淺談變壓器故障運行維護

張宏

（重慶市電力公司永川供電局，重慶 402160）

1 變壓器簡介

變壓器，由于其在電力系統中的重要作用被稱之為電力系統的心臟。它是利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，目前，絕大多數的電力變壓器是袖浸式變壓器。變壓器的結構由變壓器本體和變壓器附件這兩大部分構成。變壓器本體的主要部件包括以下幾個部分：線圈、鐵心及其夾緊裝置等構成的變壓器器身；用于變壓器器身冷卻、絕緣和防腐作用的變壓器油；容納變壓器器身和變壓器油的油箱。其原理圖如圖所示：

圖1 變壓器工作原理圖

變壓器附件是指：變壓器套管、變壓器油枕、有載分接開關、變壓器冷卻系統、變壓器本體保護裝置及其測示儀表等。

2 變壓器故障的原因分析

據相關資料統計，電力變壓器故障按部位可分為繞組故障、鐵心故障、分接開頭故障、引線故障、套管故障、絕緣故障、冷卻系統故障、密封不嚴、散熱器故障以及其他故障等。

變壓器正常運行時，應有均勻的“嗡嗡”電磁交流聲，如果發出不均勻的聲音或者聲音異常，說明變壓器運行不正常。變壓器故障原因十分的復雜，充分認識故障的原因對故障診斷是十分重要的，變壓器故障原因可分為：

2.1 線路涌流(或稱線路干擾)在導致變壓器故障的所有因素中被列為首位。這一類中包括合閘過電壓、電壓峰值、線路故障、閃絡以及其他輸配方面的異?，F象。另外過負荷運行會使變壓器內部發出的“嗡嗡”聲很沉重。如果變壓器內部零部件松動，變壓器會發出強烈且不均勻的噪聲。如果鐵芯最外層的兩側硅鋼片未被夾緊，將因振動產生“嚶嚶”的噪音。變壓器頂蓋螺絲松動也會使變壓器發出異響。選用規格不當變壓器絕緣等級選擇錯誤；所選電壓等級、電壓分接頭不當等。過載是由過負荷導致的故障，僅指那些長期處于超過銘牌功率工作狀態下的變壓器。長期過負荷最終造成變壓器超負荷運行，過高的溫度導致了絕緣的過早老化。當變壓器的絕緣紙板老化后，紙強度降低。因此，外部故障的沖擊力就定能導致絕緣破損，進而發生故障。

2.2 變壓器內部的接觸不良或者擊穿有可能引起放電打火，使變壓器發出“吱吱”的放電聲。如果系統接地或短路，變壓器繞組中將產生較大的短路電流，變壓器內部發出的聲音大且異常如果變壓器接有大容量的用電設備，會使變壓器發出“哇哇”的異常噪音。變壓器內部過電壓時，會造成一二次繞組對外殼閃絡放電，或鐵芯接地線斷路，使鐵芯和外殼感應出高電壓，引起變壓器內部發出“吱吱”噪音，繞組變形。

2.4 運行維護不當變壓器受潮；潛油泵檢查維護不及時，使銅末混入油中進入變壓器，并產生負壓區吸入空氣；絕緣油老化；過負荷；接線錯誤；與外部導體連接處松動、發熱；對各種附件、繼電器等維護、檢查當(分接開關接觸不到位)。

2.5 制造質量不良材料不好；設計與工藝質量差；變壓器密封結構不合理(空氣和水分進入變壓器)；出廠試驗不全、不嚴。

2.6 異常電壓。

2.7 長期自然老化。在造成故障的起因中，絕緣老化占據較大比例。由于絕緣老化的因素，變壓器的平均壽命將大大低于預期壽命。

2.8 自然災害及外界物件的影響。如：雷電波、地震等自然災害。

2.9 存在絕緣薄弱點 (引線出頭絕緣薄弱)。

2.10 磁路系統故障(鐵芯二點接地)。

反應性水腫 對于體重偏重及不愛活動的中老年人來說，夏季是比較難熬的。受高溫的影響，他們的皮膚血管會發生擴張，引起動脈血流量增加和毛細血管濾過壓增高。此時若久坐不運動，就會導致體液滲透并積聚于皮下組織而腫脹。對此情況，一方面不必太過擔心，炎熱的夏天一過，自會好轉；另一方面，積極減肥和適當運動也會很大程度上避免水腫。

2.11 套管中混油 (有載分接開關向本體滲油)。

2.12 變壓器內部故障，包括油箱內部的繞組對地(對鐵芯)短路、匝間短路或層短路、鐵芯局部發熱和燒損、油面下降，也包括差動保護內的變壓器外部端子引線單相短路和相間短路。變壓器油位過高，易引起溢油；若油位過低，當油位低于變壓器上蓋時，則可能造成瓦斯保護誤動作，嚴重時可使變壓器引線或線罔露出油面，造成絕緣擊穿事故。油面過低的原因一般分變壓器長期漏油、滲油；變壓器檢修時放油后未及時補油；溫度過低等情況。

圖2 三繞組變壓器在第三繞組發生短路時的等效電路圖

2.13 變壓器匝間短路分析。一臺雙繞組變壓器發生匝間短路時，我們可以把短路部分看作第三繞組s，這就相當于一臺三繞組變壓器在第三繞組發生短路，它的等效電路如網所示，圖中略去了一、二次繞組的電阻R，對于短路部分則仍記及電阻Rs，這是考慮當短路發生在高壓繞組，而且短路匝數較少時，其電阻Rs將與其等效電抗可以比擬了。

3 變壓器故障類型

3.1 繞組故障

繞組故障就是發生在變壓器線圈、縱絕緣和端子中的故障。其故障的發生主要體現在以下幾個方面：1)制造工藝方面：主要有導線有毛刺、焊接不良、絕緣操作等。2)在運行方面：當外部出現嚴重的短路時，也會對繞組的尺寸和形狀造成嚴重的變化，主要表現為繞組軸向和徑向尺寸的變化、繞組扭曲、鼓泡和匝間短路等。3)外部原因：當線圈絕緣部分滲入水分時，也會造成匝間發生短路：在遭受雷電沖擊或對地弧光放電甚至沖擊合閘等瞬變過程時也可能會造成絕緣損壞甚至擊穿的故障。

3.2 鐵心故障

變壓器鐵心和繞組是傳遞、交換電磁能量主要部件，要使變壓器可靠運行，除繞組質量合格外，鐵心質量好壞是決定正常運行的關鍵。磁路中的故障，即出現在變壓器的鐵心、鐵扼及其夾件中的故障。

3.3 分接開關故障

有載分接開關內部傳動結構較為復雜，而且還需要經常操作進行切換，是故障經常出現的部位。在運行過程中，經常會遇到分接開關調檔時發生連動、操作機構電源空氣開關跳閘引起VQC閉鎖不能調壓、分接開關電動機構拒動引起VQC閉鎖，分接開關操作機構已動作，電壓卻無變化、遠方拒動等情況。也不是每次調壓都失敗，有些拒動、連動發生在幾檔固定檔，致使一臺主變一天要處理幾次，不僅增加了工作量，還影響到電壓質量。

3.4 套管故障

變壓器的套管如果存在缺陷或故障，將會直接危及到變壓器的安全運行，因此了解套管發生故障的原因，制定合理的防范措施是至關重要的。通過對以往套管故障進行分析，歸納出以下主要原因：1)套管表面臟污吸收水分后，會使絕緣電阻降低，發生閃絡，造成跳閘，進而損壞套管的表面；同時電阻的降低會導致導電性能的提高，電流增大，使絕緣套管發熱并造成瓷質損壞，甚至擊穿；2)密封失效，一般是因為緊固力不夠或者是超周期運行。3)還有一些人為的原因，比如：抽真空不徹底，使屏間殘存空氣，運行后在高電場作用下，發生局部放電，甚至導致絕緣層擊穿；防雨帽與接線鼻子不緊密：接線鼻子與接線板接觸不良等。

3.5 引線故障

引線是變壓器內部繞組出線與外部接線的中間環節，是通過焊接而成的，因此，焊接質量是其發生引線故障的主要原因。引線發生故障的模式主要有：引線短路、引線斷路、引線接觸不良三種形式。在發生引線短路時應立即停止運行，如不及時處理會導致繞組相間短路擴大成災難性的故障。引線對地短路、接觸不良也會產生局部高溫燒斷引線而使變壓器停運。

3.6 密封不嚴故障

變壓器的密封不嚴故障主要是連接處處理得不好引起的，如焊接質量差、大罩變形、法蘭不平、密封圈失效等。其后果往往是漏油、漏氣。其故障模式主要有：密封圈老化、瓷套脫落或破裂、潛油泵漏氣等等。

3.7 絕緣故障

變壓器油和絕緣紙、板以及絕緣件構成了變壓器油一紙絕緣系統，絕緣系統中的故障主要表現在以下幾個方面：1)絕緣紙本身較薄，在使用一段時間后就會發生故障：2)設計不合理，絕緣紙沒有足夠的裕度，容易產生相間短路：3)變壓器內部環境受到污染，特別是導電雜質的侵入，產生局部放電現象；4)絕緣油發生老化，加速油泥、水分和酸的形成。

4 變壓器日常維護

4.1 基于上述原因，可對變壓器進行如下維護：

首先確保變壓器在設計的負荷允許范圍之內，在油冷變壓器中需要仔細地監視頂層油溫；保護變壓器不受雷擊及外部損壞危險。變壓器油的介電強度隨著其中水分的增加而急劇下降。變壓器油要經常檢查，排除故障隱患。除小型配電變壓器外所有變壓器的油樣應經常作擊穿試驗，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。應進行油中故障氣體的分析，應用變壓器油中8種故障氣體在線監測儀，連續測定隨著變壓器中故障的發展而溶解于油中氣體的含量，通過對氣體類別及含量的分析則可確定故障的類型。每年都應作油的物理性能試驗以確定其絕緣性能，試驗包括介質的擊穿強度、酸度、界面張力等等。變壓器在平時檢修及保養時應保持瓷套管及絕緣子的清潔；在油冷卻系統中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以任何限制油自由流動的機械損傷；保證電氣連接的緊固可靠；定期檢查分接開關。并檢驗觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉動靈活性及接觸的定位；加強變壓器的預防性試驗，應對變壓器線圈、套管以及避雷器進行介損的檢測；每年檢驗避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應盡可能短。應考慮將在線檢測系統用于最關鍵的變壓器上，系統監測真實故障氣體含量，結合“專家系統”診斷將無害情況與危險事件加以區分，保證變壓器的安全運行。

變壓器油溫突然升高的主要原因有幾種情況：變壓器過負荷運行；變壓器內部短路閃絡放電；變壓器內部緊同螺絲接頭松動；冷卻裝置運行不正常等。通常變壓器上層油溫不超85%，對于沒有溫度計的變壓器可以用水銀溫度計貼在變壓器的外殼上測量溫度，這時溫度計指示應在80℃以下。如果發現油溫過高，應立即檢查變壓器是否過負荷及冷卻裝置運行是否正常。如果變壓器處于超負荷運行狀況，應立即申請減少變壓器的負荷，或者根據變壓器過負荷運行規程的規定運行。如果減少負荷后，變壓器溫升仍居高不下，應果斷切斷電源，查明原因。

導致變壓器油質變壞的原因有變壓器油使用時間過長，油溫經常過熱，運行時漏進雨水或侵入潮氣等情況。新變壓器油應為淺黃色，運行一段時間后逐漸變成淺紅色，變電值班人員如發現油色發黑，應立即取樣進行化驗分析，防止線罔繞組間或繞組與外殼之間發生擊穿事故。如化驗不合格時應立即停止變壓器運行，將絕緣油過濾或再生后檢驗合格方可使用。

4.2 影響變壓器油溫的主要因素是負荷的變化和環境因素的變化，如果油溫變化卻不引起油標的油位變化或變化異常時，說明油位是假的，假油位可能是南于油標管堵塞、呼吸管堵塞、防爆管通氣孔堵塞等造成的。所以，變電值班人員必須經常檢套油位計的指示情況，當油位過高時(如夏季)必須及時適當的放油，油位過低時，應查明原因，采取相應措施，以確保變壓器安全運行。

4.3 另外變壓器外部檢查未發現有異?，F象時，應查明瓦斯繼電器中氣體的性質。變壓器內部有故障，應根據瓦斯繼電器內積聚的氣體性質鑒定變壓器內部故障的性質；如果還不能對變壓器內的潛伏性故障作出正確判斷，則可采用氣相色譜法作出判斷。

[1]黃卓生.淺析電力變壓器故障處理，科技與企業，2011（07）.

[2]沈仲垚.變壓器故障有效性的分析，云南電力技術，2008（06）.