張小虎，陳子輝，吳智影

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

電力變壓器作為電網(wǎng)運(yùn)行的主要設(shè)備，在其運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果僅通過自然冷卻，變壓器并不能達(dá)到良好的散熱效果，會造成熱量的積累，從而導(dǎo)致電力變壓器的溫度上升，而一旦電力變壓器產(chǎn)生的熱量累積到一定限度，會導(dǎo)致電力變壓器局部溫度過高，加速變壓器內(nèi)部絕緣老化，甚至?xí)斐勺儔浩鬟^熱損壞，縮短電力變壓器的使用壽命，可能導(dǎo)致意外事故。

電力變壓器冷卻風(fēng)扇主要是起到冷卻、降溫的效果，大中型電力變壓器中的冷卻方式采用的是油循環(huán)風(fēng)冷的冷卻方式，相對于自然冷卻散熱量而言，吹風(fēng)冷卻的散熱量可以增加8.7倍左右，可以提高30%左右電力變壓器容量。但是，在電力變壓器實(shí)際運(yùn)行過程中，冷卻風(fēng)扇電機(jī)常會因?yàn)楦鞣N原因損壞，從而對電力變壓器散熱造成很大影響，進(jìn)而影響到電力變壓器的正常、有效運(yùn)行。

因此，針對電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)引入電能質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)，將對電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行分析、評估，分析電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)的常見故障原因，總結(jié)有效的修理措施。

1 電力變壓器冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量監(jiān)測

電力變壓器冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量監(jiān)測主要通過電壓和電流來監(jiān)測冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行狀況，主要包括以下信息：

（1）冷卻風(fēng)扇正常運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)電流、電壓。

（2）冷卻風(fēng)扇發(fā)生故障前的暫態(tài)電壓、電流。

（3）冷卻風(fēng)扇自動(dòng)投切過程中電壓、電流變化信息等。

對于電力變壓器冷卻風(fēng)扇進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測的目的是準(zhǔn)確分析冷卻風(fēng)扇故障原因，縮短冷卻風(fēng)扇維修時(shí)間，并且結(jié)合長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，對冷卻風(fēng)扇故障進(jìn)行預(yù)警和排查，結(jié)合主變檢修時(shí)對冷卻風(fēng)扇進(jìn)行有針對性的定向維護(hù)。電力變壓器冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量指標(biāo)關(guān)系如圖1 所示。

圖1 電力變壓器冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量指標(biāo)關(guān)系

變壓器冷卻裝置的機(jī)械故障、電氣故障等可以通過電能質(zhì)量反應(yīng)出來。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量等。電壓質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)電壓、暫態(tài)過電壓狀況，電流質(zhì)量的變化表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)電流、暫態(tài)過電流。

2 電力變壓器冷卻風(fēng)扇常見故障

電力變壓器的冷卻風(fēng)扇主要包括兩大部分，一是專用的鼠籠式三相異步電機(jī)，另外就是軸流式風(fēng)扇，軸流式風(fēng)扇通常安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸端。一般情況下，風(fēng)扇本身不容易出現(xiàn)故障，出現(xiàn)故障的原因一般由于以下兩大原因：

（1）軸流式風(fēng)扇的安裝，與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸之間的配合出現(xiàn)問題。

（2）冷卻風(fēng)扇的電機(jī)控制箱或者三相異步電機(jī)出現(xiàn)故障，其中三相異步電機(jī)影響導(dǎo)致的故障占74%左右。

以上兩個(gè)原因分別對應(yīng)風(fēng)扇的機(jī)械故障和電器故障。下面將對兩種故障的具體表現(xiàn)形式進(jìn)行說明。

2.1 機(jī)械故障

大概有30%～40%電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)故障屬于機(jī)械故障，主要是由于風(fēng)扇電機(jī)的軸承損壞導(dǎo)致的。常見的風(fēng)扇電機(jī)軸承損壞故障包括以下兩種形式：

（1）軸承抱死。這種現(xiàn)象是指風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)子無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的結(jié)果會導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)，從而使風(fēng)扇電源三相電流過流，進(jìn)而使控制系統(tǒng)損壞，電機(jī)燒毀。

（2）軸承磨損。一旦風(fēng)扇軸承出現(xiàn)磨損，軸承之間的間隙就會增大，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦掃膛，定子的溫度會升高，加快繞組的絕緣老化，甚至?xí)?dǎo)致燒毀。因此一旦發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承抱死，無法轉(zhuǎn)動(dòng)或者軸承磨損的情況，應(yīng)及時(shí)更換新的電機(jī)軸承，選用精度等級為P5 的高速電機(jī)專用軸承。

2.2 電器故障

2.2.1 電機(jī)進(jìn)水受潮故障

電力變壓器冷卻風(fēng)扇的安裝都是和室外的電力變壓器散熱器中部垂直，在這樣的安裝方式下，電力變壓器的冷卻風(fēng)扇容易進(jìn)水受潮。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)的損壞電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)的燒毀情況，大概30%左右的冷卻電扇電機(jī)燒毀是由于不慎進(jìn)水受潮所致。這主要是因?yàn)殡娏ψ儔浩骼鋮s風(fēng)扇電機(jī)在進(jìn)水后，會短時(shí)間內(nèi)快速降低冷卻風(fēng)扇電機(jī)繞組的絕緣等級，導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)匝間短路、對地?fù)舸?、相間擊穿等現(xiàn)象，最終燒毀電機(jī)。其次，電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)在進(jìn)水受潮后，會導(dǎo)致電機(jī)軸承銹蝕，進(jìn)一步加重電機(jī)軸承的磨損程度，也有可能會出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)或軸承卡死的現(xiàn)象。

因此，應(yīng)該更進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)室外安裝的風(fēng)扇電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)冷卻風(fēng)扇電機(jī)的防護(hù)等級，盡可能避免雨水進(jìn)入冷卻風(fēng)扇電機(jī)內(nèi)使電機(jī)受潮。如果冷卻風(fēng)扇電機(jī)已經(jīng)損壞需要修復(fù)的情況下，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)端蓋和引線、電機(jī)止口、軸等部位之間的防水措施，盡可能避免冷卻風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)水。

2.2.2 缺相運(yùn)行故障

電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于控制箱故障、線路故障、三相電源缺相故障，都有可能會導(dǎo)致缺相運(yùn)行現(xiàn)象。在缺相運(yùn)行的過程中，三相電機(jī)在較短的時(shí)間內(nèi)可能會燒毀繞組。為了避免出現(xiàn)缺相運(yùn)行現(xiàn)象而燒毀繞組，應(yīng)該增加設(shè)置一個(gè)斷相保護(hù)電路，同時(shí)變電站檢修人員應(yīng)該定期進(jìn)行檢修，值班人員需要定期進(jìn)行巡視，一旦出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理，確保冷卻風(fēng)扇的正常、高效運(yùn)行。

2.2.3 電源不正常

電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)的配套屬鼠籠式三相異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)容易受到電源的影響，一旦冷卻風(fēng)扇的動(dòng)力電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)的情況下，容易導(dǎo)致三相電壓、欠電壓、過電壓失衡現(xiàn)象，從而影響到冷卻風(fēng)扇電機(jī)的工作性能，進(jìn)而影響到風(fēng)扇電機(jī)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的情況下還有可能會損壞電機(jī)。

3 冷卻風(fēng)扇故障的電能質(zhì)量分析

檢修人員往往只能電力變壓器冷卻風(fēng)扇發(fā)生故障后再進(jìn)行檢修，并且冷卻風(fēng)扇故障原因的分析需要花費(fèi)一定的時(shí)間，提出的基于電能質(zhì)量的冷卻風(fēng)扇電機(jī)故障分析，通過輕便的電能質(zhì)量分析儀收集冷卻風(fēng)扇日常運(yùn)行過程中的電流、電壓等電氣參量，借助原始測試數(shù)據(jù)對收集到的電氣參量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測冷卻風(fēng)扇的電氣參量，從而較早發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的故障，能夠準(zhǔn)確分析冷卻風(fēng)扇的故障原因。高壓電力變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)故障與電氣量參數(shù)的簡易模型如圖2 所示。

圖2 高壓電力變壓器冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量指標(biāo)關(guān)系

電能質(zhì)量參數(shù)的變化可能反應(yīng)出電力冷卻風(fēng)扇的單一故障或者多個(gè)故障，在遇到具體問題是，需要建立故障原因的排查機(jī)制，準(zhǔn)確的找到風(fēng)扇的故障原因。

3.1 機(jī)械故障的冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量分析

冷卻風(fēng)扇電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相差不大，轉(zhuǎn)子切割定子旋轉(zhuǎn)磁場磁力線的速度小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢小，轉(zhuǎn)子電流小。當(dāng)冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)軸承抱死或故障時(shí)，冷卻風(fēng)扇電機(jī)定子停止或轉(zhuǎn)速減小，風(fēng)扇內(nèi)部轉(zhuǎn)子與定子的轉(zhuǎn)速差急速變大，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就感應(yīng)出非常大的感應(yīng)電勢，使電機(jī)轉(zhuǎn)子的電流產(chǎn)生突變或這電流快速增大。如不及時(shí)處理，最終將導(dǎo)致風(fēng)扇的電機(jī)燒毀。

通過電能質(zhì)量分析儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控冷卻風(fēng)扇運(yùn)行過程中，在發(fā)現(xiàn)某一組冷卻風(fēng)扇電流出現(xiàn)突變和增大時(shí)，應(yīng)及時(shí)停用該組冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇停用后，人員需要對風(fēng)扇的進(jìn)行檢查，如果風(fēng)扇出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)卡澀，異響等現(xiàn)象，應(yīng)盡快拆除風(fēng)扇，并對風(fēng)扇進(jìn)行檢修，重點(diǎn)應(yīng)該檢查冷卻風(fēng)扇的軸承，觀察是否進(jìn)水、生銹等，如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)更換相關(guān)部件。

3.2 電器故障的冷卻風(fēng)扇電能質(zhì)量分析

3.2.1 缺相運(yùn)行

冷卻風(fēng)扇電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)，缺失一相電流為零或接近于零，另外兩相的電流增大。通過電能質(zhì)量分析儀的實(shí)時(shí)監(jiān)控冷卻風(fēng)扇運(yùn)行過程中時(shí)，在某一組冷卻風(fēng)扇電流某一相電流快速減少，另外兩相電流增大，應(yīng)及時(shí)停用該組冷卻風(fēng)扇，此時(shí)檢修人員應(yīng)該重點(diǎn)檢查冷卻風(fēng)扇的電源問題，主要檢查控制箱、風(fēng)扇接線盒內(nèi)的接線是否牢固，接線端子是否出現(xiàn)了生銹、進(jìn)水導(dǎo)致接觸不良或者接地的情況，另外為了避免出現(xiàn)缺相運(yùn)行導(dǎo)致風(fēng)扇電機(jī)繞組，應(yīng)該增加設(shè)置一個(gè)斷相保護(hù)電路，確保冷卻風(fēng)扇的正常、高效運(yùn)行。

3.2.2 電源故障和電機(jī)進(jìn)水

當(dāng)冷卻風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)水和電源故障時(shí)，電機(jī)的電壓會出現(xiàn)突變。通過電能質(zhì)量分析儀的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇的電壓出現(xiàn)突變或電壓明顯降低，應(yīng)及時(shí)停用該組冷卻風(fēng)扇，此時(shí)檢修人員應(yīng)該重點(diǎn)檢查電機(jī)的內(nèi)部故障，對停下來的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行電機(jī)內(nèi)部的電阻測量，并將其于正常電機(jī)的內(nèi)部電阻進(jìn)行對比，快速準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)、隔離故障風(fēng)扇并進(jìn)行維護(hù)。

4 結(jié)束語

總結(jié)變壓器風(fēng)扇故障的原因，并將變壓器風(fēng)扇故障因素與電能質(zhì)量關(guān)系的進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，提出基于電能質(zhì)量的變壓器冷卻風(fēng)扇電機(jī)故障原因分析方法，實(shí)現(xiàn)“電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄→監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析→分析結(jié)果的反饋”的分析流程，能夠直觀反映出冷卻風(fēng)扇的故障電流、電壓等信息，并且根據(jù)故障信息快速準(zhǔn)確地找到風(fēng)扇故障原因，從而保障電力變壓器和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。