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1、第一章、变压器故障分类及在线监测概述1.1变压器故障分类 大型变压器的故障涉及面广而复杂多样，特别是在运行中发生的故障很难以某一判据诊断出故障的类型及性质。运行变压器常见故障的划分方法通常有：按变压器本体可分为内部故障和外部故障，即把油箱内发生的各相绕组间的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引线与箱体接地等称为内部故障，而油箱外部发生的套管闪络、引出线间的相间短路等故障称为外部故障；按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障、附件故障；按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障；从故障发生的部位可分为绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、套管故障等。实际上，变压器的各种故障都可能危及内绝缘的安全，
2、因此，各种外部丛内部原因引发或直接造成的变压器内部故障，按性质又可分为热故障和放电故障。本章节对变压器故障进行了简单的分类描述，便于更好的了解变压器的故障并进行防护。1.1.1变压器过热故障变压器过热故障是常见的多发性故障，他对变压器的安全运行和使用寿命带来严重威胁。变压器运行时有空载损耗和负载损耗产生，这些损耗发自于变压器绕组、铁心和金属结构件中；损耗转化为热量后，一部分用来提高绕组、铁心及结构件本身的温度，另一部分热量向周围介质(如绝缘物，变压器油等)散出，使发热体周围介质的温度逐渐升高，再通过油箱和冷却装置对环境空气散热。当各部分的温差达到能使产生的热和散出的热平衡时，即达到了稳定状态，
3、各部件的温度不再变化；反之，在变压器中任何一个部位，如果其发热量大于预期值或散热量小于预期值，不能达到发热和散热在规定的限值内平衡，这就发生了过热现象。由于过热引起的事故、障碍和缺陷，统称为过热故障。过热故障按发生部位可分为内部过热故障和外部过热故障。内部过热故障包括绕组、铁心，油箱、夹件、拉板、无载分接开关、连接螺栓及引线等部件；外部过热故障包括套管、冷却装置、有载分接开关的驱动控制装置以及其他外部组件，根据变压器过热故障性质可分为以发热异常为主的发热异常型过热故障和以散热异常为主的散热异常型过热故障，而发热异常型过热故障又可分为电流(主要指环流和涡流)异常型过热故障和电阻异常型过热故障。按
4、过热故障原因主要分类如下：1)设计和工艺制造缺陷(含材料质量问题)；2)产品运输和现场安装不良；3)运行操作和维护不当；4)运行环境和条件异常；5)其他原因(如绝缘、油的自然老化)。一、直环流或涡流在导体和金属结构件中引起的过热1 铁心过热故障变压器铁心局部过热是一种常见故障，通常是由于设计、制造工艺等质量问题和其他外界因素引起的铁心多点接地或短路而产生。变压器正常运行时，充当电极的各绕组、引线与油箱间将产生不均匀的电场，铁心和夹件等金属结构件就处于该电场中，由于他们所处的位置不同，因此，所具有的悬浮电位也各不相同，当两点之间的悬浮电位达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。这种放电可使变压
5、器油分解，长此下去，会逐渐损坏变压器固体绝缘，导致事故发生。2绕组过热故障变压器绕组过热故障可分为发热异常型过热故障、散热异常型过热故障和异常运行过热故障。3引线分流故障由于引线安装工艺问题，使高压套管的出线电缆与套管内的铜管相碰，运行或检修过程中，接触部位受力摩擦，会导致引线绝缘层损伤或半迭绕白布带脱落，引起裸铜引线直接与铜管内壁及均压球接触，形成由铜管壁和引线组成的交链磁通的闭合回路，由此产生引线分流和环流，使电缆铜线烧断、烧伤，使铜管熔成凹形坑等。4铁心拉板过热故障大型变压器铁心拉板，是为保证器身整体强度而普遍采用的重要部件，通常采用低磁钢材料，由于他处于铁心与绕组之间的高漏磁场区域中，
6、因此，易于产生涡流损耗过分集中，严重时会造成局部过热，其影响因素涉及铁心拉板材料、几何结构形式与尺寸、漏磁场源等。5涡流集中引起的油箱局部过热对于大型变压器或高阻抗变压器，由于其漏磁场很强，若绕组平衡安匝设汁不合理或漏磁较大的油箱壁或夹件等结构件不采取屏蔽措施或磁钢板错用成普通钢板，使漏磁场感应的涡流失控，引起油箱或夹件等的局部过热。二、金属部件之间接触不良引起的过热1 分接开关动静触头接触不良 （1）无励磁分接开关的动触头片数少用了三分之一，由于接触电流增加，分接开关在运行中烧损。（2）有载分接开关或无励磁分接开关，由于操作机构的缺陷、固定触头的支架变形或压紧弹簧失效，造成动触头和静触头间的
7、接触不良，甚至接触不上，使其触头表面腐蚀、氧化，或触头之间的接触电阻增大，引起分接开关烧坏。（3）在有载调压变压器中，特别是跳崖频繁、负荷电流较大的变压器，会造成触头之间的机械磨损、电腐蚀和触头污染，电流的热效应会使弹簧刀弹性变弱，从而使动、静触头之间的接触压力下降。2引线接头连接不良(1)低压绕组引出线与大电流套管的连接螺栓压接接头，由于压紧程度不足，造成接触电阻大，引起接线片及套管导流片烧损；(2)高压绕组引出线的接线头没有与高压套管的导电头(将军帽)拧紧，由于接触电阻大，引起接线头和导电头烧焊在一起，或引线头与引出线的焊剂融化，使引线脱落；(3)在铜铝连接接头间加过渡接头或过渡板，由于过
8、渡元件本身的电阻大，引起过渡元件本身以及被连接的接触面烧损；(4)分接引线与绕组的引线接头焊接质量不良，引起分接引线在焊接处烧断。3处于漏磁场中的金属结构件之间的连接螺栓过热现象(1)当变压器铁心拉板和夹件均为低磁钢板(20Mn23A1)时，由低压引线漏磁场在铁心拉板与夹件腹板之间的导磁钢连接螺栓中，产生的环流或涡流的集肤效应使接触不紧实的螺栓边缘(如螺纹、螺帽与腹板接触面邻近位置)出现局部烧黑、烧焦现象。(2)变压器漏磁场在上，下节油箱连接螺栓中引起的过热三、散热或冷却效果差引起的过热散热或冷却效果差易产生散热异常型过热故障，就单位面积的热负荷而言，虽然仍处在正常范围之内，但由于散热条件被改
9、变或扦常，可引起局部过热：1 绕组油道堵塞近年来，各制造厂为降低变压器损耗，通常在绕组设汁制造中采用换位导线，当扁线绞编和匝绝缘包扎不紧实或因振动引发绕组导体松动时，会使采用换位导线的油浸变压器在运行一段时间后发生“涨包”，段间油道堵塞、油流不畅，匝绝缘得不到充分冷却，使之严重老化，以至发黄、变脆，在长期电磁振动下，绝缘脱落，局部露铜，最终形成匝间(段间)短路，导致变压器烧损事故。2冷却装置风道堵塞及其他问题(1)长期运行的变压器，由于冷却装置缺少维护和清理，使风冷却器散热管的翅片间或散热器风道缝隙积满灰尘、树叶、昆虫等杂物，引起风道堵塞，风扇气流无法吹到散热管上，散热效率降低将致使变压器的温
10、度不断升高。 (2)冷却器的冷却容量不足或误操作将电源接反或起动风扇设定值错误，造成顶层油温度过高。 (3)由于水冷却器铜管开裂或冷却器法兰密封不良，在油泵的抽力下易使变压器上部呈负压状态，导致变压器进水，使器身受潮而引发故障。3漏硅胶使油循环不良由于净油器过滤网不严密，出现较大缝隙，经过长期运行使硅胶大量进入油箱，阻挡了油的循环通路，使油循环不良，引起变压器高温过热。四、异常运行或诱发因素引起的过热当变压器的运行条件与设计时所依据的性能参数标准不同时或由于某种不良原因使品性能改变时，可使变压器产生障碍，严重时引起过热或其他故障。1. 过负载运行由于变压器的正常运行受季节或周围环境温度和负载变
11、动的影响，因此，为了合理地利用变压器能力，单纯考虑变压器铭牌上的额定容量是不够的，必须考虑变压器的过负载能力。所谓变压器的过负载能力，就是指在用电曲线和冷却介质条件所决定的运行条件下，能够经常维持本身的自然寿命而使变压器正常运行的最大负载。即使变压器在设计时考虑和计算了变压器的过负载能力，但由于操作或运行维护不当或电网发生其他意外情况等，也会出现超过标准规定过负载能力的严重过负载情况，例如，并联运行变压器中的一台断电或采用短时急救负荷运行方式寸的事故过负载，此时可在变压器中产生高温，造成绕组绝缘加速老化，严重时会诱发匝间短路，使绕组烧毁。2. 不具备运行条件而并联运行并联运行的变压器，如果不具
12、备如下三个运行条件：1)绕组联结组标号相同；2)额定电压和电压比相等：3)阻抗电压()相同；则并联运行的变压器中，至少有一台会产生过热并可能损坏，因为，对于上述前两个运行条件，若不能满足，会在各并联变压器之间产：气：循环电流，严重时负载电流可达额定电流的几倍至几十倍；对于第三个运行条件，由于负载分配与变压器额定阻抗电压()成反比，所以，该条件不满足时阻抗电压小的变压器会首先满载或过载。3. 其他原因当由于某种原因，例如，变压器直流偏磁产生的铁心过饱和问题、在夜间负荷低谷或节假日由于电压升高产生的变压器过励磁问题等，使变压器的运行条件(如频率、电压等)发生变化时，导致变压器铁心磁通密度增大和损耗
13、增加，可引起铁心过热。4. 其他故障的影响变压器故障可以分为过热故障、绝缘系统放电或击穿故障和短路故障三大类，实际上变压器发生故障时，按其发生原因及现象有时很难准确地确定故障属于上述哪一类：因为，这些故障在很大程度上相互影响和彼此关联，例如，高温过热可引起绝缘油和绝缘纸的老化，加速油泥和水分等的形成，引起绝缘放电或击穿故障；同样，由各种原因产生的绝缘系统放电或击穿故障和由于操作或金属异物等原因造成的三相短路、低压裸铜排相间短路和单相裸铜引线对地短路等短路故障可引起或诱发变压器过热故障。1.1.2 变压器绝缘事故绝缘系统是变压器，尤其是超高压电力变压器的重要组成部分之一，变压器的各项技术经济指标
14、无一不与绝缘系统的性能相关联，因此，绝缘系统在很大程度上决定了变压器运行的可靠性能与经济性能。在变压器运行过程中，绝缘问题是主要问题。由绝缘问题引起的变压器事故的严重性表现在，变压器一旦出现绝缘事故，修复困难且修复周期长，造成的损失巨大。一、工作电压下的绝缘事故工作电压下的绝缘事故是指变压器在1F常运行过程中，由于受到水分、杂质及其他因素的影响，局部场强发生畸变，因而使绝缘处于非正常状态下，最终导致绝缘事故或故障的发生。事故影响因素较多，归纳为以下四种情况：1)悬浮导体；2)金属异物：3)杂质；4)绝缘受潮。1、 悬浮导体在变压器运行过程中，金属紧固件或屏蔽件在一般情况下应该与导体或地电位体接
15、触良好，变压器内部应无处于悬浮状态的金属出现。但由于变压器运行时的器身振动，可能使某些金属件松动或脱落，导致原有的接触状态被打破，成为悬浮导体，在强交变电场作用下，处于悬浮状态的金属件上产生悬浮电位，该悬浮电位足以产生油隙击穿的作用场强，引起局部放电和在油中产生乙炔及其他可燃性气体。在大容量变压器中，为了降低各种结构件的杂散损耗，通常在油箱壁及结构件上安装由电工钢带组成的屏蔽材料，这种磁屏蔽是通过接地螺栓接地的，如果接地不良或脱落?就会造成磁屏蔽悬浮放电，如果处理不及时，可能会引发事故，2、金属异物金属异物对绝缘的危害包括两点：局部放电和绝缘击穿。金届异物如果处于高场强区，造成此区域的电场畸变
16、，在此区域内会产生局部放电现象，进而有可能引发事故或故障。3、杂质变压器内部的杂质包括水分、气体和固体杂质等。固体杂质也可以称为异物，分为导电性杂质、导磁性杂质与非导电性杂质两种：导磁性杂质主要指铁粉(末)，导电性杂质包括铜粉(末)、铝粉(末)、炭粉(末)等；非导电性杂质包括绝缘纸屑、纤维、漆皮及净化油用的硅胶等。上述杂质可能是变压器制造、检修过程中残留形成的，也可能是变压器运行过程中由于材料的磨损、老化等形成的。导磁性杂质在磁场的作用下会沿磁力线方向排列，容易引起铁心多点接地故障的发生。导电性杂质如果处于高电场的区域，沿电力线排列，造成所处位置的电场发生畸变或处于不同电位的导体短路，易造成故障或引发事故：。非导电性杂质对变压器绝缘的影响可以用“小
