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1、http:/大型变压器的故障分析与处理刘中伟(荣信电力电子股份有限公司 鞍山 114051)【摘 要】阐述了变压器的主要结构、常见故障、运行维护及事故处理。以达到更进一步了解和掌握变压器的性能。以保证变压器的日常维护和安全经济运行。【关 键 词】变压器结构；故障分析；日常维护大容量变压器在并网运行中一旦出现故障，将造成很大的经济损失。为此要使其长期在受控状态下安全稳定的运行，预防变压器事故的发生，避免造成变压器的损坏。1 变压器的主要结构变压器主要由铁芯、线圈、油箱和绝缘套管等部件所组成。图 1 为油浸电力变压器的外形图。现将其主要结构部件简介如下：(1)铁芯。铁芯是变压器的磁路部分，其中通过
2、的是交变磁通。为了提高磁路的导磁性能和降低铁芯的涡流损耗，铁芯通常用厚度为 035mm 且表面涂有绝缘漆的硅钢片制成。铁芯分为铁柱和铁轭两部分，铁柱上套装线圈，铁轭将铁柱连接起来使之形成闭合磁路。按线圈与铁芯配置的方式不同，铁芯结构的基本形式有芯式、壳式和渐开线式几种，图 2 和图 3 分别为单相芯式和三相芯式变压器的铁芯及线圈。这种芯式结构的特点是铁轭靠着线圈的顶部和底部，而不包围线圈的侧面，散热效果较好。它的结构较为简单，线圈的装配及绝缘处理也比较容易，国产变压器绝大部分都采用芯式结构。http:/图 4 为单相壳式变压器的铁芯及线圈，这种铁芯结构的特点是铁轭不仅包围线圈的顶部和底部，而且
3、还包围线圈的侧面，散热效果较差。其制造工艺比较复杂，使用材料较多，所以只有一些特殊变压器(如电炉变压器，小容量电源变压器) 才采用这种结构形式。(2)线圈。线圈是变压器的电路部分，一般用铜或铝的绝缘导线绕成。接于高压电网的线圈称为高压线圈，接至低压电网的线圈称为低压线圈。高、低压线圈在铁芯柱上的布置有同心式和交迭式两种。同心式的排列如图 2 和图 3 所示，高低压线圈在同一铁芯柱上同心排列。为了便于线圈和铁芯绝缘，通常将低压线圈靠近铁芯放置。交迭式线圈的排列如http:/图 5 所示。高、低压线圈沿铁芯柱高度方向交迭排列。为了减少绝缘层的厚度，通常是低压线圈靠近铁轭。这种结构主要用在壳式变压器
4、中。(3)油箱和变压器油。变压器的油箱是用钢板焊接而成，一般都做成椭圆形。它的内部除放置变压器器身外(带线圈的变压器铁芯等 )，其余空间充满变压器油。变压器油是一种矿物质油，具有较大的介质常数，故做为绝缘介质。另外，它也是一种散热媒介，通过油在受热后的对流作用，把线圈及铁芯所产生的热量传递给油箱壁和散热面，再由油箱表面散于四周，以冷却变压器。变压器油箱的外表面也就是变压器的散热面，为了扩大散热面，可在油箱的侧面装 13 排扁形钢管，或者增设冷却器。(4)套管。变压器的输入、输出引线从油箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管，以使带电的引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管一般是瓷质的，它的结构主要取决于电
5、压等级。电压越高，套管的结构就越复杂。1kV 伏以下的采用实心瓷套管，1035kV 采用空心充气或充油式套管。110kV 以上时，采用电容式套管。为了增加表面放电距离，套管外形做成多级伞形，电压越高级数越多。2 变压器的常见故障分析及处理21 异常响声(1)音响较大而嘈杂时，可能是变压器铁芯的问题。例如，夹件或压紧铁芯的螺栓松动时，仪表的指示一般正常，绝缘油的颜色、温度及油位也无大的变化，这时应停止变压器的运行，进行检查。(2)音响中夹有水的沸腾声，发出“咕噜咕噜”的气泡逸出声，这可能是绕组有较严重的故障，使其附近的零部件严重发热造成变压器油气化。分接开关接触不良而使局部点有严重过热或变压器匝
6、间短路，都会导致这种声音。此时，应立即停止变压器运行，进行检修。(3)音响中夹杂有爆炸声，即大又不均匀时，可能是变压器的器身绝缘有击穿现象。这时，应将变压器停止运行，进行检修。(4)音响中夹有放电的“吱吱”声，这可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果是套管的问题，在气候恶劣或夜间时，还可见到电晕辉光或蓝色、紫色的小火花。此时，应停运变压器，清理套管表面的污渍，再涂上硅油或硅脂等涂料。再检查铁芯接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。(5)音响中夹有连续的、有规律的撞击或摩擦声时，可能是变压器某些部件因铁芯振动而造成机械接触，或者是因为静电放电引起的异常响声，而各种测量表计和温度指示均无反
7、应，这类响声虽然异常，但对运行无大危害，不必立即停止运行，可在计划检修时予以排除。http:/22 温度异常变压器在负荷、散热条件、环境温度都不变的情况下，较原来同条件时的温度高，并有不断升高的趋势，也属于变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器的故障特征，引起温度异常升高的原因有：(1)变压器匝间、层间、股间短路。(2)变压器铁芯局部短路。(3)因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热。(4)长期过负荷运行、事故过负荷。(5)散热条件恶化等。运行时发现变压器温度异常，应先查明原因后，再采取相应的措施予以排除，把温度降下来。如果是变压器内部故障引进的，应停止运行，进行检修。23 喷油爆炸喷油爆
8、炸的原因是变压器内部的故障短路电流和高温电弧使变压器油迅速老化、气化，而继电保护装置又未能及时切断电源，故障较长时间持续存在，使油箱内部压力迅速增高，高压的油气从防爆管或箱体其它强度薄弱之处喷出形成事故。引起喷油爆炸的原因有：(1)绝缘损坏：匝间短路等局部过热使绝缘损坏；变压器进水使绝缘受潮损坏；雷击等过电压使绝缘损坏等是导致内部短路的基本因素。(2)断线产生电弧：绕组导线焊接不良、引线连接松动等因素在大电流冲击下可能造成断线，断点处产生高温电弧使油气化促使内部压力增高。(3)调压分接开关故障：配电变压器高压绕组的调压段线圈是经分接开关连接在一起的，分接开关的触头串联在高压绕组回路中，和绕组一
9、起通过负荷电流和短路电流，如分接开关动、静触头接触不良导致发热，跳火起弧，使调压段线圈短路。24 严重漏油变压器运行中渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内仍可继续运行或安排计划检修。但是变压器油渗漏严重，或连续从破损处不断外溢，以致于油位计已经见不到油位，此时应立即将变压器停止运行，补漏和加油。变压器油的油面过低，使套管引线和分接开关暴露在空气中，绝缘水平将大大降低，因此易引起击穿放电。引起变压器漏油的原因有焊缝开裂或密封件失效；运行中受到震动；外力冲撞；油箱锈蚀严重而破损等。25 套管闪络变压器套管积垢，在大雾或小雨时造成污闪，使变压器高压侧单相接地或相间短路。变压器套管因外力冲撞或机械应
10、力、热应力而破损也是引起闪络的因素。变压器箱盖上落异物，如大风将树枝吹落在箱盖上时引起的套管放电或相间短路。以上通过变压器的声音、温度、油位、外观及其它现象对配电变压器故障的判断，只能作为现场直观的初步判断。因为，变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，还涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。必要时必须进行变压器特性试验及综合分析，才能准确可靠地找出故障原因，判明事故性质，提出较完备的合理的处理方法。3 变压器的运行维护及事故处理31 变压器运行中出现的不正常现象(1)变压器在运行中如出现漏油、油位过高或过低，温度异常，运行声音不正常及冷却系统不正常等，应设法尽快消除。(2)当变压器的负荷超过允
11、许的正常值而过负荷时，应按规定降低变压器的负荷。(3)变压器内部音响过大，很不正常，有爆裂声；温度不正常并不断上升；储油柜或安http:/全气道喷油；严重漏油使油面下降，低于油位计的指示限度；油色变化过快，油内出现碳质；套管有严重的破损和放电现象等，应立即停运检修。(4)当发现变压器的油温较高而其油温所对应的油位显著降低时，应立即加油。加油时应遵守规定。如因大量漏油而使油位迅速下降时，应将瓦斯保护改为只动作于信号，而且必须迅速采取堵塞漏油的措施，并立即加油。(5)变压器油位因温度上升而逐渐升高时，若最高温度时的油位可能高出油位指示计，则应适当放油，使油位降至合适的高度，以免外溢。32 变压器运
12、行中的检查(1)检查变压器上层油温是否超过允许范围。由于每台变压器负荷大小、冷却条件及季节不同，运行中的变压器不能以上层油温不超过允许值为依据，还应根据以往的运行经验以及在上述情况下与上次的油温比较。如油温突然增高，则应检查冷却装置是否正常，油循环是否被破坏等来判断变压器内部是否有故障。(2)检查油质，应为透明、微带黄色，由此可判断油质的好坏。油面应符合周围温度的标准线，如油面过低应检查变压器是否漏油等。油面过高应检查冷却装置的使用情况，是否有内部故障。(3)变压器的声音应正常。正常运行时一般有均匀的嗡嗡电磁声。如声音有所改变，应细心检查，并迅速汇报值班调度员并请检修单位处理。(4)检查套管是
13、否清洁，有无裂纹和放电痕迹，冷却装置应正常。工作、备用电源及油泵应符合运行要求等等。(5)天气有变化时，应重点进行特殊检查。大风时检查引线有无剧烈摆动，变压器顶盖、套管引线处应无杂物；大雪天，各部触点在落雪后，不应立即熔化或有放电现象；大雾天，各部有无火花放电现象等等。33 变压器的故障处理变压器在运行中常见的故障是绕组、套管和电压分接开关的故障，而铁芯、油箱及其它部件的故障较少。下面常见的几种主要故障。(1)绕组故障：主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊等。产生这些故障的原因有以下几种： 在制造或检修时，局部绝缘受到损害，遗留缺陷。在运行中因散热不良或长期过载，绕组内有杂物落入
14、，使温度过高绝缘老化。制造工艺不良，压制不紧，机械强度不能经受短路冲击，使绕组变形绝缘损坏。绕组受潮，绝缘膨胀堵塞油道，引起局部过热。 绝缘油内混入水分而劣化，或与空气接触面积过大，使油的酸价过高绝缘水平下降或油面太低，部分绕组露在空气中未能及时处理。由于上述种种原因，在运行中一旦发生绝缘击穿，就会造成绕组短路或接地故障。匝间短路时的故障现象是变压器过热，油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作；严重时差动保护或电源侧的电流保护也会动作。发现匝间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路
15、等故障。(2)套管故障：这种故障常见的是炸毁、闪落和漏油，其原因有： 密封不良，绝缘受潮劣化。呼吸器配置不当或吸入水份未及时处理。(3)分接开关故障：常见的故障是表面熔化与灼伤，相间触头放电或各接头放电。主要原因有：连接螺栓松动。 带负荷调整装置不良和调整不当。 分接头绝缘板绝缘不良。接头焊锡不满，接触不良，制造工艺不好，弹簧压力不足。油的酸价过高，使分接开关接触面被腐蚀。(4)铁芯故障：铁芯故障大部分原因是铁芯柱的穿心螺杆或铁芯的夹紧螺杆绝缘损坏引起的，其后果可能会使穿心螺杆与铁芯迭片形成两点连接，出现环流引起局部发热，甚至http:/引起铁芯的局部损毁。也可能造成铁芯迭片局部短路，产生涡流
16、过热，引起迭片间绝缘层损坏，使变压器空载损耗加大，绝缘油劣化。运行中变压器发生故障后，如判明是绕组或铁芯故障应吊芯检查。首先测量各相绕组的直流电阻并进行比较，如差别较大，则为绕组故障。然后进行铁芯外观检查，再用直流电压、电流表法测量片间绝缘电阻。如损坏不大，在损坏处涂漆即可。(5)瓦斯保护故障：瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。下面分析瓦斯保护动作的原因和处理方法：轻瓦斯保护动作后发出信号。其原因是：变压器内部有轻微故障；变压器内部存在空气；二次回路故障等。运行人员应立即检查，如未发现异常现象，应进行气体取样分析。瓦斯保护动作跳闸时，可能变压器内部发生严重故障，引起油分解出大量气体，也可能二次回路故障等。出现瓦斯保护动作跳闸，应先投入备用变压器，然后进行外部检查。检查油枕防爆门，各焊接缝是否裂开
