干式变压器常见故障分析及处理方法

于健洋 银川河东国际机场有限责任公司

干式变压器属于变流变压器，由铁芯和线圈组成，铁芯材料以硅钢片为主，线圈材料以环氧树脂为主，由环氧树脂浇筑而成，环氧树脂具有绝缘性和不可燃性，因此变压器在使用过程中不会出现漏液、助燃等问题，相比其他变压器维护工作量较小。在电厂运行过程中，应定期维护干式变压器，检查其工作状态，防止因变压器长时间做功和内部零件损坏而影响电力系统的正常运行。

一、干式变压器结构及绝缘分析

本文以采用F 级绝缘的干式变压器为例，其绝缘耐温为155℃。绕组冷却方式为空气自然冷却，采用辐射式散热。变压器主要由本体、保护装置、风扇、高、低压引线等构成。变压器的本结构为柱形，具有较大的散热面积，最大程度地保证了散热效果。其中，变压器的本体内部主要由三相的低压与高压绕组以及铁芯组成。目前，电力系统大用户用干式变压器的铁芯和绕组均为外露式结构，相较于常见的配网变压器，最大区别在于绝缘方式（不采用液体绝缘）。干式变压器使用寿命所受到的影响因子主要包含绝缘结构、电磁结构和结构紧固件的寿命。能够对干式变压器使用年限起到决定性作用的是其基本绝缘结构，而因变压器内部绝缘问题导致的事故大约占全部事故的90%，常见的干式变压器主要分为两种绝缘手段：树脂浇注型绝缘与浸渍式非包封绝缘。目前，国内外的干式变压器使用率最高的是杜邦公司于20 世纪所开发的Nomex 绝缘材料作为匝间绝缘设备的干式变压器。其中导体间的绝缘采用的是NomexT400 型的H 级，其能够承受的最大温度为250℃，利用Nomex 材料作为绝缘材料的浸渍式非包封型干式变压器是目前大型工业用户所使用较为广泛的变压器，电力系统大用户用干式变压器的铁芯和绕组均为外露式结构，相较于常见的配网变压器，最大区别在于绝缘方式（不采用液体绝缘）。干式变压器使用寿命所受到的影响因子主要包含绝缘结构、电磁结构和结构紧固件的寿命。而研究这种变压器的使用年限则主要从其模拟特性进行研究，本文对干式变压器绝缘材料进行分析。显然，不同电压等级的干式变压器对应着不同的匝间绝缘厚度。由于干式变压器低压绕组间存在支撑用撑条，因此，干式变压器能够具备较好的散热性，但是，与此同时也带来了易受潮的缺陷。由于高压绕组匝间不存在联通气道，处于密闭状态，因此系统内热量只能以逐层散热的方式利用空气散热。而这种散热方式如果遇到特殊环境，例如，干式变压器位于矿井内或其他外界条件较为恶劣的环境，由于整个变压器所处较为潮湿环境，这种散热与水分的共同作用下，会进一步加大干式变压器的绝缘老化过程。在正常运行过程中除铜耗、铁耗产热之外，绕组中的绝缘劣化导致电场分布不均，进而引发局部放电等问题。

二、干式变压器常见故障分析及处理方法

（一）干式变压器绝缘电阻降低

1）故障原因。对于浇注型干式变压器来说，其绕组基本上都采用的树脂浇注模式形成，将导体材料密封于其中，所以导致干式变压器绝缘性能降低的常见原因是绕组表面存在有水汽、灰尘、绝缘材料受潮导致，详细来说，可以归纳为以下几种：（1）高低压绕组均是由环氧树脂浇注形成，若发生绝缘电阻下降的情况，通常是绕组表面水蒸气、灰尘杂物聚集导致的；（2）在干式变压器的低压导线部分，通常不会进行浇注，稳固低压绕组使用的环氧板也容易因为受潮导致其绝缘电阻降低，在进行就位变压器安装的过程中，低压绕组内部与铁芯柱之间落入杂物也容易导致干式变压器整体绝缘能力受到影响，在使用兆欧表对铁芯对地绝缘进行测量的过程中，也经常出现绝缘下降的情况，一般需要考量是否存在多点接地现象或者铁芯表层漆的绝缘性能是否完好。2）处理方式。需要对绕组表面进行清洁，对于表面水蒸气，可以使用干布进行反复擦拭，之后进行自然风干。还可以使用白炽灯、加热器、通风机等设备进行处理。

（二）铁芯过热

1）原因分析干式变压器铁芯过热通常由以下几种原因引起：（1）变压器长时间运行摩擦生热导致铁芯过热。（2）硅钢片质量问题也是导致铁芯过热的原因之一，劣质的硅钢片会使变压器在工作状态时做功增大，过度摩擦导致铁芯过热。（3）散热器出现故障，变压器做功时无法正常散热导致铁芯过热。（4）变压器在设计运行过程中会设置额定电压，若在实际运行中电压过大则会导致铁芯过热。2）处理措施综上所述，导致干式变压器铁芯过热的原因为变压器实际运行电压超过额定电压。针对该问题，现场应启动备品备件采购计划，及时采购需要的备件，充分考虑现场实际运行中的最高电压情况，对干式变压器额定电压重新进行设计，并试运行一段时间，采用红外线持续跟踪监测，观察铁芯温度是否处于正常水平。

（三）多点接地

1）故障原因整体来说，造成干式变压器铁芯多点接地的原因大致可以划分成内部因素与外部因素两个方面。（1）外部因素，一般是指外界因素导致的干式变压器铁芯多点接地。常见有地理环境因素、人为错误操作因素导致干式变压器铁芯发生接地故障。现场施工安装过程中，因为施工人员的麻痹大意，造成金属物在施工现场遗落，螺母、铁屑等金属物质使得铁芯发生多点接地现象。铁芯绝缘铁轭，铁芯穿心绝缘筒等绝缘材质，因为周围环境造成的凝露或受潮的问题，导致绝缘能力受到较大影响，发生低电阻性绝缘接地。变压器在日常运行过程中铁芯出现漏磁现象导致附近空间存在有弱磁性，吸引了大量周围的金属粉末与粉尘，若长时间没有对其开展维护清扫，也可能导致铁芯出现多点接地的现象。因为针对干式变压器的运行维护工作不当，导致干式变压器长期处在高负荷运行状态。（2）内在因素，一般是指变压器内部绝缘材料缺陷、设计缺陷以及安装技术不合理等原因导致变压器铁芯产生多点接地故障。在制造变压器或者对铁芯进行大修（更换）时，使用的硅钢片质量存在问题，若硅钢片表面较为粗糙、存在有比较严重的锈蚀现象、绝缘漆出现老化脱落等，可能发生短路现象，发生多点接地。硅钢片加工技术不科学，如毛刺超过标准，剪切时没有对硅钢片进行正确放置，叠片之间存在有细小的金属颗粒或者硬质非金属异物，把其压出坑部，同时另外一边产生了出现凸点，完成后造成相关配件绝缘能力受损，使得片间短路，硅钢片叠片叠张时压强过高，导致片间绝缘损坏。因为变压器铁芯多点接地内在原因属于是隐性问题，出厂或者现场监测不容易发现，因此需要对故障内在原因进行理性判定和处理。2）多点接地处理措施：（1）根据现场变压器状况处理外部因素影响的多点接地故障干式变压器因长期停用或密封不好，会积尘、受潮等，西北地区风沙大，室外变压器表面灰尘较多，因此，可先对表面进行清洁。如潮湿环境应采用太阳灯对铁轭进行烘烤，或是采用空载法进行自加热。（2）采用逐级排查方法处理内在因素造成的铁心接地故障逐级排查法是电力系统中通用的检查故障的方法，在电力系统中也能得到有效应用，使用直流、交流法对变压器铁芯多点接地故障点进行查找，从上铁轭开始进行逐级排查，从检测穿心螺杆到检测铁心对地绝缘电阻，若期间未检测出异常现象，则说明故障问题不在穿心螺杆和铁心对地绝缘电阻处。接着再检查下铁轭，下铁轭检查难度较大，干式变压器下铁轭承托有线圈，拆除起来难度较大，可以采用交流电弧法等方式进行检修。综上所述，在处理干式变压器故障问题时，一定要先切断电源，再进行故障处理，保证施工人员的人身安全。

三、干式变压器运行维护建议

严格按照变压器安装规范操作，将变压器安装在合适的位置，并根据厂家技术要求进行安装维护，如厂家对特殊部件有相关维护要求，应贴上相应标志，注明情况。某些大型活动场所对电力系统要求较高，为避免电力系统故障，安排电力系统维护人员定期检修变压器显得十分重要。应根据大型活动场所中不同的环境状况，制订维护时间规划，对于人流量较少、整体环境较为清洁的场地，可以每年检查一次变压器；对于人流量较大、环境污浊的场地，建议三到六个月检查一次变压器。固件检查十分必要，至少每年检查一次，检查内容包括：（1）检查干式变压器所有零部件，并定期紧固，若螺纹出现滑丝现象，应及时更换；（2）考虑到金属部件易锈蚀问题，应定期对干式变压器金属部件进行检查，及时更换锈蚀部件；（3）检查绝缘体，查看绝缘体表面绝缘材料有无脱落现象，并及时更换老化绝缘部件，保证用电安全，防止发生触电事故。

四、结语

整体来讲，同其他类型变压器相比，干式变压器在使用的过程中具有十分明显的优势，因此在国内配电工程中，一直占据有较高的比例，但与此同时，针对干式变压器的使用和维护，也应当是一项系统且长期性的工作，相关从业人员必须要深刻了解干式变压器的工作原理以及结构特征，认识当前较为常见的干式变压器运行故障，掌握相关的故障排除技术，只有这样，才能让干式变压器在我国使用的过程中发挥自身最大的价值，并且还能够有效提升干式变压器的使用寿命，为我国电力企业带来更大的经济效益。