后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行烘干，每周打開防火門進(jìn)行通風(fēng)換熱，保證配電室干燥。兩路交流供電互為熱備用，實(shí)行單、雙月輪換運(yùn)行，每月1 日進(jìn)行切換，單月1#電源運(yùn)行，雙月2#電源運(yùn)行。

3.2 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理

檢修作業(yè)過程中嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，做好設(shè)備修后復(fù)檢工作，由小組負(fù)責(zé)人、工作領(lǐng)導(dǎo)人、工隊(duì)管理人員、變電所值班員多環(huán)節(jié)把控，消除設(shè)備內(nèi)部遺留物，防止鐵芯多點(diǎn)接地。同時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)件，防止螺栓過長(zhǎng)造成的絕緣距離不足的現(xiàn)象。當(dāng)試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)絕緣不足的問題時(shí)要分步對(duì)單個(gè)繞組、夾件、穿心螺桿、絕緣層等對(duì)地測(cè)量絕緣電阻，確認(rèn)絕緣不足的部位。

3.3 加強(qiáng)管控繞組溫度

監(jiān)測(cè)變壓器繞組運(yùn)行溫度，利用紅外測(cè)溫進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，發(fā)現(xiàn)過熱時(shí)及時(shí)統(tǒng)計(jì)當(dāng)時(shí)運(yùn)行負(fù)荷，并切換交流電源系統(tǒng)，當(dāng)確定是由于負(fù)荷原因時(shí)及時(shí)調(diào)整用電負(fù)荷。同時(shí)在配電室安裝溫濕度計(jì)，在夏季實(shí)時(shí)關(guān)注室內(nèi)溫度，及時(shí)投入配電室工業(yè)空調(diào)，并定時(shí)打開配電室門進(jìn)行通風(fēng)，降低環(huán)境溫度，以便于變壓器散熱。檢修時(shí)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(dòng)定位功能，安裝在柜內(nèi)能夠在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，確認(rèn)發(fā)生弧光具體位置，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，發(fā)出告警信號(hào)，及時(shí)通知值班員退出系統(tǒng)。

（2）加裝溫度監(jiān)測(cè)單元。目前溫濕度計(jì)裝在上柜，通過感應(yīng)器能夠在溫度降低時(shí)啟動(dòng)加熱器，在后柜加裝溫度監(jiān)測(cè)單元能夠通過傳感探針、熒光光纖、測(cè)溫裝置等進(jìn)行監(jiān)測(cè)溫度，同時(shí)探針直徑小于3 mm，能夠監(jiān)測(cè)-20～150 ℃，測(cè)量精度為±1 ℃，能夠在電磁環(huán)境中運(yùn)行，可以接入現(xiàn)有綜自系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行。

（3）創(chuàng)新改造后柜觀察窗。設(shè)計(jì)制作可視化后柜排風(fēng)裝置，利用工業(yè)排風(fēng)扇，從前柜交流電源取電，利用現(xiàn)有溫濕度控制器節(jié)點(diǎn)，當(dāng)溫度低時(shí)能夠開啟加熱器，當(dāng)溫度過高時(shí)能夠?qū)ㄅ棚L(fēng)電路，同時(shí)兼具觀察內(nèi)部運(yùn)行情況與通風(fēng)換熱的功能。

（4）按周期增加局放試驗(yàn)。增加空氣柜局部放電試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，通過局部放電試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)常規(guī)性檢修試驗(yàn)不易發(fā)現(xiàn)的隱患點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行消除，防止由于局部放電造成設(shè)備損壞范圍擴(kuò)大。

3.5 加強(qiáng)負(fù)荷管理

（1）提高對(duì)電力變壓器三相負(fù)荷的監(jiān)測(cè)并納入日常變配電所管理?xiàng)l例與考核體系。

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

（3）重點(diǎn)關(guān)注零序電流，利用電度表在負(fù)荷高峰時(shí)段關(guān)注零序電流，發(fā)現(xiàn)不平衡度超過25%時(shí)，要進(jìn)行調(diào)整，安裝時(shí)要合理選擇中性線截面。

4 結(jié)語(yǔ)

通過以上手段能夠更科學(xué)規(guī)劃配電所低壓負(fù)荷分布，規(guī)范對(duì)負(fù)荷基礎(chǔ)資料的收集整理，同時(shí)通過對(duì)事故的分析找出可能的原因，以點(diǎn)帶面，完善變配電運(yùn)營(yíng)管理辦法，更有效的保障干式變壓器運(yùn)行安全。