電力變壓器過熱故障及預防措施

張會娟

（新密市電業局，鄭州 452370）

電力變壓器是電力系統中非常重要的設備，它的安全運行與否直接關系著電網系統運行是否安全穩定。變壓器過熱故障是常見的多發性故障，他對變壓器的安全運行和使用壽命有著嚴重的威脅。

1 變壓器常見的過熱故障

1.1 變壓器過熱故障的分類

變壓器運行時有空載損耗和負載損耗產生，這些損耗來自變壓器繞組、鐵心及結構件本身的溫度。這些損耗轉化為熱量后，提高了繞組、鐵心及周圍介質等溫度。發熱體周圍介質溫度的升高，再通過油箱和冷卻裝置對環境空氣散熱。當各部分的溫差大到能使產生的熱和散出的熱平衡時，即達到了平衡狀態，各部位的溫度不再變化；反之，變壓器中任何一個部位其發熱量與散熱量不能平衡時，就產生了過熱。

過熱故障按發生的部位可以分為內部過熱故障和外部過熱故障。內部過熱故障包括繞組、鐵心、油箱、夾件、有載分接開關及引線等部件過熱；外部過熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開關的驅動控制裝置及其他外部組件過熱故障。根據變壓器過熱故障性質可分為以發熱異常為主的發熱型過熱故障和以散熱為主的散熱異常型過熱故障，而發熱異常型過熱故障可分為電流（主要指環流和渦流）異常型過熱故障和電阻異常型過熱故障。

1.2 變壓器過熱故障

1）鐵心過熱故障

變壓器鐵心過熱故障是變壓器常見的一種故障，通常是由于設計、制造工藝等質量問題以及其他外界因素引起的鐵心多點接地或短路產生。

2）繞組過熱故障

變壓器繞組損耗通常包括直流電組損耗、繞組附加損耗以及金屬構件中的雜散損耗。這些損耗不能滿足相關標準規定時會引起變壓器繞組過熱。

3）引線分流故障

由于引線安裝工藝問題，使高壓套管的出線電纜與套管內的銅管相碰，或接觸部位受力摩察等引起引線過熱故障。

4）分接開關過熱故障

分接開關動、靜觸頭接觸不完全造成鋤頭表面腐蝕、氧化，使觸頭之間接觸電阻過大造成過熱事故。

2 變壓器過熱故障原因分析

2.1 鐵心過熱原因

鐵心多點接地造成鐵心過熱。變壓器正常運行時，各繞組、引線與油箱間將產生不均勻電場，鐵心和夾件等金屬結構件就處于該電場中，由于他們所處的位置不同，因此所有的懸浮電位也不同，當兩點間的懸浮電位達到能夠擊穿期間的絕緣時便產生火花放電。這種放電可以使變壓器油分解，長此以往，會逐漸損壞變壓器絕緣，導致事故發生。為了避免這種情況的發生，國家標準規定，電力變壓器鐵心、夾件等金屬構件應通過又像可靠接地。當鐵心一點接地就可保證整個貼心處于零電位。而當鐵心兩點或兩點一上接地時則在接地點就會形成閉合回路，并與鐵心的交變磁通相交鏈而產生感應電壓，該電壓在鐵心及其它處于零電位的金屬結構件形成的回路中產生數十安的電流或環流，由此引起局部過熱，導致油分解，還可能使節底片熔斷或燒壞鐵心，產生放電。

造成鐵心多點接地的主要原因有：①鐵心夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮或損壞或箱底沉積污泥及水分，使絕緣電阻下降，引起鐵心多點接地；②鐵心墊片邊緣有尖角毛刺、翹曲或不整齊和相鄰的夾件、墊腳安裝疏忽，使鐵心與相鄰金屬構件之間短接，形成環流引起局部過熱；③變壓器運輸中，由于碰撞、振動使部分鐵心疊片竄出或移位，導致與鄰近結構件祥鵬和多點接地；④鐵心部分硅鋼片碰傷、翹曲或加工毛刺大，使鐵心疊片局部短路，產生渦流導致鐵心局部過熱；⑤由于鐵心結構和加工質量問題，使鐵心接縫氣隙大，在鐵心結合部位產生磁通或諧波刺痛而引起局部磁通畸變和鐵心局部過飽和，而造成局部損耗增大鐵心過熱。

2.2 繞組過熱的原因

1）為了降低變壓器損耗，各制造廠采用了帶有統包絕緣的換位導線繞制變壓器繞組，由于換位導線生產技術不成熟，導致換位導線運行十年左右出現統包絕緣膨脹，段間油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴重老化，以致發糊、變脆，在長期電磁震動下，絕緣脫落，局部漏銅，形成匝間（段間）短路，導致變壓器燒損事故。

2）變壓器漏磁導致過熱。變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無論是主磁通還是漏磁通，都可以分為軸向分量和徑向分量，軸向分量分布較簡單，沿繞組高度變化較小，徑向分量繞組高度分布復雜，由它引起的渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器容量的變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化。尤其在端部變化大，其最大值出現在端部附近，變壓器的內繞組離鐵心近，漏磁的徑向值高于外繞組。在大型變壓器中，由于漏磁密度高，所以產生的雜散損耗很大，有時可達數百千瓦，導致過熱。

3）繞組換位不合適，使漏磁場在繞組各種并聯導體感應電勢不同，各并聯導體存在電位差，產生環流，環流和工作電流在一部分導體中相加，在另一部分導體中相減，被疊加的導體電流過大，引起鐵心過熱。

4）繞組匝間有小毛刺、漏銅點等材料本身的質量不良問題，雖不構成匝間短路，但會形成緩慢發熱，以致油溫升高，最終產生過熱。

2.3 分接開關過熱的原因

在有載調壓變壓器中，特別是調壓頻繁、負荷電流較大的變壓器，在頻繁調解過程中出現鋤頭之間的磨損、腐蝕，造成觸頭之間的接觸壓力下降，接觸壓力減小，使接觸電阻增大，導致觸頭發熱量增加，發熱又進一步加速觸頭氧化腐蝕甚至機械變形，形成惡性循環，若不及時處理，則會造成變壓器燒毀事故。

3 過熱故障的判斷

3.1 外觀檢查

根據變壓器正常運行與異常時的聲音、氣味、外殼發熱情況以及變壓器外部保護裝置等信號來檢查。即檢查變壓器外觀各組部件所處的工作狀態（如溫度指示值的大小、儲油柜油位是否正常、氣體繼電器內是否有氣體、油箱有無滲漏油及主導流接觸部位有無松動、變色等），并結合已取得的數據資料或歷史數據、出廠數據等進行初步分析判斷。

3.2 內部故障判斷

根據變壓器內部故障現象和外部檢查情況，可對外部組件本身或引線接頭不良等的外部缺陷進行直接處理。對內部鼓掌通過對變壓器油色譜分析、電氣性能試驗、絕緣特性試驗等內容綜合分析判斷。

1）油中溶解氣體分析法

絕緣油是有許多不同分子量的碳氫化合物組成的混合分子，當有電和熱故障時可以使某些C—H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生成少量的活潑的氫原子核不穩定的碳氫化合物的自由基，這些氫原子和自由基通過復雜的化學反應迅速重新化合形成烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固體顆粒及碳氫聚合物（X-臘）。故障初期，所形成的氣體溶解于油中；當故障能量較大時，也可能聚集游離氣體。

乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約為500℃）產生的，（在較低溫度時也有少量產生）。乙炔一般在800℃～200℃溫度下生成，而且溫度較低時，反應迅速的被抑制，作為重新化合的穩定產物而積累。因此，大量以確實在電弧的弧道中產生。在較低溫度時也會有少量的乙炔生成。油氧化時會生成少量的 CO和CO2，并且會長期集聚，可以作為故障特征氣體。

固體絕緣材料分解時生成大量的CO和CO2及少量烴類化合物，同時油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。分解出的氣體形成氣泡，不斷溶解于油中。這些故障氣體的組成與含量與故障的類型及其嚴重程度有密切的關系。不同故障類型產生的氣體見表1所示。

表1 不同故障類型產生的氣體

根據國家標準DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》除了根據上述特征氣體法來推斷變壓器故障類型，還可以通過三比值法（詳見標準）：三比值編碼原則和三比值故障類型判斷方法進一步分析確定變壓器故障類型及部位。

應當注意的是當用三比值法診斷時，有時會出現“編碼缺損”的情況，即根據編碼原則和分類方法得到的編碼超出了已知編碼列表，特別是多種故障并存時很難判定故障性質，需進一步借助判斷故障類型的其他方法。例如：四比值法和模糊數學等方法。

2）電氣試驗

（1）測量繞組直流電組。通過測量繞組直流電組可以方便有效的檢查繞組縱絕緣和導電回路連接狀況，通過試驗發現變壓器繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關和導線接頭接觸不良等故障，同時還能判斷直流電組是否平衡、調壓分接開關檔位是否有效。對于此項試驗數據，《電力設備預防性試驗規程》中規定：三相繞組不平衡系數應不大于1%或不大于2%（不同容量和繞組連接組別）。若將繞組直流電組織與往年試驗結果相比較，相互間差別應不大于2%，并且三相電阻實測值排序不應改變，由此可以判斷導電回路是否存在故障和缺陷。

（2）測量短路阻抗和負載損耗，通過所測數據與出廠試驗值相比較，可判斷變壓器繞組是否變形或錯位，結構件是否存在渦流或環流集中引起的過熱缺陷。通常阻抗電壓值不應超過出廠試驗值的-2%～+2%。

3.3 變壓器器身檢查

利用上述方法診斷變壓器內部故障和部位，為驗證判斷結果和正確處理故障，須進行變壓器內部故障檢查。對大型變壓器，由于受現場設備限制不能吊心時，可以抽出一定數量的油從人控入內檢查；對小型變壓器，側可以通過吊心認真檢查。檢查是為了避免變壓器器身受潮，應盡量縮短器身暴露在空氣中的時間。內部檢查主要項目有：

1）繞組檢查

（1）檢查相間隔板和圍屏（宜解開一相）有無破損、變色、變形、放電痕跡，如發現異常應打開其他兩相圍屏進行檢查。

（2）檢查繞組表面是否清潔，匝絕緣有無破損。

（3）檢查繞組各部墊塊有無位移和松動。

（4）檢查繞組絕緣有無破損、油道有無被絕緣、油垢或雜物（如硅膠粉末）堵塞現象。

（5）檢查繞組絕緣繞組絕緣狀況。

2）鐵心檢查

（1）檢查鐵心外表是否平整，有無片間短路或變色、放電燒傷痕跡，絕緣漆膜有無脫落。

（2）檢查鐵心上下夾件、方鐵、繞組壓板的緊固程度和絕緣狀況，絕緣壓板有無爬電燒傷和放電痕跡。

（3）檢查壓釘、絕緣墊圈的接觸情況。

（4）用專用扳手緊固上下鐵心的穿心螺栓，檢查與測量絕緣情況。

（5）檢查鐵心電場屏蔽絕緣及接地情況。

（6）檢查疊片有無竄動、上下變形。

3）其他檢查

（1）檢查調壓開關觸頭有無過熱、放電痕跡。

（2）引線接觸部位有無發熱痕跡，引線有無斷線、燒熔。

（3）有無金屬焊渣、粉末等異物。

4 處理對策

根據引起過熱的原因不同而采取不同的處理辦法。

1）由于繞組結構原因引起的低壓繞組過熱，宜將變壓器的低壓繞組改為雙螺旋結構。

2）正確連接引線和分接開關，上緊螺帽防止松動、發熱。

3）對冷卻器管道堵塞引起的過熱，應定期用壓縮空氣或水清洗冷卻器管。

4）為避免引線和套管銅管靠接后出現過熱可采取以下兩種措施。

（1）不改變目前引線絕緣包扎方式，在每臺產品試裝時，準確裁截引線電纜長度，做到引線長度與套管的準確配裝。

（2）改變電纜陰險的絕緣包扎方式。在總裝時，保持引線電纜絕緣的完整，不允許有絕緣松脫露銅現象。這樣引線裝配后，即使引線和銅管靠接，回路將由絕緣隔開而難于閉合，組織電流流通和過熱。

5）為防止漏磁而引起的過熱，可在變壓器油箱內壁及繞組鋼脫板上加裝磁屏蔽。這樣可以讓漏磁通盡可能的通過導磁性能較好的磁屏蔽裝置，而不穿入油箱內部的鋼板，從而避免了在油箱壁中產生大的損耗，引起油箱局部過熱。

6）加強管理，避免由于管理不善等原因而引起的過熱事故。對強油循環的冷卻系統必須有兩個可靠的電源，并有自動切換裝置，定期進行切換試驗，信號裝置齊全、可靠。

5 結論

變壓器從開發、設計、制造、運輸到安裝、運行、維護等經過若干環節，其中任何一個環節出現問題，都將影響變壓器的健康運行。而變壓器過熱故障又是變壓器的常見多發性故障之一，對變壓器的安全運行帶來嚴重威脅。因此制造部門和運行部門應采取措施加強管理預防變壓器的過熱事故發生。