變壓器內部故障分析及預防措施研究

曹榮輝

（西山煤電（集團）有限責任公司發電分公司，山西 太原 030053）

電力變壓器大多是油浸式變壓器，變壓器內部故障一般是變壓器本體內的故障，一般有短路故障、接地故障、氣體超限故障等。變壓器內部故障按性質可分為熱故障和電故障，它們均會引起絕緣損壞。變壓器絕緣損壞往往是不可逆的，一旦變壓器主絕緣或匝間絕緣出現問題，變壓器往往需要大修甚至失去使用價值，還會對供電系統造成安全隱患。因此，了解變壓器故障發生的原因，掌握常見變壓器故障的類型，對運維人員日常巡視、維護、檢修變壓器具有重要意義。本文從分析變壓器內部故障產生原因的角度出發，列舉了引起變壓器絕緣故障的各類原因，并對變壓器絕緣故障預防提出了自己的看法。

引起絕緣故障的原因有短路故障擊穿絕緣、放電故障擊穿絕緣、變壓器內部固體絕緣紙老化和液態絕緣油污染（如油中混入了水分或雜質、液態絕緣油劣化或發生了氧化反應等）。過負荷引起高溫會致使絕緣損害。過電壓會引起絕緣層被破壞。鐵芯故障如鐵芯多點接地會在變壓器內部形成環流，導致鐵芯局部溫度過高而損壞絕緣。分接頭相間距不夠時會引起分接開關故障。變壓器還可能發生滲漏故障等。

1 短路故障

變壓器發生短路故障時，繞組會通過額定電流成倍數的短路電流，并且電流的熱效應會使變壓器溫度急劇升高，嚴重時甚至引起火災，數值巨大的短路電流還會產生很大的電動力，造成繞組拉扯變形，這對變壓器的損壞是不可逆轉的，會極大地妨礙變壓器的安全運行。

短路故障的主要預防措施如下：

（1）對變壓器進行短路試驗。運維人員了解變壓器運行狀況的方法通常是通過試驗的方法得到結論，變壓器短路試驗可以有效地判斷變壓器在短路狀態下機械性能的穩定性，但是短路試驗并不能判斷變壓器的抗熱性能。

（2）對變壓器繞組進行變形試驗。幅頻響法是測量繞組變形的主要方法，觀察繞組對地電容的變化情況來判斷繞組狀態。另外，短路阻抗法根據變壓器繞組電容改變量來判斷繞組是否變形，能夠作為幅頻響應法的有益補充。

（3）檢查繼電保護與重合閘系統的相互配合情況。使用年限長的變壓器自身承受短路電流沖擊的能力較弱，如果重合閘系統自動重合或強行重合有可能造成變壓器絕緣擊穿，失去維修的價值。因此對變電站臨近線路可以考慮不用或恰當延長合閘響應時間，以降低短路故障下重合閘沒有成功而可能引起的二次事故的概率，不僅如此，變壓器短路故障發生后應首先對短路跳閘的變壓器進行試驗查找問題，測算短路電流值，根據實驗結果再決定是否恢復送電。

2 放電故障

放電故障可以造成變壓器絕緣擊穿，也可以間接地產生熱量或者帶有腐蝕性質的活性氣體造成局部絕緣遭受腐蝕，以致進一步導致變壓器介質損耗加劇，最終結果還是造成絕緣擊穿。

放電故障的主要預防措施如下：

（1）加強變壓器油的監測。如果變壓器油內水分含量超過1/10000，變壓器介電強度就會下降50%，絕緣油擊穿試驗可以對變壓器油的絕緣可靠性有效校驗，對主要供電變壓器進行絕緣油擊穿試驗非常重要。

（2）避免變壓器表面臟物。大多數電力變壓器安裝在戶外場所，不可避免的會受到浮沉、雨雪、風沙造成的臟物附著，檢修人員應利用檢修時機徹底清除變壓器本體附著的污漬、油漬，尤其是絕緣子和套管盡可能保持干凈，否則會出現爬電現象，嚴重會引起閃絡，此外還要經常檢查變壓器散熱器是否出線銹跡，散熱是否正常，及時清理散熱器污垢和滲漏。

（3）完善在線監測系統。對主變壓器進行在線監測可實時了解變壓器運行狀態，及時發現變壓器異常。在線監測結合專家系統可有效發現變壓器早期問題，將問題扼殺在萌芽狀態。

（4）國家能源局《二十五項電網重大反事故措施》要求，電力設備預防性試驗要增加紅外成像測溫檢測內容，紅外檢測可系統性地對變壓器“探傷”，如直流電阻超標、套管介質損耗超標等，尤其是因為絕緣受潮、裂化引起的電壓制熱損傷，由于其溫差變化僅有1-3k，運行中很難依靠其他手段發現，故試驗中積極引進紅外監測內容非常有必要。

3 絕緣紙老化

固體絕緣紙主要成分是聚酰胺纖維（PA）或聚酯無紡布和聚酯薄膜復合（DMD）制作的，其聚合度通常在1.3*104左右，隨著時間積累絕緣紙的聚合度有可能下降，當其聚合度下降至300左右時，其機械強度已經下降超過了50%。絕緣紙老化后，不僅耐張強度降低，還會產生水及多種氣體，這些多余產物不僅會使絕緣紙的擊穿電壓和電阻率降低、介質增大、強度下降，還可能腐蝕設備中的金屬部件。

絕緣紙老化故障的主要預防措施如下：

（1）避免頻繁進行絕緣油采樣，引起變壓器內部負壓使外部空氣和水分進入變壓器本體造成絕緣受潮。

（2）加強巡視，定期對變壓器試驗。絕緣紙的老化是隨著變壓器運行不可避免的，我們只有在日常巡檢、維護過程中注意觀察變量，如氣體繼電器是否有氣體、呼吸器硅膠顏色是否變化等，及時發現問題，盡早更換或維修，延長變壓器使用壽命。

4 絕緣油污染、劣化

污染是油中出現水或雜質，這些不是氧化的產物，雜質可使絕緣油性能降低，介損角增大，易被擊穿。絕緣油的劣化是油發生氧化反應并且產生了氣體，同樣可能是絕緣油耐壓能力降低，介質角增大，易被擊穿。

絕緣油污染、劣化故障的主要預防措施如下:

（1）設備密封及防潮。及時更換變壓器呼吸器硅膠以避免水分進入，大修后的變壓器可進行抽真空保壓，這不僅可以防止空氣進入也可檢查變壓器的密封是否良好。

（2）提高氧化的穩定性。在變壓器絕緣油中適當添加抗氧化劑可有效延緩變壓器油的氧化，保持絕緣油的絕緣性能。

（3）通過預防性試驗及早發現問題。變壓器油應按照預防性試驗規程所規定的試驗周期或在必要時進行簡化實驗、色譜試驗，同時在變壓器運行過程中保持冷卻裝置的正常投用，使絕緣油表面溫升控制在55℃以下。

5 過負荷、過電壓引起的絕緣故障

變壓器長期過負荷運行會造成變壓器損耗增加，輸出電壓也會隨之降低。當輸出的電流增大到短路電流時其電壓會降為零。同時，變壓器內部溫度升高，會加速絕緣的劣化；變壓器正常運行時其內部只需考慮電阻和電感，電阻和電感在變壓器內部是平均分布的，當出現操作過電壓時，其電壓值可以達到額定電壓的很多倍，而變壓器絕緣強度耐壓性一般只能達到額定電壓二點五倍左右，所以過電壓可引起變壓器絕緣損壞。

過負荷、過電壓引起的絕緣故障的主要預防措施如下：

（1）開關柜增加避雷器防止操作過電壓，35千伏電壓互感器采用VV型接法防止諧振過電壓，增大變壓器匝間電容等措施都可以有效避免過電壓。

（2）注意變壓器低壓繞組測抽頭與中性點之間的距離。

（3）注意負荷分配方式，防止變壓器長時間過負荷運行。

6 結論

引起變壓器故障的原因有電氣量和非電氣量原因，變壓器故障的原因分析需要參考的各類參數也非常繁多，處理起來難度很大，我們只有不斷總結經驗，不斷學習，細致搞清楚每次故障的根由，才能在變壓器故障發生時占據主動，及時排除故障，才能確保電力系統的穩定運行。