電力變壓器故障缺陷原因分析及措施

張會華

大唐三門峽發(fā)電有限責任公司 河南三門峽 472143

變壓器是靜止的設備，和電動機、發(fā)電機不同，如果油浸式變壓器發(fā)生上述異常情況，肯定是很危險的。建議在出現以上異常時，千萬不要去現場確認故障，以防變壓器爆炸，先要考慮減負荷或倒換到備用變壓器運行，甚至馬上緊急停運。畢竟，人和設備本身的安全是最重要的。

1 電力變壓器故障機理

電力變壓器是用來將某一數值的交流電壓轉化為工作頻率相同的另一種電壓的設備。按照不同的類型電力變壓器可以分為不同種類，例如按照繞組分類，變壓器可以分為雙繞組、三繞組以及自耦型等。按照用途可以分為升壓型、聯絡型以及降壓型等等。目前在電力市場中應用比較廣泛的是油浸式變壓器。因此本文以油浸式變壓器為例進行研究。油浸式變壓器是用變壓器油進行絕緣和散熱的，經過長時間的運行之后，變壓器內的油質就會逐年的老化裂解。通過研究變壓器油裂解主要包括以下方面：一是絕緣油的裂解。由于絕緣油中含有化學基團，這些化學基團在高溫的影響下會逐漸發(fā)生化學變化，這樣當故障程度聚集到一定程度后故障氣體就會析出;二是固體絕緣材料的裂解。變壓器內部所使用的絕緣材料含有無水右旋糖環(huán)，這些物質的熱穩(wěn)定性比較弱，因此當變壓器長期運行后會因為熱而出現分解。因此油浸式變壓器故障主要呈現的是熱性或者電性故障[1]。

2 電力變壓器故障缺陷原因分析

2.1 短路故障及分析

（1）出口短路電流引起絕緣過熱故障。變壓器正常工作過程中出現短路故障，會使變壓器繞組中產生幾十倍額定值的短路電流，瞬時產生大量的熱，導致變壓器過熱故障。高溫超過變壓器的承受能力將會損毀變壓器的絕緣材料，產生接地故障甚至燒毀變壓器。變壓器出口短路具有多種形式，如三相短路、兩相短路、單相接地短路等。相關統(tǒng)計顯示，對于中性點接地的變壓器系統(tǒng)，短路故障比例分布大致如下：單相接地為60%～65%，兩相短路為10%～15%，兩相接地為10%～15%，三相短路為5%～10%。變壓器最大短路電流出現在三相短路故障時，所以成為國標對變壓器短路電流規(guī)定的重要指標。（2）出口短路電動力引起繞組變形。變壓器短路電流會對繞組產生一定的沖擊作用，短路電流較小時產生輕微繞組變形，短路電流較大時會使繞組變形較大，嚴重的會使繞組損毀，其中輕微繞組變形如果不及時處理，頻繁的短路沖擊作用也會造成繞組的損毀。短路電流破壞繞組的原因是繞組周圍存在漏磁通量，載流導線在漏磁場中會產生電動力，短路電流越大，電動力越強，表現為繞組所受軸向電動力和輻向電動力。前者表現出壓縮繞組的效果，可能會破壞繞組匝線的絕緣；后者表現為繞組向外擴張效果，破壞繞組的穩(wěn)定性，極易損壞相間絕緣，過大時將會扭曲繞組或扯斷繞組導線。

2.2 放電故障及分析

（1）變壓器局部放電故障。變壓器局部放電故障多發(fā)生在絕緣結構內部的氣隙、油膜等邊緣處，初始放電階段能量較低，情況較為復雜，根據放電介質可分為氣泡局部放電及油中局部放電。究其原因主要是由于絕緣材料內部存在空穴，空穴內部存在氣體，氣體介電常數小于油和紙絕緣材料，能夠承受較高的電場強度，可是其耐壓強度較低，因此放電優(yōu)先出現在氣隙邊緣位置。（2）變壓器火花放電故障。變壓器火花放電故障產生的原因包括懸浮電位和油內雜質。變壓器中懸浮電位存在的位置場強集中，變壓器油氣化現象明顯，色譜分析結果異常。懸浮放電經常出現在變壓器內部電位較高的結構件處，如調節(jié)電壓的繞組，也會出現在地電位的結構件處，如硅鋼片磁屏蔽、相關金屬緊固件等。（3）變壓器電弧放電故障。電弧放電會產生較高的能量，其表現形式以繞組匝層與匝層之間的絕緣材料擊穿最為常見，還包括引線斷裂、分接開關飛弧等。電弧放電故障常常伴有變壓器絕緣材料擊穿、金屬結構件畸變或燒毀、變壓器燒毀或爆炸，放電之前無任何前兆，屬于突發(fā)故障[2]。

3 措施

3.1 完善高壓側后備保護動作

想要完善高壓側后備保護動作，需要在兩圈變壓器主變高壓后備增設門電路，使其邏輯更為合理，在實際保護工作中，低壓側斷路器斷開并且高壓側電流較大，可以結合設定時間跳高壓側斷路器，與兩圈變壓器后備保護相同，在三圈變壓器后備保護工作中，也需要增設門電路，從而加強邏輯性，在實際工作中，如果低壓側斷路器斷開，或中壓側斷路器斷開，同時高壓側電流較大，查處規(guī)定范圍是，需要結合預定時間跳低、中、高三側斷路器。對于中壓側變壓器后備保護邏輯改進以及低壓側變壓器后備保護邏輯改進工作，需要增設門電路，這時，如果低壓側斷路器斷開，同時低壓側的電流較大，并且超出規(guī)定崗位，需要結合預定時間跳高壓側斷路器。

3.2 電力變壓器后備保護

電力系統(tǒng)在運行過程中，如果主變阻抗過大，極其容易引發(fā)主變低壓側出現故障，通常情況下高壓側出現故障較少，故障一旦出現，將會導致開放電壓閉鎖功能失效。為了提高故障時的靈敏度。需要通過高低壓側復合序電壓并聯開放方式進行處理。從而保證故障有效解決，在實際操作過程中，需要通過變壓器高、低兩側電壓中的任意一側動作，從而開放閉鎖回路。電力變壓器在復合電壓閉鎖過流保護過程中，通過反應相間短路的實際情況，可以作為電力變壓器后備保護的依據，繼電保護技術中，交流回路通過直角接線，當本側TV 斷線時，此時保護的方向元件也會推出，如果電壓故障排除，保護也隨之完成。復合電壓元件動作判斷依據為分鐘＜低電壓定值；U2 ＞Ufx 負序電壓定值。電壓電流取自本側的TV 或電力變壓器中的TV。而功率方向元件電壓電流取自本側TV 和TA，過留原件電流取自TA。后備保護中的方向過流保護，通過單項接地故障的實際情況進行分析，能夠為電力變壓器的后備保護提供重要依據，在實際保護過程中，通過0 度接線去本側的TV 和TA，如果TV 線斷開，則保護元件會退出，如果TV 線斷開后電力系統(tǒng)正常運行，表明保護正常。電力變壓器中間隙零序保護，通過零序保護，能夠將變壓器間隙電壓以及間隙擊穿的零序電流正確反映，零序電流取自本側的零序。

3.3 變壓器短路故障的解決

根據變壓器運行狀況，實行狀態(tài)檢修和試驗，一旦發(fā)現缺陷，優(yōu)先制定計劃大修方案，及時處理缺陷。

某年4 月30 日21 時22 分，某熱電廠運行中的2 號機2 號變壓器(SFPS7－240000/242/121/15 型)輕瓦斯、重瓦斯保護和差動保護動作跳閘。故障后，在變壓器上部人孔處就可看到變壓器內部出現較重的故障。檢修后發(fā)現，低壓15kV 回路出現了短路故障。變壓器的解體檢查和處理情況。由于現場不具備條件進行解體檢查和恢復，決定將這臺變壓器返回制造廠修理。檢查的結果是：高壓繞組A、B 相都比較完整，C 相的軸向高度的中部有2 ～3 個線段出現變形并構成了線段間和匝間短路；B、C 相層壓木壓板變形和開裂，其中B 相開裂最嚴重；高壓側的有載調壓開關比較完整。拔掉高壓繞組后發(fā)現低壓繞組的b、c 相線段有嚴重的軸向和輻向上的波浪形和凸凹變形，端部尤為嚴重。由于變壓器的繞組和絕緣部件都有嚴重損壞，在恢復時除部分部件繼續(xù)使用外，絕大部分部件都進行了更新，C 相高、低壓繞組重繞。高壓繞組A、B 相經仔細檢查和測試后，完好可繼續(xù)使用。

總之，通過變壓器運行的聲音、溫度等現象變化對變壓器故障進行分析，只能作為現場直觀的初步判斷。因為，變壓器的內部故障不僅是單一方面的直觀反映，它涉及諸多因素，有時甚至會出現假象。就像人發(fā)燒一樣，不一定是感冒，很多疾病都會引起體溫過熱，電器設備也是一樣的。必要時，進行變壓器特性試驗及綜合分析，才能準確可靠地找出故障原因，判明事故性質，提出較完備、合理的處理方法。電力變壓器日常維護除了聲音、溫度的監(jiān)視還應注重定期油色譜化驗分析、定期紅外檢測、在線裝置數據變化。當發(fā)現不滿于規(guī)程時要及時分析原因，及時采取措施，保證變壓器的健康運行。由此可見，本文的研究也就顯得十分的有意義[3-5]。