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浅议变压器故障分析及防范措施

 

电力变压器是电力系统主要设备之一,它的安全是否可靠对整个系统安全稳定起到关键性作用。在电力变压器运行中,由于各种不利因素的影响发生故障,从而导致变压器不能正常运行,甚至发生变压器完全烧毁的严重事故。分析电力变压器故障类型、故障原因和早期征兆,对保证电力变压器安全可靠稳定运行具有重要意义。

一、电力变压器故障类型

电力变压器由于结构复杂,设计制造工艺不同,使用原材料不同,加上运行条件恶劣等原因,造成变压器发生故障的原因和部位很多,若按变压器故障原因可分为接触不良故障、击穿故障、过热故障、放电故障、受潮故障和绕组变形故障;若按变压器故障发生部位可分为磁路中的铁芯故障、绕组中的故障、绝缘中的故障、分接开关故障、套管故障和结构中发生的故障等等。

二、电力变压器的故障原因及早期征兆

电力变压器故障主要是因为绝缘材料的劣化,其主要原因是由于正常及过负荷下的热劣化,由于外部雷电冲击、内部操作过电压等造成电场畸变引起绝缘损坏。此外,还由于外部其他设备发生突发短路故障引起变压器内部激磁突变,这种激磁突变会产生很大的机械力,从而造成绝缘破坏。

早期征兆主要表现为:由热裂化引起的征兆;绝缘低的抗拉强度下降;绝缘纸的平均聚合度下降;油中分解出烃类气体;油中水分产生;绝缘电气分解出烃类气体;电气特征的变化;绝缘物变色等等。由电场裂化引起的征兆;局部放电其始电压下降;局部放电产生;分解气体产生。由机械劣化引起的征兆:物理损伤。

三、电力变压器故障原因分析

1.磁路方面的故障原因

穿芯螺杆绝缘损坏。加紧铁芯柱和铁轭叠片的穿芯螺杆的绝缘件击穿,引起铁芯叠片局部短路,从而产生很大的局部涡流,该涡流会产生热量,所以有时会烧毁整台铁芯。

铁芯夹件绝缘损坏导致铁损增加。铁芯夹件及连接铁芯结构的螺栓由于电磁力的作用而引起的震动,将削弱铁芯绝缘和铁芯片之间的绝缘。同时,铁轭与铁轭夹件之间的绝缘也可能因此产生损坏,从而引起很大的循环涡流,也会增加变压器的铁损。

硅钢片边角毛刺造成的局部短路。毛刺可使铁芯叠片产生局部短路,由此产生的涡流会使铁芯产生局部过热。

铁芯叠片间杂物造成局部过热。铁芯叠片夹杂金属物质或铁芯叠片产生微小的弯折,会引起强烈的局部涡流,从而使变压器铁芯产生局部过热。

铁芯叠片对接缝过大造成过热。变压器铁芯上铁轭采用对接结构,铁芯芯柱与铁轭之间的缝隙如果不正常,则在对接缝隙处可能会产生严重的涡流。强烈过热除了会导致损耗增大、空载电流增大外,还会造成与缝隙相邻的芯柱和铁轭烧坏。

另外在磁路方面造成的故障原因,还有空载合闸产生的电磁力会使绕组变形,高磁密产生高磁谐波导致绕组和铁芯绝缘损坏,外施电压提高导致铁损增大等。

2.绕组方面的故障原因

电磁线曲率半径小短路震动时会造成绝缘损坏。在绕组绕制时如果电缆纸包扁铜线或者电缆纸包扁铝线的棱曲率半径较小。当变压器的绕组因短路,突然接入电网时而遭到电磁力冲击和当变压器在负荷下发生振动时,导线的陡棱切断绝缘而导致相邻匝的直接接触,造成相邻匝间短路。

出口短路造成匝间短路或错位。变压器遭受出口短路时,会造成变压器绕组的一匝或多匝之间短路放电,甚至造成导线错位变形。

电缆纸绕制过松易使导线匝间短路。矩形导线上包绕的绝缘纸如果达不到所要求的紧度,会产生电缆纸在电磁线上隆起现象,这种纸包电磁线在受到外界机械力后会发生变形,这种变形有时要引起匝间短路,如果导线的棱曲率半径较小,这种现象将会更严重。

绕组干燥或浸渍不良会造成匝间短路。由于绕组干燥不彻底或真空注油不好,则绕组会因为绝缘中的气泡及水分而受潮,这种现象在运行中迟早要发生绕组匝间短路。

螺旋绕组发生短路后极易损坏。当使用薄的带状导体在绝缘筒上立绕单螺旋或双螺旋绕组时,由于这种绕组的机械强度低,加上线匝的覆盖面位于绝缘筒表面的法线方向,当系统发生短路时,绕组极易损坏。

机械压力增加导致绕组绝缘强度降低。大多绕组的机械强度随机械压力的增加而降低,当负荷发生迅速波动,绕组遭受电或磁的冲击时,绕组导线的膨胀和收缩将使匝间的绝缘上所承受的机械力交替的增大和减少,绝缘极易损坏。

绕组油道过窄导致热击穿。多根并联连续式绕组,它的幅向尺寸与轴向尺寸的比值过大,如果油道过窄,将在绕组内侧产生过热点,使导线绝缘产生脆化,引起匝间短路,同时并联导线常常为矩形且窄边绕组的导线垂直与漏磁通,导线中将流过极大的涡流。因此在绕组中产生过热点,使绕组绝缘产生热击穿。

焊头不好导致接头处绝缘损坏。绕组内部的导线的焊接质量不佳,当变压器承担大负荷时,绕组过热,导致绝缘油的局部炭化,接头处产生的热量传导到绕组的一段导线上,并可局部炭化导线绝缘,最终导致匝间短路。这样的接头迟早要断开造成绕组的短路。

安匝不平衡短路后会造成绕组变形。当圆式绕组带有分接头时,安匝不平衡是不可避免的。当变压器发生外部短路时,除了产生幅向力外,还产生作用于绕组上的轴向力,该轴向力引起端部线段变形。

绕组匝间短路及绕组对地短路的原因。一是当雷电及网络的冲击波侵入变压器时,在变压器与线路的过渡冲击波冲击阻抗有变化,绕组的端部容易产生电流和电压的传输波的发射现象,其结果是在变压器绕组中产生高电压,绕组的绝缘被击穿。二是正常的开合闸、雷电冲击或地弧光放电都可能产生冲击波,有冲击波引起的过电压可能在开口的分解处,或绕组中冲击中产生阻抗的任意点,引起匝间短路。三是当把一组相感应绕组从线路中切除,或者迅速冷却遮断电弧时,会使铁芯中的磁通很快衰减,其衰减率与周期变化率相比较大,结果在变压器上产生电压升高。

另外在绕组方面造成的故障原因,还有过载运行造成绕组绝缘热击穿等。

3.绝缘方面的故障原因

密封不严潮气侵入导致绝缘性能下降。由于变压器没有全密封,或胶囊、隔膜漏气,使潮气进入绝缘油中,降低了绝缘油的绝缘性能,从而引起绕组或引线对油箱或铁芯构件击穿,但绕组绝缘受潮是最显著的。

绝缘材料搭配不合理。变压器中经常把介电常数不同的绝缘材料串联使用,如果绝缘材料的厚度搭配不合理,那么它们将承受极大的电场强度,因电晕放电或过热可以导致某种绝缘材料的损坏。

油中杂质多易形成导电小桥。变压器绝缘油中悬浮物里面的粒子在有电位差的裸导线之间形成导电小桥,引起电气击穿。

过载运行导致绝缘油老化。长时间的过载引起绝缘油老化,油温过高加快油泥、水分和酸的形成。

缺油使冷却系统循环不良导致过热。油面下降,不能保证油处于规定位置,导致变压器冷却系统循环受限而产生过热。

内部金属粉尘导致绝缘击穿。在施工过程中,由于环境或人为因素导致变压器内部绝缘件表面或导电体外包电缆纸表面上可能会遗留金属材料粉尘,这些金属粉尘对爬电距离产生非常大的影响,最终会导致绝缘爬电放电。

地屏包扎不好导致边缘击穿。一次绕组和二次绕组间放置的地屏往往引起边缘处产生电场强度集中,使得绝缘局部承担电场强度过大,使高压绕组到地屏有击穿点,从而导致铁芯杆上的稿高压绕组损坏。

另外在绝缘方面造成的故障原因,还有绝缘成型件表面脏污导致放电,木制夹件干燥不好易形成小桥放电等。

4.结构件方面的故障原因

压紧装置间的绝缘不好形成短路。变压器有压力调节装置,绕组上的压紧力应随着运行过程绝缘的收缩情况进行调整,但必须采取适当的措施防止绕组压紧装置的任何部分或部件形成短路匝,压紧装置一般包括正反压钉,压钉外应套有绝缘套,压钉与钢板之间的绝缘应良好,且钢板应开口。

气体继电器不动作造成内部严重击穿。由于气体继电器未充油,或未校验,继电器误动作,或缺乏正确的动作,油箱内发生故障时,造成变压器严重击穿。

绝缘支持物不牢造成引线变形。当系统产生外部短路时,由于从绕组至接线端子的引线支撑不牢及拉得不紧,可引起引线变形和互相接触。

另外在结构件方面造成的故障原因,还有套管表面肮污闪络及未屏小套管放电故障等。

四、采取的防范措施

1.优化产品设计结构及全过程监造管理

加强变压器设计、选型、定货、验收及投运的全过程管理。完善试验与监造检测过程,对220千伏及以上电压等级的变压器应赴厂监造和验收。

2.加强变压器绕组变形和局部放电检测

66千伏及以上电压等级变压器投产前应进行频响法测试绕组变形或做低电压短路阻抗测试以保留原始记录。

3.加强空载损耗进和负载损耗试验的检测

目前,由于制造变压器的主要材料硅钢片和铜价上涨较多,为防止个别变压器制造厂家偷工减料,避免对电力系统的安全、经济运行带来负面影响,必须加强对配电变压器的空载损耗进和负载损耗试验的检测。

4.加强老旧变压器的绝缘监督工作

对运行超过20年的变压器要加强技术监督,特别是油色谱监督工作,结合电网改造应尽快更新淘汰老旧变压器。

5.加强瓦继电器和温控器的校验

对新上瓦斯继电器和温控器按照交接标准进行试验,运行后还要进行定期校验工作,当发现问题后应查明原因并及时排除。

在采取的防范措施方面,还有加强对套管将军帽密封和未屏小套管检查,加强红外线检测工作等。

综上所述,电力变压器发生故障的部位和原因很多,如果我们能够了解和掌握这些故障类型并采取有效地防范措施,就能够提前预防事故的发生,从而确保系统中的电力变压器安全、稳定、可靠地运行。

 

(李金哲)

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