智能電網：變壓器故障診斷和典型案例分析

標簽：電力變壓器 繼電保護

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

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

變壓器的安全運行管理工作是我們日常工作的重點，通過對變壓器的異常運行情況、常見故障分析的經驗總結，將有利于及時、準確判斷故障原因、性質，及時采取有效措施，確保設備的安全運行變壓器是輸配電系統中極其重要的電器設備，根據運行維護管理規(guī)定變壓器必須定期進行檢查，以便及時了解和掌握變壓器的運行情況，及時采取有效措施，力爭把故障消除在萌芽狀態(tài)之中，從而保障變壓器的安全運行?，F根據對變壓器的運行、維護管理經驗。

一.常見故障

1變壓器滲油

變壓器滲漏油不僅會給電力企業(yè)帶來較大的經濟損失、環(huán)境污染，還會影響變壓器的安全運行，可能造成不必要的停運甚至變壓器的損毀事故，給電力客戶帶來生產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。對于平面接縫處滲油可直接進行焊接，對于拐角及加強筋連接處滲油則往往滲漏點查找不準，或補焊后由于內應力的原因再次滲漏。對于這樣的滲點可加用鐵板進行補焊，兩面連接處，可將鐵板裁成紡錘狀進行補焊;三面連接處可根據實際位置將鐵板裁成三角形進行補焊;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人孔法蘭滲油。這些部位主要是由于膠墊安裝不合適，運行中可對法蘭進行施膠密封。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。

低壓側套管滲漏。其原因是受母線拉伸和低壓側引線引出偏短，膠珠壓在螺紋上。受母線拉伸時，可按規(guī)定對母線用伸縮節(jié)連接;如引線偏短，可重新調整引線引出長度;對調整引線有困難的，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壓帽換成銅質壓帽。

防爆管滲油。防爆管是變壓器內部發(fā)生故障導致變壓器內部壓力過大，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行中由于振動容易破裂，又無法及時更換玻璃，潮氣因此進入油箱，使絕緣油受潮，絕緣水平降低，危及設備的安全。

絕緣油在運行時可能與空氣接觸，并逐漸吸收空氣中的水份，從而降低絕緣性能。同時絕緣油也可能吸收、溶解大量空氣，由于油經常在較高溫度下運行，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，容易使得變壓器內部的金屬、絕緣材料受到腐蝕，增加油的介質損耗，隨之降低絕緣強度，造成變壓器內閃絡，容易引起繞組與外殼的擊穿。

2.鐵心多點接地

變壓器鐵心有且只能有一點接地，出現兩點及以上的接地，為多點接地。變壓器鐵心多點接地運行將導致鐵心出現故障，危及變壓器的安全運行，應及時進行處理。

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行短時大電流沖擊，沖擊3～5次，常能燒掉鐵心的多余接地點，起到很好的消除鐵心多點接地的效果。

開箱檢查。對安裝后未將箱蓋上定位銷翻轉或除去造成多點接地的，應將定位銷翻轉過來或除掉。

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，則應調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準。

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

3.接頭過熱

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

銅鋁連接。變壓器的引出端頭都是銅制的，在屋外和潮濕的場所中，不能將鋁導體用螺栓與銅端頭連接。當銅與鋁的接觸面間滲入含有溶解鹽的水分，即電解液時，在電耦的作用下，會產生電解反應，鋁被強烈電腐蝕。結果，觸頭很快遭到破壞，以致發(fā)熱甚至可能造成重大事故。為了預防這種現象，在上述裝置中需要將鋁導體與銅導體連接時，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多的，它們都是過熱的重點部位，對平面接頭，對接面加工成平面，清除平面上的雜質，最好均勻地涂上導電膏，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，應用牙攻進行修理，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良好，否則應予以更換，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.繼電保護發(fā)生動作的情況

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

(1) 輕瓦斯動作的原因有以下幾方面:

① 因濾油、加油和冷卻系統不嚴密，致使空氣進入變壓器;

② 溫度下降和漏油使油位緩慢降低;

③ 變壓器內部故障，產生少量氣體;

④變壓器內部短路;

⑤ 保護裝置二次回路故障。

(2) 當外部檢查未發(fā)現變壓器有異?，F象時，應查明瓦斯繼電器中氣體的性質

① 如積聚在瓦斯繼電器內的氣體不可燃，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%，油的閃點不降低，則說明是空氣進入瓦斯繼電器內，此時，變壓器可繼續(xù)運行。

②如氣體是可燃的，則說明變壓器內部有故障，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，閃點降低，則說明油因過熱而分解或油內曾發(fā)生過閃絡故障;

c、 淺灰色帶強烈臭味且可燃的，是紙或紙板絕緣損壞。

③ 如上述分析對變壓器內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判斷。

進行氣相色譜分析時，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部故障，一般情況下:

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

b、 當一氧化碳、二氧化碳含量急劇增加時，為固體絕緣物(木質、紙、紙板)過熱性故障;

c、 當氫、烴類氣體增加時，乙炔含量很高，為匝間短路或鐵芯多點接地等放電性故障。

5. 絕緣瓷套管出現閃絡和爆炸的情況

(1) 由于密封橡膠墊質量不好，安裝位置不當，螺母壓得不緊等原因，導致套管密封不嚴，因進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部形成的游離放電;

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

6.分接開關出現故障的情況

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

(1) 分接開關故障原因如下:

① 分接開關觸頭彈簧壓力不足，觸頭滾輪壓力不勻，使有效接觸面積減少，以及因鍍銀層的機械強度不夠而嚴重磨損等會引起分接開關燒毀;

② 分接開關接觸不良，經受不起短路電流的沖擊而發(fā)生故障;

③ 倒分接開關時，由于分頭位置切換錯誤，引起開關燒壞;

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)現電流、電壓、溫度、油位、油色和聲音發(fā)生變化，應立即取油樣作氣相色譜分析。當鑒定為開關故障時，應立即將分接開關切換到完好的檔位運行。

(2)在運行中，開關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生一層氧化膜，使分接頭接觸不良。因此，為防止分接開關故障，切換時必須測量各分頭的直流電阻，如發(fā)現三相電阻不平衡，其相差值不應超過2%。

(3)倒分接頭時，應核對油箱外的分接開關指示器與內部接頭的實際連接情況，以保證接線正確。此外，每次倒分接頭時，應將分接開關手柄轉動10次以上，以消除接觸部分的氧化膜及油垢，再調整到新的位置。

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，材料質量及制造工藝不良，過電壓沖擊及二次系統短路引起的故障等。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。

以上僅是對變壓器的聲音、溫度、油位、外觀及其他現象的故障的初步、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，有時甚至會出現假象。因此，必要時必須進行變壓器的特性試驗及綜合分析，才能準確、可靠找出故障原因，判明故障性質，提出較完善的處理辦法，確保變壓器的安全運行。

二. 事故處理

變壓器運行中出現的不正?，F象

1.變壓器運行中如漏油、油位過高或過低，溫度異常，音響不正常及冷卻系統不正常等，應設法盡快消除。

2.當變壓器的負荷超過允許的正常過負荷值時，應按規(guī)定降低變壓器的負荷。

3.變壓器內部音響很大，很不正常，有爆裂聲;溫度不正常并不斷上升;嚴重漏油使油面下降，低于油位計的指示限度;油色變化過快，油內出現碳質;套管有嚴重的破損和放電現象等，應立即停電修理。

4.當發(fā)現變壓器的油溫較高時，而其油溫所應有的油位顯著降低時，應立即加油。

5.變壓器油位因溫度上升而逐漸升高時，若最高溫度時的油位可能高出油位指示計，則應放油，使油位降至適當的高度，以免溢油。

變壓器運行中的檢查

1.運行監(jiān)視。無人值班的變電所按規(guī)定進行巡視。對高溫、塵土、污穢、大霧、結冰、雨雪等特殊氣象條件，過負荷或冷卻裝置故障時應增加檢查次數，除巡視檢查外，還應有計劃地進行變壓器的停電清掃，以保證變壓器處于可以帶電運行的完好狀態(tài)。對檢修后或長期停用的變壓器，還應當檢查接地線;核對分接開關位置和測量絕緣電阻。

2.檢查變壓器上層油溫是否超過允許范圍。定期用紅外線測溫儀對變壓器進行測溫。由于每臺變壓器負荷大小、冷卻條件及季節(jié)不同，運行中的變壓器不能以上層油溫不超過允許值為依據，還應根據以往運行經驗及在上述情況下與上次的油溫比較。

3.檢查油質，應為透明、微帶黃色，說明油質較好。油面應符合周圍溫度的標準線。

4.變壓器的聲音應正常。正常運行時一般有均勻的嗡嗡電磁聲，如聲音有所改變，應細心檢查。

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

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。產生這些故障的原因有以下幾點：

① 在制造或檢修時，局部絕緣受到損害，遺留下缺陷;

② 在運行中因散熱不良或長期過載，繞組內有雜物落入，使溫度過高絕緣老化;

③ 制造工藝不良，壓制不緊，機械強度不能經受短路沖擊，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絕緣油內混入水分而劣化，或與空氣接觸面積過大，使油的酸價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處理。

由于上述種種原因，在運行中一經發(fā)生絕緣擊穿，就會造成繞組的短路或接地故障。匝間短路時的故障現象使變壓器過熱油溫增高，電源側電流略有增大，各相直流電阻不平衡，有時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動作;嚴重時差動保護或電源側的過流保護也會動作。發(fā)現匝間短路應及時處理，因為繞組匝間短路常常會引起更為嚴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，或有漏油現象;

② 呼吸器配置不當或者吸入水分未及時處理;

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

④ 電容芯子制造上有缺陷，內部有游離放電;

⑤套管積垢嚴重。

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。內部鐵芯、繞組夾件等因局部漏磁而發(fā)熱，引起絕緣損壞。

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