智能变压器的常见故障及排除方法

2020-02-10吕俊霞

精密制造与自动化 2020年4期

吕俊霞

（河南工业职业技术学院河南南阳473009）

大型变压器的故障涉及面广，原因复杂多样。常见的变压器故障划分方法有：按变压器本体可分为内部故障和外部故障，即把油箱内发生的各相绕组间的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引线与箱体接地短路等称为内部故障，而油箱外部发生的套管闪络、引出线间的相间短路等故障称为外部故障。按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障、附件故障。按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障。从故障发生的部位可分为绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、套管故障等。实际上，变压器的各种故障都可能危及内绝缘的安全。因此，各种外部和内部原因引发的变压器内部故障，按性质又可分为热故障和放电故障。热故障通常指变压器内部局部过热、温度升高；电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，绝缘性能下降或劣化的故障。根据放电的能量密度不同，电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。

1 过热故障

变压器过热故障是常见的多发性故障，对变压器的安全运行和使用寿命带来严重威胁。变压器运行时有空载损耗和负载损耗产生，这些损耗来自于变压器绕组、铁芯和金属构件，损耗转化为热量后，一部分被用于绕组、铁芯及结构件本身的温度升高，另一部分热量向周围介质散发，使发热体周围介质的温度逐渐升高，再通过油箱和冷却装置对环境空气散热。

1.1 分类

过热故障按发生部位可分为内部过热故障和外部过热故障。内部过热故障包括绕组、铁芯、油箱、夹件、拉板、无载分接开关、连接螺栓及引线等部件。外部过热故障包括套管、冷却装置、有载分接开关的驱动控制装置以及其他外部组件。

直环流或涡流在导体和金属构件中引起的过热；绕组过热故障；引线分流故障；铁芯拉板过热故障；涡流集中引起的油箱局部过热等。

1.2 金属部件之间接触不良引起的过热

分接开关动静触头接触不良；引线接头连接不良；处于漏磁场中的金属构件之间的连接螺栓过热现象。

2 放电故障

放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，最终使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。

对于固体绝缘材料的电老化，其形成和发展是树枝状，在电场集中处产生放电，引发树枝状放电痕迹，并逐步发展导致绝缘击穿。

而对于液体浸渍绝缘的电老化，局部放电一般先发生在固体或油内的小气泡中，而放电过程又使油分解产生气体并被油部分吸收，如产生速率高，气泡将扩大、增多，使放电增强，同时放电产生的X-蜡沉积在固体绝缘上使散热困难、放电增强，出现过热，促使固体绝缘损坏。

2.1 分类

根据放电的能量密度的大小，变压器的放电故障常分为局部放电、火花放电和高能量放电。

局部放电的原因：内部环境的影响；外界环境条件的影响；制造质量不良；金属部件或导电体之间接触不良而引起的放电等。

放电产生的气体，由于放电能量不同而有所不同。

2.2 变压器火花放电故障

悬浮电位引起火花放电。油中杂质引起的花火放电。

2.3 变压器电弧放电故障

电弧放电是高能量放电，常以绕组匝间绝缘击穿为多见，其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障。电弧放电故障由于放电能量密度大，产气急剧，常以电子崩形式冲击电介质，使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，使金属材料变形或熔化烧毁，严重时会造成设备烧损，甚至发生爆炸事故。这种事故一般事先难以预料，也无明显预兆，常以突发的形式暴露出来。

3 短路故障

变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路、相与相之间发生的短路而导致的故障。

3.1 变压器短路故障的危害

短路电流会引起绝缘过热故障；短路电动力会引起绕组变形故障。

3.2 典型案例

某变电所的主变压器投运时间已达15年，2011年初的某一天，发生110kV侧某线路A相接地短路故障，使得重瓦斯保护动作，三侧开关跳闸。

此变压器每个绕组由一个金属压环固定，每个压环通过接地片单点接地，压钉螺栓与铁轭之间采用绝缘帽隔离。

对该故障变压器进行吊罩检查发现：主变压器铁芯严重烧损；低压侧a相绕组压环向上凸起，压钉螺栓绝缘件破损，压钉螺栓已插入铁轭，压环与铁轭夹件的接地线已经断裂。

主变压器低压侧a相绕组压接螺栓对铁轭放电，巨大的短路电流使得绕组压环接地线熔断。低压 a相绕组压钉螺栓绝缘帽被压环压坏、压钉螺栓和铁轭间形成短路环，而压钉螺栓由于比铁轭和压环大很大的电阻，在短路电流的作用下被烧熔；低压侧绕组压环在被绕组向上顶起时，压环开口处和铁芯间隙也越来越小，最终压环开口端和铁芯接触，开口处被铁芯短接，形成回路，造成铁芯烧损。

4 绝缘故障

电力变压器的绝缘就是变压器绝缘材料组成的绝缘系统。它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料的寿命决定的。实践证明，大多变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。据统计，因各种类型的绝缘故障形成的事故约占全部变压器事故的85%以上。

影响变压器绝缘性能的主要因素有温度、湿度、油保护方式和过电压影响等。

5 铁芯故障

1）铁芯硅钢片间绝缘损坏

变压器铁芯硅钢片间的绝缘损坏主要是由于硅钢片漆质不好、漆膜脱落等原因造成的。硅钢片短路会增加铁芯中涡流损失。

2）铁芯多点接地故障

变压器正常运行时，带电绕组和油箱之间存在电场，而铁芯和夹件等金属构件处于该电场之中。由于电场不均匀，电场强度各异，如铁芯不可靠接地，将产生充放电现象，损坏固体绝缘和油质绝缘，因此，铁芯必须有一点可靠接地。这是因为硅钢片间的绝缘总阻值仅有十几欧，其作用是隔离涡流，但对于高压电荷来说则是通路，所以铁芯只需要一点接地。但是有些大容量变压器铁芯直径很大，为了涡流减少涡流损失，用纸和石棉绳将铁芯硅钢片隔成几组，每组硅钢片必须用金属片连接起来，然后接地。

目前，制造大中型变压器时，铁芯经一只小套管引至油箱外部接地，有的将铁芯和夹件分别用两只套管引至油箱外部接地。如果变压器在运行中，由于各种原因铁芯出现另一点接地时（即两点接地），则正常接地的导线上就会有环流。该环流引起局部过热，严重时将接地线烧断，使铁芯失去接地。另外使原来相互绝缘的硅钢片被短路以至产生很大的涡流，使铁芯过热，严重时可导致铁芯烧毁。因此，铁芯不能多点接地。

铁芯多点接地故障的出现原因如下。

制造原因。如油箱盖上温度计套座过长，与上夹件、铁轭、旁柱等相碰；油箱中有金属异物（如焊条头、钢丝等）；铁轭穿芯螺杆衬套过长，与铁轭硅钢片相碰等。

安装疏忽。如在安装完工后未将变压器油箱顶盖上运输用的定位钉翻转过来或去掉。

运行维护不当。如下夹件与铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面附有大量油泥，使绝缘电阻下降为零，穿芯螺栓绝缘损坏等。

无论是哪种原因，其表现形式都是出现环流引起局部过热，使硅钢片短路，最终导致铁芯损坏。