智能電網(wǎng)：變壓器故障診斷和典型案例分析

標(biāo)簽：電力變壓器 繼電保護(hù)

摘要：電力變壓器是一種改變交流電壓大小靜止的電力設(shè)備，是電力系統(tǒng)中核心設(shè)備之一，在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵?，是國民?jīng)濟(jì)各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路。如果變壓器發(fā)生故障，將影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行電力系統(tǒng)中很重要的設(shè)備，一旦發(fā)生事故，將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。分析各種電力變壓器事故，找出原因，總結(jié)出處理事故的辦法，把事故損失控制在最小范圍內(nèi)，盡量減少對(duì)系統(tǒng)的損害。

由于每臺(tái)變壓器負(fù)荷大小、冷卻條件及季節(jié)不同，運(yùn)行中不僅要以上層油溫允許值為依據(jù)，還應(yīng)根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及在上述情況下與上次的油溫比較。如油溫突然增高，則應(yīng)檢查冷卻裝置是否正常，油循環(huán)是否破壞等，來判斷變壓器內(nèi)部是否有故障。

變壓器的安全運(yùn)行管理工作是我們?nèi)粘９ぷ鞯闹攸c(diǎn)，通過對(duì)變壓器的異常運(yùn)行情況、常見故障分析的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，將有利于及時(shí)、準(zhǔn)確判斷故障原因、性質(zhì)，及時(shí)采取有效措施，確保設(shè)備的安全運(yùn)行變壓器是輸配電系統(tǒng)中極其重要的電器設(shè)備，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)管理規(guī)定變壓器必須定期進(jìn)行檢查，以便及時(shí)了解和掌握變壓器的運(yùn)行情況，及時(shí)采取有效措施，力爭(zhēng)把故障消除在萌芽狀態(tài)之中，從而保障變壓器的安全運(yùn)行?，F(xiàn)根據(jù)對(duì)變壓器的運(yùn)行、維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)。

一.常見故障

1變壓器滲油

變壓器滲漏油不僅會(huì)給電力企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，還會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行，可能造成不必要的停運(yùn)甚至變壓器的損毀事故，給電力客戶帶來生產(chǎn)上的損失和生活上的不便。因此，有必要解決變壓器滲漏油問題。

油箱焊縫滲油。對(duì)于平面接縫處滲油可直接進(jìn)行焊接，對(duì)于拐角及加強(qiáng)筋連接處滲油則往往滲漏點(diǎn)查找不準(zhǔn)，或補(bǔ)焊后由于內(nèi)應(yīng)力的原因再次滲漏。對(duì)于這樣的滲點(diǎn)可加用鐵板進(jìn)行補(bǔ)焊，兩面連接處，可將鐵板裁成紡錘狀進(jìn)行補(bǔ)焊;三面連接處可根據(jù)實(shí)際位置將鐵板裁成三角形進(jìn)行補(bǔ)焊;該法也適用于套管電流互感器二次引線盒拐角焊縫滲漏焊接。

高壓套管升高座或進(jìn)人孔法蘭滲油。這些部位主要是由于膠墊安裝不合適，運(yùn)行中可對(duì)法蘭進(jìn)行施膠密封。封堵前用堵漏膠將法蘭之間縫隙堵好，待堵漏膠完全固化后，退出一個(gè)法蘭緊固螺絲，將施膠槍嘴擰入該螺絲孔，然后用高壓將密封膠注入法蘭間隙，直至各法蘭螺絲帽有膠擠出為止。

低壓側(cè)套管滲漏。其原因是受母線拉伸和低壓側(cè)引線引出偏短，膠珠壓在螺紋上。受母線拉伸時(shí)，可按規(guī)定對(duì)母線用伸縮節(jié)連接;如引線偏短，可重新調(diào)整引線引出長度;對(duì)調(diào)整引線有困難的，可在安裝膠珠的各密封面加密封膠;為增大壓緊力可將瓷質(zhì)壓帽換成銅質(zhì)壓帽。

防爆管滲油。防爆管是變壓器內(nèi)部發(fā)生故障導(dǎo)致變壓器內(nèi)部壓力過大，避免變壓器油箱破裂的安全措施。但防爆管的玻璃膜在變壓器運(yùn)行中由于振動(dòng)容易破裂，又無法及時(shí)更換玻璃，潮氣因此進(jìn)入油箱，使絕緣油受潮，絕緣水平降低，危及設(shè)備的安全。

絕緣油在運(yùn)行時(shí)可能與空氣接觸，并逐漸吸收空氣中的水份，從而降低絕緣性能。同時(shí)絕緣油也可能吸收、溶解大量空氣，由于油經(jīng)常在較高溫度下運(yùn)行，油與空氣中的氧接觸，生成各種氧化物，并且這些氧化物呈酸性，容易使得變壓器內(nèi)部的金屬、絕緣材料受到腐蝕，增加油的介質(zhì)損耗，隨之降低絕緣強(qiáng)度，造成變壓器內(nèi)閃絡(luò)，容易引起繞組與外殼的擊穿。

2.鐵心多點(diǎn)接地

變壓器鐵心有且只能有一點(diǎn)接地，出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上的接地，為多點(diǎn)接地。變壓器鐵心多點(diǎn)接地運(yùn)行將導(dǎo)致鐵心出現(xiàn)故障，危及變壓器的安全運(yùn)行，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。

直流電流沖擊法。拆除變壓器鐵心接地線，在變壓器鐵心與油箱之間加直流電壓進(jìn)行短時(shí)大電流沖擊，沖擊3～5次，常能燒掉鐵心的多余接地點(diǎn)，起到很好的消除鐵心多點(diǎn)接地的效果。

開箱檢查。對(duì)安裝后未將箱蓋上定位銷翻轉(zhuǎn)或除去造成多點(diǎn)接地的，應(yīng)將定位銷翻轉(zhuǎn)過來或除掉。

夾件墊腳與鐵軛間的絕緣紙板脫落或破損者，應(yīng)按絕緣規(guī)范要求，更換一定厚度的新紙板。

因夾件肢板距鐵心太近，使翹起的疊片與其相碰，則應(yīng)調(diào)整夾件肢板和扳直翹起的疊片，使兩者間距離符合絕緣間隙標(biāo)準(zhǔn)。

清除油中的金屬異物、金屬顆粒及雜質(zhì)，清除油箱各部的油泥，有條件則對(duì)變壓器油進(jìn)行真空干燥處理，清除水分。

3.接頭過熱

載流接頭是變壓器本身及其聯(lián)系電網(wǎng)的重要組成部分，接頭連接不好，將引起發(fā)熱甚至燒斷，嚴(yán)重影響變壓器的正常運(yùn)行和電網(wǎng)的安全供電。因此，接頭過熱問題一定要及時(shí)解決。

銅鋁連接。變壓器的引出端頭都是銅制的，在屋外和潮濕的場(chǎng)所中，不能將鋁導(dǎo)體用螺栓與銅端頭連接。當(dāng)銅與鋁的接觸面間滲入含有溶解鹽的水分，即電解液時(shí)，在電耦的作用下，會(huì)產(chǎn)生電解反應(yīng)，鋁被強(qiáng)烈電腐蝕。結(jié)果，觸頭很快遭到破壞，以致發(fā)熱甚至可能造成重大事故。為了預(yù)防這種現(xiàn)象，在上述裝置中需要將鋁導(dǎo)體與銅導(dǎo)體連接時(shí)，采用一頭為鋁，另一頭為銅的特殊過渡觸頭。

普通連接。普通連接在變壓器上是相當(dāng)多的，它們都是過熱的重點(diǎn)部位，對(duì)平面接頭，對(duì)接面加工成平面，清除平面上的雜質(zhì)，最好均勻地涂上導(dǎo)電膏，確保連接良好。

油浸電容式套管過熱。處理的辦法可以用定位套固定方式的發(fā)熱套管，先拆開將軍帽，若將軍帽、引線接頭絲扣有燒損，應(yīng)用牙攻進(jìn)行修理，確保絲扣配合良好，然后在定位套和將軍帽之間墊一個(gè)和定位套截面大小一致、厚度適宜的薄墊片，重新安裝將軍帽，使將軍帽在擰緊情況下，正好可以固定在套管頂部法蘭上。

引線接頭和將軍帽絲扣公差配合應(yīng)良好，否則應(yīng)予以更換，以確保在擰緊的情況下，絲扣之間有足夠的壓力，減小接觸電阻。

4.繼電保護(hù)發(fā)生動(dòng)作的情況

繼電保護(hù)動(dòng)作，一般說明變壓器內(nèi)部有故障。瓦斯保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)，它能監(jiān)視變壓器內(nèi)部發(fā)生的部分故障，常常是先輕瓦斯動(dòng)作發(fā)出信號(hào)，然后重瓦斯動(dòng)作去掉閘。

(1) 輕瓦斯動(dòng)作的原因有以下幾方面:

① 因?yàn)V油、加油和冷卻系統(tǒng)不嚴(yán)密，致使空氣進(jìn)入變壓器;

② 溫度下降和漏油使油位緩慢降低;

③ 變壓器內(nèi)部故障，產(chǎn)生少量氣體;

④變壓器內(nèi)部短路;

⑤ 保護(hù)裝置二次回路故障。

(2) 當(dāng)外部檢查未發(fā)現(xiàn)變壓器有異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)查明瓦斯繼電器中氣體的性質(zhì)

① 如積聚在瓦斯繼電器內(nèi)的氣體不可燃，而且是無色無嗅的，而混合氣體中主要是惰性氣體，氧氣含量大于16%，油的閃點(diǎn)不降低，則說明是空氣進(jìn)入瓦斯繼電器內(nèi)，此時(shí)，變壓器可繼續(xù)運(yùn)行。

②如氣體是可燃的，則說明變壓器內(nèi)部有故障，應(yīng)根據(jù)瓦斯繼電器內(nèi)積聚的氣體性質(zhì)鑒定變壓器內(nèi)部故障的性質(zhì)，如氣體的顏色為:

a、 黃色不易燃的，且一氧化碳含量大于1-2%，為木質(zhì)絕緣損壞;

b、 灰色和黑色易燃的，且氫所含量在30%以下，有焦油味，閃點(diǎn)降低，則說明油因過熱而分解或油內(nèi)曾發(fā)生過閃絡(luò)故障;

c、 淺灰色帶強(qiáng)烈臭味且可燃的，是紙或紙板絕緣損壞。

③ 如上述分析對(duì)變壓器內(nèi)的潛伏性故障還不能作出正確判斷，則可采用氣相色譜法作出適當(dāng)判斷。

進(jìn)行氣相色譜分析時(shí)，可從氫、烴類、一氧化碳、二氧化碳、乙炔的含量變化來判斷變壓器的內(nèi)部故障，一般情況下:

a、當(dāng)氫、烴類含量急劇增加，而一氧化碳、二氧化碳含量變化不大時(shí)，為裸金屬(如: 分接開關(guān))過熱性故障;

b、 當(dāng)一氧化碳、二氧化碳含量急劇增加時(shí)，為固體絕緣物(木質(zhì)、紙、紙板)過熱性故障;

c、 當(dāng)氫、烴類氣體增加時(shí)，乙炔含量很高，為匝間短路或鐵芯多點(diǎn)接地等放電性故障。

5. 絕緣瓷套管出現(xiàn)閃絡(luò)和爆炸的情況

(1) 由于密封橡膠墊質(zhì)量不好，安裝位置不當(dāng)，螺母壓得不緊等原因，導(dǎo)致套管密封不嚴(yán)，因進(jìn)水或潮氣浸入使絕緣受潮而損壞;

(2) 電容式套管絕緣分層間隙存在內(nèi)部形成的游離放電;

(3) 套管表面積垢嚴(yán)重，以及套管上有大的碎片和裂紋，均會(huì)造成套管閃絡(luò)和爆炸事故。

6.分接開關(guān)出現(xiàn)故障的情況

變壓器油箱上有“吱吱”的放電聲，電流表隨響聲發(fā)生擺動(dòng)，瓦斯保護(hù)可能發(fā)出信號(hào)，油的閃點(diǎn)降低。這些都可能是分接開關(guān)故障而出現(xiàn)的現(xiàn)象。

(1) 分接開關(guān)故障原因如下:

① 分接開關(guān)觸頭彈簧壓力不足，觸頭滾輪壓力不勻，使有效接觸面積減少，以及因鍍銀層的機(jī)械強(qiáng)度不夠而嚴(yán)重磨損等會(huì)引起分接開關(guān)燒毀;

② 分接開關(guān)接觸不良，經(jīng)受不起短路電流的沖擊而發(fā)生故障;

③ 倒分接開關(guān)時(shí)，由于分頭位置切換錯(cuò)誤，引起開關(guān)燒壞;

④相間距離不夠，或絕緣材料性能降低，在過電壓作用下短路。

如發(fā)現(xiàn)電流、電壓、溫度、油位、油色和聲音發(fā)生變化，應(yīng)立即取油樣作氣相色譜分析。當(dāng)鑒定為開關(guān)故障時(shí)，應(yīng)立即將分接開關(guān)切換到完好的檔位運(yùn)行。

(2)在運(yùn)行中，開關(guān)接觸部分觸頭可能磨損，未用部分觸頭長期浸在油中可能因氧化而產(chǎn)生一層氧化膜，使分接頭接觸不良。因此，為防止分接開關(guān)故障，切換時(shí)必須測(cè)量各分頭的直流電阻，如發(fā)現(xiàn)三相電阻不平衡，其相差值不應(yīng)超過2%。

(3)倒分接頭時(shí)，應(yīng)核對(duì)油箱外的分接開關(guān)指示器與內(nèi)部接頭的實(shí)際連接情況，以保證接線正確。此外，每次倒分接頭時(shí)，應(yīng)將分接開關(guān)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)10次以上，以消除接觸部分的氧化膜及油垢，再調(diào)整到新的位置。

變壓器故障原因的分析

按變壓器故障的原因，一般可分為電路故障和磁路故障。電路故障主要指線環(huán)和引線故障等，常見的有: 線圈的絕緣老化、受潮，切換器接觸不良，材料質(zhì)量及制造工藝不良，過電壓沖擊及二次系統(tǒng)短路引起的故障等。磁路故障一般指鐵芯、軛鐵及夾件間發(fā)生的故障，常見的有: 硅鋼片短路、穿芯螺絲及軛鐵夾件與鐵芯間的絕緣損壞以及鐵芯接地不良引起的放電等。

以上僅是對(duì)變壓器的聲音、溫度、油位、外觀及其他現(xiàn)象的故障的初步、綜合的歸納、分析，由于變壓器故障并非某單一因素的反映，而是涉及諸多因素，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)假象。因此，必要時(shí)必須進(jìn)行變壓器的特性試驗(yàn)及綜合分析，才能準(zhǔn)確、可靠找出故障原因，判明故障性質(zhì)，提出較完善的處理辦法，確保變壓器的安全運(yùn)行。

二. 事故處理

變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象

1.變壓器運(yùn)行中如漏油、油位過高或過低，溫度異常，音響不正常及冷卻系統(tǒng)不正常等，應(yīng)設(shè)法盡快消除。

2.當(dāng)變壓器的負(fù)荷超過允許的正常過負(fù)荷值時(shí)，應(yīng)按規(guī)定降低變壓器的負(fù)荷。

3.變壓器內(nèi)部音響很大，很不正常，有爆裂聲;溫度不正常并不斷上升;嚴(yán)重漏油使油面下降，低于油位計(jì)的指示限度;油色變化過快，油內(nèi)出現(xiàn)碳質(zhì);套管有嚴(yán)重的破損和放電現(xiàn)象等，應(yīng)立即停電修理。

4.當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓器的油溫較高時(shí)，而其油溫所應(yīng)有的油位顯著降低時(shí)，應(yīng)立即加油。

5.變壓器油位因溫度上升而逐漸升高時(shí)，若最高溫度時(shí)的油位可能高出油位指示計(jì)，則應(yīng)放油，使油位降至適當(dāng)?shù)母叨?，以免溢油?/p>

變壓器運(yùn)行中的檢查

1.運(yùn)行監(jiān)視。無人值班的變電所按規(guī)定進(jìn)行巡視。對(duì)高溫、塵土、污穢、大霧、結(jié)冰、雨雪等特殊氣象條件，過負(fù)荷或冷卻裝置故障時(shí)應(yīng)增加檢查次數(shù)，除巡視檢查外，還應(yīng)有計(jì)劃地進(jìn)行變壓器的停電清掃，以保證變壓器處于可以帶電運(yùn)行的完好狀態(tài)。對(duì)檢修后或長期停用的變壓器，還應(yīng)當(dāng)檢查接地線;核對(duì)分接開關(guān)位置和測(cè)量絕緣電阻。

2.檢查變壓器上層油溫是否超過允許范圍。定期用紅外線測(cè)溫儀對(duì)變壓器進(jìn)行測(cè)溫。由于每臺(tái)變壓器負(fù)荷大小、冷卻條件及季節(jié)不同，運(yùn)行中的變壓器不能以上層油溫不超過允許值為依據(jù)，還應(yīng)根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及在上述情況下與上次的油溫比較。

3.檢查油質(zhì)，應(yīng)為透明、微帶黃色，說明油質(zhì)較好。油面應(yīng)符合周圍溫度的標(biāo)準(zhǔn)線。

4.變壓器的聲音應(yīng)正常。正常運(yùn)行時(shí)一般有均勻的嗡嗡電磁聲，如聲音有所改變，應(yīng)細(xì)心檢查。

5.檢查油枕油面。油面均應(yīng)正常，無滲漏現(xiàn)象，高低壓套管應(yīng)清潔，無裂紋，無破損及放電燒傷痕跡，螺絲是否緊固。一、二次引線不應(yīng)過緊或過松，接頭接觸良好，呼吸器應(yīng)暢通，硅膠吸潮不應(yīng)達(dá)到飽和，無變色，變壓器外殼和零線接地應(yīng)良好。

三.事故分析

1繞組故障

主要有匝間短路、繞組接地、相間短路、斷線及接頭開焊等。產(chǎn)生這些故障的原因有以下幾點(diǎn)：

① 在制造或檢修時(shí)，局部絕緣受到損害，遺留下缺陷;

② 在運(yùn)行中因散熱不良或長期過載，繞組內(nèi)有雜物落入，使溫度過高絕緣老化;

③ 制造工藝不良，壓制不緊，機(jī)械強(qiáng)度不能經(jīng)受短路沖擊，使繞組變形絕緣損壞;

④ 繞組受潮，絕緣膨脹堵塞油道，引起局部過熱

⑤絕緣油內(nèi)混入水分而劣化，或與空氣接觸面積過大，使油的酸價(jià)過高絕緣水平下降或油面太低，部分繞組露在空氣中未能及時(shí)處理。

由于上述種種原因，在運(yùn)行中一經(jīng)發(fā)生絕緣擊穿，就會(huì)造成繞組的短路或接地故障。匝間短路時(shí)的故障現(xiàn)象使變壓器過熱油溫增高，電源側(cè)電流略有增大，各相直流電阻不平衡，有時(shí)油中有吱吱聲和咕嘟咕嘟的冒泡聲。輕微的匝間短路可以引起瓦斯保護(hù)動(dòng)作;嚴(yán)重時(shí)差動(dòng)保護(hù)或電源側(cè)的過流保護(hù)也會(huì)動(dòng)作。發(fā)現(xiàn)匝間短路應(yīng)及時(shí)處理，因?yàn)槔@組匝間短路常常會(huì)引起更為嚴(yán)重的單相接地或相間短路等故障。

2套管故障

這種故障常見的是炸毀、閃落和漏油，其原因有：

① 密封不良，絕緣受潮劣比，或有漏油現(xiàn)象;

② 呼吸器配置不當(dāng)或者吸入水分未及時(shí)處理;

③ 變壓器高壓側(cè)(110kV及以上)一般使用電容套管，由于瓷質(zhì)不良故而有沙眼或裂紋;

④ 電容芯子制造上有缺陷，內(nèi)部有游離放電;

⑤套管積垢嚴(yán)重。

3鐵芯故障

① 硅鋼片間絕緣損壞，引起鐵芯局部過熱而熔化;

② 夾緊鐵芯的穿心螺栓絕緣損壞，使鐵芯硅鋼片與穿心螺栓形成短路;

③ 殘留焊渣形成鐵芯兩點(diǎn)接地;

④變壓器油箱的頂部及中部，油箱上部套管法蘭、桶皮及套管之間。內(nèi)部鐵芯、繞組夾件等因局部漏磁而發(fā)熱，引起絕緣損壞。

運(yùn)行中變壓器發(fā)生故障后，如判明是繞組或鐵芯故障應(yīng)吊芯檢查。首先測(cè)量各相繞組的直流電阻并進(jìn)行比較，如差別較大，則為繞組故障。然后進(jìn)行鐵芯外觀檢查，再用直流電壓、電流表法測(cè)量片間絕緣電阻。如損壞不大，在損壞處涂漆即可。