电力变压器故障缺陷原因分析及措施

张会华

大唐三门峡发电有限责任公司 河南三门峡 472143

变压器是静止的设备，和电动机、发电机不同，如果油浸式变压器发生上述异常情况，肯定是很危险的。建议在出现以上异常时，千万不要去现场确认故障，以防变压器爆炸，先要考虑减负荷或倒换到备用变压器运行，甚至马上紧急停运。毕竟，人和设备本身的安全是最重要的。

1 电力变压器故障机理

电力变压器是用来将某一数值的交流电压转化为工作频率相同的另一种电压的设备。按照不同的类型电力变压器可以分为不同种类，例如按照绕组分类，变压器可以分为双绕组、三绕组以及自耦型等。按照用途可以分为升压型、联络型以及降压型等等。目前在电力市场中应用比较广泛的是油浸式变压器。因此本文以油浸式变压器为例进行研究。油浸式变压器是用变压器油进行绝缘和散热的，经过长时间的运行之后，变压器内的油质就会逐年的老化裂解。通过研究变压器油裂解主要包括以下方面：一是绝缘油的裂解。由于绝缘油中含有化学基团，这些化学基团在高温的影响下会逐渐发生化学变化，这样当故障程度聚集到一定程度后故障气体就会析出;二是固体绝缘材料的裂解。变压器内部所使用的绝缘材料含有无水右旋糖环，这些物质的热稳定性比较弱，因此当变压器长期运行后会因为热而出现分解。因此油浸式变压器故障主要呈现的是热性或者电性故障[1]。

2 电力变压器故障缺陷原因分析

2.1 短路故障及分析

（1）出口短路电流引起绝缘过热故障。变压器正常工作过程中出现短路故障，会使变压器绕组中产生几十倍额定值的短路电流，瞬时产生大量的热，导致变压器过热故障。高温超过变压器的承受能力将会损毁变压器的绝缘材料，产生接地故障甚至烧毁变压器。变压器出口短路具有多种形式，如三相短路、两相短路、单相接地短路等。相关统计显示，对于中性点接地的变压器系统，短路故障比例分布大致如下：单相接地为60%～65%，两相短路为10%～15%，两相接地为10%～15%，三相短路为5%～10%。变压器最大短路电流出现在三相短路故障时，所以成为国标对变压器短路电流规定的重要指标。（2）出口短路电动力引起绕组变形。变压器短路电流会对绕组产生一定的冲击作用，短路电流较小时产生轻微绕组变形，短路电流较大时会使绕组变形较大，严重的会使绕组损毁，其中轻微绕组变形如果不及时处理，频繁的短路冲击作用也会造成绕组的损毁。短路电流破坏绕组的原因是绕组周围存在漏磁通量，载流导线在漏磁场中会产生电动力，短路电流越大，电动力越强，表现为绕组所受轴向电动力和辐向电动力。前者表现出压缩绕组的效果，可能会破坏绕组匝线的绝缘；后者表现为绕组向外扩张效果，破坏绕组的稳定性，极易损坏相间绝缘，过大时将会扭曲绕组或扯断绕组导线。

2.2 放电故障及分析

（1）变压器局部放电故障。变压器局部放电故障多发生在绝缘结构内部的气隙、油膜等边缘处，初始放电阶段能量较低，情况较为复杂，根据放电介质可分为气泡局部放电及油中局部放电。究其原因主要是由于绝缘材料内部存在空穴，空穴内部存在气体，气体介电常数小于油和纸绝缘材料，能够承受较高的电场强度，可是其耐压强度较低，因此放电优先出现在气隙边缘位置。（2）变压器火花放电故障。变压器火花放电故障产生的原因包括悬浮电位和油内杂质。变压器中悬浮电位存在的位置场强集中，变压器油气化现象明显，色谱分析结果异常。悬浮放电经常出现在变压器内部电位较高的结构件处，如调节电压的绕组，也会出现在地电位的结构件处，如硅钢片磁屏蔽、相关金属紧固件等。（3）变压器电弧放电故障。电弧放电会产生较高的能量，其表现形式以绕组匝层与匝层之间的绝缘材料击穿最为常见，还包括引线断裂、分接开关飞弧等。电弧放电故障常常伴有变压器绝缘材料击穿、金属结构件畸变或烧毁、变压器烧毁或爆炸，放电之前无任何前兆，属于突发故障[2]。

3 措施

3.1 完善高压侧后备保护动作

想要完善高压侧后备保护动作，需要在两圈变压器主变高压后备增设门电路，使其逻辑更为合理，在实际保护工作中，低压侧断路器断开并且高压侧电流较大，可以结合设定时间跳高压侧断路器，与两圈变压器后备保护相同，在三圈变压器后备保护工作中，也需要增设门电路，从而加强逻辑性，在实际工作中，如果低压侧断路器断开，或中压侧断路器断开，同时高压侧电流较大，查处规定范围是，需要结合预定时间跳低、中、高三侧断路器。对于中压侧变压器后备保护逻辑改进以及低压侧变压器后备保护逻辑改进工作，需要增设门电路，这时，如果低压侧断路器断开，同时低压侧的电流较大，并且超出规定岗位，需要结合预定时间跳高压侧断路器。

3.2 电力变压器后备保护

电力系统在运行过程中，如果主变阻抗过大，极其容易引发主变低压侧出现故障，通常情况下高压侧出现故障较少，故障一旦出现，将会导致开放电压闭锁功能失效。为了提高故障时的灵敏度。需要通过高低压侧复合序电压并联开放方式进行处理。从而保证故障有效解决，在实际操作过程中，需要通过变压器高、低两侧电压中的任意一侧动作，从而开放闭锁回路。电力变压器在复合电压闭锁过流保护过程中，通过反应相间短路的实际情况，可以作为电力变压器后备保护的依据，继电保护技术中，交流回路通过直角接线，当本侧TV 断线时，此时保护的方向元件也会推出，如果电压故障排除，保护也随之完成。复合电压元件动作判断依据为分钟＜低电压定值；U2 ＞Ufx 负序电压定值。电压电流取自本侧的TV 或电力变压器中的TV。而功率方向元件电压电流取自本侧TV 和TA，过留原件电流取自TA。后备保护中的方向过流保护，通过单项接地故障的实际情况进行分析，能够为电力变压器的后备保护提供重要依据，在实际保护过程中，通过0 度接线去本侧的TV 和TA，如果TV 线断开，则保护元件会退出，如果TV 线断开后电力系统正常运行，表明保护正常。电力变压器中间隙零序保护，通过零序保护，能够将变压器间隙电压以及间隙击穿的零序电流正确反映，零序电流取自本侧的零序。

3.3 变压器短路故障的解决

根据变压器运行状况，实行状态检修和试验，一旦发现缺陷，优先制定计划大修方案，及时处理缺陷。

某年4 月30 日21 时22 分，某热电厂运行中的2 号机2 号变压器(SFPS7－240000/242/121/15 型)轻瓦斯、重瓦斯保护和差动保护动作跳闸。故障后，在变压器上部人孔处就可看到变压器内部出现较重的故障。检修后发现，低压15kV 回路出现了短路故障。变压器的解体检查和处理情况。由于现场不具备条件进行解体检查和恢复，决定将这台变压器返回制造厂修理。检查的结果是：高压绕组A、B 相都比较完整，C 相的轴向高度的中部有2 ～3 个线段出现变形并构成了线段间和匝间短路；B、C 相层压木压板变形和开裂，其中B 相开裂最严重；高压侧的有载调压开关比较完整。拔掉高压绕组后发现低压绕组的b、c 相线段有严重的轴向和辐向上的波浪形和凸凹变形，端部尤为严重。由于变压器的绕组和绝缘部件都有严重损坏，在恢复时除部分部件继续使用外，绝大部分部件都进行了更新，C 相高、低压绕组重绕。高压绕组A、B 相经仔细检查和测试后，完好可继续使用。

总之，通过变压器运行的声音、温度等现象变化对变压器故障进行分析，只能作为现场直观的初步判断。因为，变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。就像人发烧一样，不一定是感冒，很多疾病都会引起体温过热，电器设备也是一样的。必要时，进行变压器特性试验及综合分析，才能准确可靠地找出故障原因，判明事故性质，提出较完备、合理的处理方法。电力变压器日常维护除了声音、温度的监视还应注重定期油色谱化验分析、定期红外检测、在线装置数据变化。当发现不满于规程时要及时分析原因，及时采取措施，保证变压器的健康运行。由此可见，本文的研究也就显得十分的有意义[3-5]。