超高压电力变压器运行故障及原因分析

邵阿红 叶永卫 樊艳红

摘  要：国内电网进入了大电网、大机组、超高压、超远距离的时代，对供电质量和性能也提出了更高的要求，超高压变压器是电网的关键设备，确保其可靠、安全、稳定运行更是重中之重。笔者对超高压变压器的铁芯故障、绕组故障、主绝缘故障、有载调压分接开关本体故障、引线故障、套管故障及结构件故障的性质及形成原因进行详细的分析研究，以便及时对异常现象剖根溯源，防止事故发生，并为后续超高压变压器故障诊断的持续研究提供参考。

关键词：超高压变压器;铁芯故障;放电故障

中图分类号：TM41      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）08-0091-03

Abstract：In the new era of domestic power grid which is featured by large grid layout，large equipment unit，ultra-high voltage and ultra-long transmission distance，there are also higher demands for the quality and properties of power supply，in this regard，we must mention ultra-high voltage transformer since it is the key equipment of the whole power grid，as well as the crucial device used to ensure the reliable，safe and stable operation of the whole system. The author of the paper carries out detailed analysis and study on the natures and reasons for iron core fault，transformer winding fault，main insulation unit fault，fault of on-load voltage changing tap switch，leading wire fault，casing tube fault and structural component fault. In this regard，it is conductive to finding out the root of abnormal phenomena，preventing accidents in power grid and providing reference for continuous study on the fault diagnosis of ultra-high voltage transformer.

Keywords：ultra-high voltage transformers;iron core failure;discharge failure

0  引  言

科技的發展使电网已进入超高压、超大负荷的时代，从1981年国内首条超高压输电线路投入运行至2015年底，超高压输电线路逐步成为骨干电网，是世界上规模最大的超高压电网之一[1]。超高压变压器是电网的核心设备且价格昂贵，一旦发生故障，将会造成严重后果，基于此，笔者对超高压变压器运行中可能出现的故障进行分析研究。

1  铁芯故障及原因分析

铁芯故障包括两种：过热故障和放电故障。

1.1  过热故障

导致过热故障的原因有铁芯局部短路、多点接地、磁饱和等。

1.1.1  铁芯局部短路

很多变压器铁芯叠片的固定通常采用打孔，然后穿入螺杆来固定。这种固定方式存在安全隐患：其一，打孔减少了铁芯的有效截面积，导致在满负荷运行时很容易出现磁饱和;其二，变压器长时间运行后绝缘套的绝缘降低，这两种情况都可能导致铁芯局部短路。

铁芯在运行中由于振动、制造等影响，可能破坏铁轭与夹件之间的绝缘，产生涡流，导致过热损坏绝缘，造成铁芯短路故障;检修时造成叠片弯折、有金属异物等会破坏其绝缘，导致铁芯短路故障。

1.1.2  铁芯多点接地

多点接地状况主要有如下几方面：变压器在制造、安装或检修时，有金属异物落入其中，在铁芯底部形成多点接地;变压器运输时箱顶定位件，在变压器安装完成后没有进行拆除，造成多点接地;施工安装时没有严格按照程序进行，油箱内有金属碎屑等杂物，受到油循环冲击，会形成动态性质的接地现象。

1.1.3  磁饱和

变压器在运行过程中由于受到谐波影响，可能出现磁饱和。

1.2  放电故障

导致放电故障的主要原因是铁芯悬浮放电。变压器工作时周围会产生极强的电场，使变压器内部金属部件由于电磁感应而具有极高的电位，并与周围部件产生电位差，由于电位差的存在，极易出现放电现象，对变压器的正常运行造成不良影响。为了避免这种不良影响，变压器的铁芯和夹件必须牢靠接地，且只有一点接地。铁芯悬浮放电通常是由于铁芯接地被腐蚀断开或接地不良而导致的，这种放电故障会影响绝缘。

2  绕组故障及原因分析

绕组故障包括：绕组短路、绕组过热和绕组断线。

2.1  绕组短路

2.1.1  绕组匝间短路

匝间短路故障成因主要有如下：变压器散热不良或长时间过负荷运行使匝间绝缘损坏造成匝间短路故障;变压器运行过程中出现的过电压可能损坏匝间绝缘导致匝间短路故障;变压器在安装或大修后，要检查绕线的绕组引线方式是否存在错误，连接错误可能造成匝间短路故障;电力系统的谐波可能使变压器匝间产生过电压而导致匝间短路;绕组绝缘受潮可能造成局部放电;当变压器的绕组受到不均匀力冲击时，薄弱一方的绕组可能出现位移、扭曲等进而造成匝间短路;变压器绕组在长期的热效应影响下会加速绝缘老化形成累积短路，最终使匝间短路;绕线使用之前需要先浸漆以增加机械强度，避免受潮，若浸渍不良，可能形成气泡，严重的可能导致匝间短路[2]。

2.1.2  绕组接地短路

变压器内部的绝缘材料对水的吸附性极强，若运行过程中受潮或干燥不彻底，就可能击穿绝缘而造成接地故障。

2.1.3  绕组相间短路

这种故障通常极少发生，但也存在当发生短路时，保护装置未及时动作，使得事故扩大化，进而发生绕组相间短路的故障。

2.2  绕组过热

绕组过热对变压器内部很多组件都有极大的危害，但却最易被人忽视，尤其是低温过热。长期的热积累不仅会损坏绕组的绝缘、缩短绕组寿命，也会对变压器造成不可逆转的损坏。

2.3  绕组断线

绕组断线的原因主要有：焊接不良、短路应力、过热熔断及匝间短路而烧断等。

3  主绝缘故障及原因分析

主绝缘故障主要有：绝缘击穿、沿面放电及油流带电等。

3.1  绝缘击穿

绝缘受潮会造成绝缘击穿。变压器内部的主要绝缘通常采用油和绝缘纸，绝缘纸对水的吸附性极强，一旦变压器受潮，就可能导致绝缘强度降低而发生击穿。高温对主绝缘也有影响，不仅会降低绝缘，还会影响寿命，甚至发生绝缘击穿的故障。过电压及绕组变形也可能导致绝缘击穿。

3.2  沿面放电

当变压器的绝缘构造为串联配合时，对绝缘参数必须要进行严格的计算，以实现合理分压，否则可能会出现绝缘承受过高电压而出现沿面放电的故障。此外，变压器运行时由于受到高温、过电压，油内有害成分等影响，会使绝缘发生劣化，而劣化后最容易发生的故障是沿面放电。

3.3  油流带电

超高压变压器多数是充油的，人们通常认为流速越快，冷却效果会越好。但是，流速过快会出现静电荷积累现象。随着变压器的持续运行，静电荷积累得越来越多，到达一定程度后会出现放电现象，损坏绝缘。因此目前对超高压变压器的油流速都有一定的要求，不能超过30cm/s[3]。

4  有載调压分接开关本体故障及原因分析

4.1  渗油、箱体密封不严

由于长时间的运行，箱体端盖的橡胶密封垫可能会弹性不足、螺丝松动、劣化等而发生渗油现象。有载调压分接开关的油箱和本体间的密封不达标，造成两者发生互相渗油现象。

4.2  直流电阻不合格

直流电阻不合格的主要原因包括如下：

（1）变压器在运行过程中不够干燥，含有一定量的水分，那些长期没有使用档位的静触头上可能产生氧化膜而造成电阻不合格;

（2）主触头在制造时由于焊接工艺不达标，存在虚焊，运行后会出现电阻增加;

（3）主触头弹簧在运行后，由于受到高温及压力的长期影响，弹簧的弹力可能会减小导致接触不良，从而导致电阻不合格;

（4）还有主静触头、绝缘筒与选择器、动静触头、选择器受外力变形等接触不良导致直流电阻不合格。

4.3  触头烧损

触头烧损的原因主要包括如下几种：过电流、压力不足接触不良、安装质量不达标，触头接触位置错误等导致发热烧损触头。

5  引线故障及原因分析

引线故障主要包括：

（1）安装质量不达标，引线连接不紧密，存在虚焊、假焊等，在变压器运行过程中造成引线过热的故障;

（2）变压器在运行过程中发生故障时，若恰好引线安装质量不达标，如固定不牢、焊接不良等，可能出现引线折断的故障;

（3）变压器运行环境的湿度不达标，使引线绝缘受潮，或绝缘破损使引线金属外露时，可能导致绝缘击穿故障。

6  套管故障及原因分析

6.1  套管闪络

引发套管闪络故障的原因主要有：

（1）变压器运行环境湿度过大使套管受潮引发套管闪络;

（2）套管外绝缘结构设计不合理，导致爬电距离不够引发套管闪络;

（3）变压器运行系统出现异常过电压引发套管闪络;

（4）变压器运行环境污染严重，套管表面污染物的等值盐密与灰密超过正常标准导致闪络。

6.2  套管过热

当电力系统发生短路故障、变压器长期处于过负荷运行状态、导杆接触不良、由于引线受损或受潮导致导管回流等原因都可能引发套管过热故障。

6.3  均匀球悬浮放电

均匀球位于套管下端，安装时必须要在吊装套管时才能安装，若安装时工艺不达标，如螺丝安装后未紧固、均匀球受到碰撞发生变形、均匀球表面的毛刺未处理干净等都能使均匀球上产生悬浮电位，从而造成火花放电。

7  结构件故障及原因分析

7.1  油箱外部渗油

造成油箱外部渗油故障的原因包括下述几方面：油箱施工焊接质量不合格，存在假焊、虚焊等;油箱箱体材料质量不合格，存在砂眼;油箱安装工艺不达标;变压器在运输时吊放不当，造成损伤;变压器长时间运行后，油箱的密封胶垫弹性减弱，影响密封功能等[4]。

一旦变压器的油箱出现严重渗油，要及时进行大修，否则可能发生严重故障。变压器油箱发生渗油后，空气中的水蒸气会沿着渗漏部位进入到油箱内部，使得变压器油微水超标、绝缘受损，可能导致变压器停止工作。

7.2  强油风冷变压器油温上升

对强油风冷变压器来说，若运行过程中冷却装置出现异常，如风机或潜油泵出现异常、油管路发生堵塞现象、阀门没有正常打开等，都极易造成油温上升。一旦发生这种故障，要及时减小负荷，并查明引起变压器油温上升的原因。

当变压器位于室内时，要加强室内运行环境的通风，并确保变压器周围空间足够大，以便及时散热。在炎热的夏季，要在室内安装空调，以确保变压器运行过程中的温度不高于正常运行时要求的温度值。

7.3  强油水冷变压器油中进水

（1）对强油水冷变压器来说，冷却水进入油中也可能造成变压器运行异常。变压器冷却管的材质最好能采用铜质管路而非铁质或不锈钢，原因在于铁质管路比较容易腐蚀，可能导致管道出现漏水现象，而不锈钢管道在和油长期接触时可能在油中产生氢气，导致油中氢气超标;

（2）在变压器运行过程中，应保证冷却管内水压略低于油压，采取这样方式，即便冷却管出现渗漏，也能尽可能避免冷却水进入油中;

（3）强油水冷变压器油中进水的另一个可能原因是：冷却水管法兰处的密封垫由于长时间使用发生老化而失去弹性，造成冷却水进入油中;

（4）变压器运行过程中油温远远高于冷却水温，这就使得顶部存在水汽的地方由于液化产生水珠，一旦这些水珠进入油中极易产生局部放电。此外，这些水珠也极易被变压器的纸质绝缘吸附，变压器若长期处于这种状态就有可能出现绝缘击穿及沿面放电，对变压器的安全运行产生不利影响。因此变压器在安装时有两道程序必须要极为重视：其一，抽真空;其二，变压器油的脱气工序。

7.4  气体继电器误动

（1）在安装气体继电器时，若没有进行排气或排气不完全，内部会留有空气，此时一旦变压器受到外部短路冲击或扰动，就可能造成气体继电器的误动;

（2）气体继电器投入运行前或运行过程中没有按规定进行检验时，可能会出现误动作，尤其易出现拒动。当变压器出现故障，气体继电器应该动作但却未动作时，可能导致变压器发生严重的击穿故障。

7.5  结构件其他故障

（1）变压器运行过程中由于锈蚀或其他原因可能造成呼吸管道不通暢，这可能造成在变压器的油热胀冷缩时，油枕内的胶囊难以正常呼吸，不仅不能及时对油箱内的油进行补偿，还可能造成油位计测量不准等问题。例如相关资料显示：某电力公司在更换呼吸器内的变色硅胶时，由于呼吸管路堵塞使得气体继电器重瓦斯误动，导致变压器跳闸[5];

（2）对水冷器变压器，由于水中存在各种矿物质，运行时间过长后矿物质可能出现沉积，导致冷却管堵塞，水流受阻，流速变慢，对散热效果造成不良影响。

8  结  论

综上所述，本文对超高压变压器的故障性质、类型及形成原因进行了分析、总结，以便做好变压器的故障诊断和检修，推进电力事业的发展。

参考文献：

[1] 龙方宇，金辉，许毅，等.超高压电力变压器的故障分析与诊断 [J].电工技术，2018（22）：46-47.

[2] 徐闯.超高压电力变压器故障分析与诊断 [D].北京：华北电力大学（北京），2016.

[3] 沈洲.岸桥和门机高压变压器典型故障及维护措施 [J].集装箱化，2018，29（11）：12-13.

[4] 苗建忠，庄兴元.高压变压器故障原因分析及处理办法 [J].石化技术，2017，24（8）：24-25.

[5] 尹晶，邵苠峰，郭慧浩，等.一起磁分路结构特高压变压器故障分析及处理 [J].变压器，2016，53（7）：82-83.

作者简介：邵阿红（1979-），女，汉族，山西运城人，讲师，本科，研究方向：电学。