賈武軍，李 英，李 強(qiáng)

（陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

變壓器是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化中最重要的電氣自動(dòng)化主設(shè)備之一。隨著時(shí)間的推移和電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，超大容量、規(guī)模較大的電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，變壓器在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中扮演著搬運(yùn)工的角色，促進(jìn)發(fā)電和用戶之間的能量轉(zhuǎn)移。隨著循環(huán)流化床汽輪發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)發(fā)電、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)高壓輸電線路的建設(shè)以及區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)之間的緊密連接，規(guī)模較大的電力變壓器的重要性和地位也日益凸顯。因此，進(jìn)一步提高電力變壓器的損壞穩(wěn)定性、可靠性和機(jī)體的協(xié)調(diào)能力具有重要意義，可以保證整個(gè)電力系統(tǒng)的絕對安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

變壓器按用途可以分為配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、箱式變電器試驗(yàn)變壓器、轉(zhuǎn)角變壓器、大電流變壓器及勵(lì)磁變壓器等。

1 電力變壓器運(yùn)行中常見故障

電力變壓器的異常工作類型及故障原因分析一般有以下幾種：①電力變壓器在生產(chǎn)、出廠時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量控制不好。②選型不合理造成非晶合金變壓器加速老化。電力變壓器的平均使用壽命約為18 a，遠(yuǎn)低于通用標(biāo)準(zhǔn)電力變壓器的正常使用壽命（35～40 a）。③線路連接設(shè)置不當(dāng)造成的信號(hào)干擾，線路連接干擾是電力變壓器運(yùn)行異常的一方面。此外，因天氣原因造成的運(yùn)行異常也很常見。④運(yùn)行嚴(yán)重超載。電源變壓器長期在遠(yuǎn)高于正常電壓和電流的有功功率下工作，會(huì)縮短電源變壓器的使用壽命，加速電源變壓器電路元件的老化。⑤電力變壓器尚無半年度運(yùn)行維護(hù)及信息管理計(jì)劃。⑥電力變壓器周圍環(huán)境的影響。

1.1 繞組故障

繞組故障指電力變壓器定子繞組及電纜絕緣運(yùn)行異常。一方面，電力變壓器電纜絕緣老化，電力變壓器內(nèi)部定子繞組受潮，定子繞組工作不正常，或者是系統(tǒng)的短路，導(dǎo)致繞組出現(xiàn)機(jī)械損傷，沖擊電流導(dǎo)致繞組出現(xiàn)機(jī)械損傷等。繞組故障又可以分為匝間短路故障，相間短路及股間短路故障這3 種類型。

1.1.1 匝間短路故障

發(fā)生匝間短路故障的因素有多種。初級(jí)線圈本來能夠制造的時(shí)候卻沒有誤操作，造成電纜匝間絕緣嚴(yán)重?fù)p壞；電線所連接的電纜絕緣不充分，不能承受長期電壓電流或具體工作過程中短期電壓電流的強(qiáng)烈沖擊，從而致使電纜絕緣老化，嚴(yán)重?fù)p壞；局部的高溫也會(huì)導(dǎo)致絕緣老化，并且加快絕緣老化的速度；電動(dòng)力作用也會(huì)導(dǎo)致絕緣破損，甚至出現(xiàn)短路；長期過載運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致絕緣老化變脆；電壓電流的作用也會(huì)讓絕緣的性能逐漸降低。電力變壓器匝間短路故障引起主變燒毀如圖1 所示。

圖1 電力變壓器匝間短路故障引起主變燒毀圖

1.1.2 相間短路故障

相間短路是指在電力變壓器中，兩相初級(jí)線圈上的端子會(huì)接觸到端子，很短的時(shí)間后自然會(huì)引起短路。如果分接開關(guān)不移位，也會(huì)造成短路故障。

1.1.3 股間短路故障

股間短路故障主要出現(xiàn)在多根導(dǎo)線連接纏繞的定子繞組，股間短路故障出現(xiàn)的原因主要有：一方面是導(dǎo)線連接存在質(zhì)量問題，具體繞制過程中電纜絕緣損壞，夾線位置或松緊不當(dāng)，壓樁具體過程中壓壞導(dǎo)線連接，絕緣介質(zhì)損壞等。

1.2 鐵芯故障

借助對變壓器鐵芯故障原因的分析和排查，造成鐵芯故障的主要原因有：元件內(nèi)的鐵夾松動(dòng)或損壞，鐵芯接地不良或者夾件被燒壞，鐵芯片間疊裝不良，鐵芯安裝不正，等等。電力變壓器鐵芯故障如圖2 所示。鐵芯故障主要可以分為鐵芯多點(diǎn)接地故障和鐵芯過熱故障這兩種類型。

圖2 電力變壓器鐵芯故障圖

1.2.1 鐵芯多點(diǎn)接地故障

變壓器要想能夠正常接地就必須只有一個(gè)點(diǎn)接地，如果出現(xiàn)多點(diǎn)接地，就容易導(dǎo)致接地故障而出現(xiàn)鐵芯的故障。鐵芯多點(diǎn)接地的類型主要有鐵芯的部件由于某些其他的原因接觸到夾件肢板后，形成多點(diǎn)接地；鐵轆螺桿和鐵扼疊片相碰；墊腳鐵轆處疊片相碰；金屬粉末進(jìn)入油箱，導(dǎo)致下鐵扼與墊腳或箱底接通；溫度計(jì)座套和上夾件等部件相碰；下夾件與鐵扼階梯間的木墊塊受潮；油箱中落入其他導(dǎo)體；定位銷；等等。

1.2.2 鐵芯過熱故障

變壓器鐵芯過熱故障的原因主要有繞組短路、過載運(yùn)行、接地異常、局部短路、部件接地和電壓過高等等，另外油箱油質(zhì)較差、油量較少、循環(huán)不暢也會(huì)引起鐵芯過熱故障。變壓器如果出容易出現(xiàn)鐵芯過熱故障，可以在檢測時(shí)對油中溶解氣體的組分進(jìn)行分析，如果其中含有甲烷等氣體，則說明變壓器存在局部過熱故障。

1.2.3 分接開關(guān)故障

變壓器分接開關(guān)故障分為有載和無載2 種類型。電力變壓器空載繼電保護(hù)裝置工作不正常。上抽頭連接電纜絕緣不好，造成短路故障，繼電器觸點(diǎn)接觸不良，造成電池半空放電等異常操作。變壓器分接開關(guān)故障如圖3 所示。

圖3 變壓器分接開關(guān)故障圖

變壓器有載繼電保護(hù)裝置的異常涵蓋雨水等的持續(xù)進(jìn)入造成電纜絕緣電位下降，短路電流、電壓、電流的物理損壞造成高壓電流的異常動(dòng)作，滾輪卡死導(dǎo)致短路，油室封閉不佳導(dǎo)致本體滲漏。

1.2.4 油流帶靜電故障

強(qiáng)制油連續(xù)循環(huán)冷卻的大型電力變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理類似。電力變壓器中的油會(huì)借助油氣分離器輸送到轉(zhuǎn)子繞組中的快速冷卻油通道進(jìn)行快速冷卻，分離出靜電帶電顆粒后，在油和固體物質(zhì)之間逐漸形成。另一方面，帶負(fù)電的顆粒積聚在紙張和紙板上，正電荷主要在流油中進(jìn)行聚集。如果某一處的電荷積累密度相對較大，并且超過了一定閥值之后，油與電纜絕緣固體金屬表面之間會(huì)自然逐步形成靜電感應(yīng)或爬電電池放電，從而造成電纜絕緣固體金屬表面的電氣性能下降，最終引起絕緣故障。在進(jìn)行油中氣體組分的分析時(shí)，就可以檢測氫氣的變化。因?yàn)闅錃夂康淖兓怯土鲙ъo電的表征。

2 電力變壓器故障及處理措施

2.1 電力變壓器損壞原因分析

借助對電力變壓器損傷的調(diào)查結(jié)果和具體分析，一般情況能夠?qū)㈦娏ψ儔浩鞯奈锢頁p傷概括為電纜絕緣基本結(jié)構(gòu)的完全破壞、絕緣介質(zhì)的破壞這2 個(gè)方面。具體有如下幾種原因：絕緣老化、絕緣油劣化、過電壓引起故障。

2.1.1 絕緣老化

絕緣材料都是擁有一定的使用期限的，在不同的變壓器運(yùn)行狀態(tài)之下，其使用的年限也會(huì)發(fā)生變化。由于變壓器在運(yùn)行的過程中，如果出現(xiàn)過負(fù)載運(yùn)行，就會(huì)降低絕緣材料的使用期限，導(dǎo)致絕緣材料在使用的過程中出現(xiàn)變脆、變黑、枯焦等老化現(xiàn)象，絕緣的老化就會(huì)導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障，如圖4 所示。

圖4 電力變壓器絕緣老化圖

2.1.2 絕緣油劣化

絕緣油的劣化主要是指變壓器油在運(yùn)行的過程中可能會(huì)和空氣接觸，或者由于其他絕緣材料的老化，導(dǎo)致絕緣油中融入水分或其他雜質(zhì)，在溫度較高時(shí)油會(huì)受到氧氣的氧化，也會(huì)受到其他絕緣材料的腐蝕，同時(shí)會(huì)受到其中雜質(zhì)的影響，降低絕緣油的品質(zhì)，導(dǎo)致絕緣油質(zhì)劣化。

2.1.3 過電壓引起故障

電力變壓器在運(yùn)行的過程中可能會(huì)產(chǎn)生外部過電壓和內(nèi)部過電壓，過電壓的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致絕緣材料受到損傷，從而讓變壓器產(chǎn)生過電壓故障，如圖5 所示。

圖5 過電壓引起故障圖

2.2 電力變壓器預(yù)防保護(hù)措施

2.2.1 過電流保護(hù)

在電力變壓器運(yùn)行過程中設(shè)置了配變短路保護(hù)和過載保護(hù)措施。這2 種措施是通過配變高壓側(cè)的熔斷器和低壓側(cè)的漏電總保護(hù)器來完成的。為了能夠讓配變短路保護(hù)發(fā)揮作用，就必須要能夠選擇正確的熔斷器的熔體以及低壓過電流保護(hù)定值。另外還要正確選擇高壓側(cè)熔絲，高壓側(cè)熔絲必須要能夠在出現(xiàn)短路時(shí)被熔斷，從而有效發(fā)揮配變短路保護(hù)和過載保護(hù)裝置的作用。

2.2.2 裝設(shè)避雷器保護(hù)

利用無間隙金屬氧化物避雷器進(jìn)行過電壓的保護(hù)，防止變壓器在遭受到雷擊之后產(chǎn)生變壓器內(nèi)部和外部過電壓，導(dǎo)致絕緣材料的損毀或者是擊穿。首先該保護(hù)設(shè)施在選擇的過程中一定要采用合格的產(chǎn)品，其次要對運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行定期的試驗(yàn)，最后要對電阻進(jìn)行定期檢測和更換，保障保護(hù)裝置能夠正常運(yùn)行。電力變壓器裝設(shè)避雷器保護(hù)如圖6 所示。

圖6 電力變壓器裝設(shè)避雷器保護(hù)圖

2.2.3 定期巡視

另外還需要對變壓器的運(yùn)行情況進(jìn)行定期的巡視和檢測，頻率為1 次/月，對變壓器進(jìn)行巡視的內(nèi)容主要包括：變壓器的溫度油位、絕緣材料、電力變壓器過負(fù)荷、分接開關(guān)接觸狀況、線圈、匝間短路硅鋼片絕緣和油溫變溫度計(jì)等。因?yàn)檫@些檢測項(xiàng)目如果出現(xiàn)異常，就意味著電力變壓器可能存在某些故障，需要進(jìn)行維修。

2.2.4 日常維護(hù)

變壓器的日常維護(hù)包括清除變壓器下部積水和污物；沖洗冷卻器；更換呼吸器內(nèi)的硅膠；變壓器外部清掃。為了檢查電力變壓器的正常運(yùn)行，可以進(jìn)行以下幾個(gè)方面的檢查：①檢查油枕與充油套管內(nèi)油面的高度，如果封閉部分的油量符合設(shè)計(jì)要求，則說明油量正常。②檢查電力變壓器底層油溫是否達(dá)到熱70%，通過檢查底層油溫是否達(dá)到設(shè)定的溫度，可以判斷變壓器是否正常工作。③檢查電源變壓器的聲音是否正常，通過聽取電源變壓器的聲音，可以判斷其是否存在異常噪音或故障。④檢查口罩是否解鎖，確保變壓器的口罩已經(jīng)解鎖，以便進(jìn)行必要的維護(hù)和檢修。⑤檢查導(dǎo)熱硅膠的濕度是否達(dá)到飽和，確保導(dǎo)熱硅膠沒有吸濕到飽和狀態(tài)，以保證其正常的導(dǎo)熱性能。⑥檢查防爆安全管上的玻璃膜是否完整且無油污，確保防爆安全管上的玻璃膜沒有破損或油污，以保證其正常的安全性能。⑦檢查中間氣體繼電器是否工作，通過檢查中間氣體繼電器的工作狀態(tài)，可以判斷變壓器是否存在故障。

3 結(jié)束語

電力變壓器的基本結(jié)構(gòu)具有不可預(yù)測性，故障原因分析和故障作用原理的多重性、不可預(yù)測性和模糊性，使得電纜絕緣故障診斷變得困難。電力變壓器能否正常運(yùn)行不僅取決于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和工藝，還與產(chǎn)品生產(chǎn)中的操作程序和維護(hù)信息管理密切相關(guān)。