變壓器過熱故障分析及應(yīng)對(duì)措施

       電力變壓器是電力系統(tǒng)中進(jìn)行電壓等級(jí)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，其安全可靠運(yùn)行直接影響著供電網(wǎng)絡(luò)的可靠、穩(wěn)定供電，但變壓器的多種故障尤其是過熱故障給其安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來了威脅，給電網(wǎng)的可靠供電帶來了影響。
       一、常見的變壓器過熱故障
       1、變壓器過熱故障的形成機(jī)理
       變壓器運(yùn)行過程中難以避免會(huì)產(chǎn)生空載損耗和負(fù)載損耗，這些損耗會(huì)以熱量的形式在變壓器的繞組、鐵芯和結(jié)構(gòu)件上積聚，使繞組、鐵芯及其周圍介質(zhì)的溫度升高，并且這些熱量會(huì)通過變壓器油箱、冷卻裝置向周圍環(huán)境傳遞，當(dāng)各部分的溫差大到能使產(chǎn)生的熱和散出的熱平衡時(shí)，即達(dá)到了平衡狀態(tài)，這時(shí)變壓器各構(gòu)件的溫度會(huì)保持平穩(wěn)；相反，如果無法達(dá)到平衡，就會(huì)在該部件上形成過熱。
       2、變壓器過熱故障的分類
       變壓器的過熱故障概括起來共有2種分類方式：
       （1）按其形成的部位不同，有內(nèi)部過熱故障和外部過熱故障。內(nèi)部過熱故障主要發(fā)生在繞組、鐵芯、油箱、夾件、有載分接開關(guān)以及引線等部件上；外部過熱故障主要發(fā)生在套管、冷卻裝置和其他外部組件上。
       （2）按變壓器過熱故障的性質(zhì)來分，主要有以發(fā)熱異常為主的發(fā)熱型過熱故障和以散熱異常為主的散熱型過熱故障。
       二、變壓器過熱故障原因分析
       1、鐵芯過熱故障原因分析
       變壓器運(yùn)行時(shí)會(huì)在各繞組、引線和油箱之間產(chǎn)生不均勻的電場(chǎng)，而處在該電場(chǎng)中的鐵芯、夾件等金屬構(gòu)件因其所處位置的不同，所形成的懸浮電位會(huì)不相等，當(dāng)兩點(diǎn)間的懸浮電位差增大到擊穿其間的絕緣時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生火花放電，使變壓器油分解，該故障如得不到及時(shí)解決，最終就會(huì)使變壓器絕緣損壞，引發(fā)事故。為了避免類似事故的發(fā)生，應(yīng)對(duì)變壓器的鐵芯、夾件等構(gòu)件實(shí)施可靠接地。當(dāng)鐵芯一點(diǎn)接地時(shí)，能保證鐵芯整體均為零電位，但由于特定的原因使鐵芯兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)，在接地點(diǎn)之間就會(huì)構(gòu)成閉合回路，并與鐵芯的交變磁通相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓會(huì)在其他為零電位的構(gòu)件形成的回路中產(chǎn)生電流或環(huán)流，從而導(dǎo)致局部過熱，導(dǎo)致油分解，給變壓器造成危害。導(dǎo)致鐵芯多點(diǎn)接地的原因主要有：
       （1）鐵芯夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮、損壞或油箱底部沉積有污泥，使絕緣電阻下降，引起鐵芯與相鄰構(gòu)件短路，從而形成環(huán)流引起變壓器局部過熱；
       （2）鐵芯墊片上不規(guī)整或不整齊的毛刺、翹曲與相鄰?qiáng)A件、墊腳搭接構(gòu)成短路，而形成環(huán)流導(dǎo)致局部過熱；
       （3）鐵芯和構(gòu)件存在的質(zhì)量問題使鐵芯接縫氣隙太大，在鐵芯結(jié)合部產(chǎn)生磁通或諧波磁通而引起局部磁通畸變和鐵芯局部過飽和，從而導(dǎo)致鐵芯局部過熱。
       2、繞組過熱故障原因分析
       繞組過熱故障原因有：
       （1）對(duì)于帶有統(tǒng)包絕緣的換位導(dǎo)線繞制的變壓器，由于其繞組制造工藝不成熟，在長期運(yùn)行中會(huì)逐漸出現(xiàn)統(tǒng)包絕緣膨脹、段間油道堵塞和油流不暢等問題，這會(huì)使匝絕緣得不到及時(shí)冷卻而逐漸老化，最終變脆脫落，造成局部露銅，形成匝間短路，導(dǎo)致變壓器燒損事故。
       （2）由于變壓器繞組的主磁通和漏磁通沿著繞組的徑向方向上的風(fēng)量變化復(fù)雜，而引起渦流損耗分布不均勻，并在繞組端部達(dá)到最大，在大容量變壓器中，由于漏磁密度高，形成的雜散損耗很大，從而導(dǎo)致過熱。
       （3）由于繞組的換位不合理，導(dǎo)致漏磁場(chǎng)在繞組各并聯(lián)導(dǎo)體上的感應(yīng)電勢(shì)不同，在各并聯(lián)導(dǎo)體上產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流和工作電流在一部分導(dǎo)體中疊加而引起過熱。
       3、分接開關(guān)過熱故障原因分析
       對(duì)于調(diào)壓比較頻繁、負(fù)荷電流較大的調(diào)壓變壓器而言，在其進(jìn)行頻繁調(diào)壓時(shí)，觸頭極容易磨損或腐蝕而使其接觸性能降低，接觸電阻變大，導(dǎo)致觸頭熱量積聚而發(fā)熱，而發(fā)熱又反過來加劇了觸頭的氧化和腐蝕，如此惡性循環(huán)，最終必然會(huì)導(dǎo)致變壓器損壞事故。
       三、變壓器過熱故障的診斷方法
       1、外觀檢查
       外觀檢查是通過對(duì)正常運(yùn)行的變壓器的聲響、氣味、外殼溫度情況和變壓器外部裝置等信號(hào)的檢查，從而掌握變壓器各組件的工作狀態(tài)，并結(jié)合已取得的數(shù)據(jù)資料或歷史數(shù)據(jù)、出廠數(shù)據(jù)等進(jìn)行初步分析判斷。
       2、內(nèi)部故障的診斷
       （1）油中溶解氣體分析法
       目前，使用較為普遍的變壓器主要是充油式變壓器，充油式變壓器在絕緣手段上運(yùn)用的是油浸紙的方法，當(dāng)變壓器出現(xiàn)過熱故障時(shí)，變壓器內(nèi)的礦物油和絕緣紙將發(fā)生裂解，產(chǎn)生H₂、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆、CO、CO₂等氣體，因此利用油氣分離裝置把以氣體從礦物油中分離出來，然后利用溶解氣在線色譜分析（DGA）技術(shù)和氣敏傳感器等檢測(cè)手段對(duì)氣體成分和含量進(jìn)行分析，分析數(shù)據(jù)輸入“診斷系統(tǒng)”，利用診斷系統(tǒng)的分析和判斷功能對(duì)該數(shù)據(jù)與變壓器正常運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，就可以得到變壓器過熱故障發(fā)生的部位及嚴(yán)重程度。
       一般來說，變壓器運(yùn)行中因其存在的故障類型或性質(zhì)的不同其產(chǎn)生的溶解氣的組成成分會(huì)有所不同，不同的故障對(duì)應(yīng)的氣體組成如下表所示。

       （2）電氣試驗(yàn)
       電氣試驗(yàn)主要包括：
       ① 測(cè)量繞組直流電阻
       該方法能夠掌握繞組縱絕緣和導(dǎo)電回路連接的情況，從而發(fā)現(xiàn)變壓器繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關(guān)和導(dǎo)線接頭接觸不良等故障，同時(shí)還能判斷直流電阻是否平衡、調(diào)壓分接開關(guān)檔位是否有效。
       ② 測(cè)量短路阻抗和負(fù)載損耗
       通過測(cè)得數(shù)據(jù)和出廠試驗(yàn)值作對(duì)應(yīng)的比較，從而判斷變壓器繞組的變形、錯(cuò)位以及結(jié)構(gòu)件中是否存在渦流或環(huán)流集中引起的過熱缺陷情況。
       四、應(yīng)對(duì)措施
       針對(duì)不同的過熱原因可以采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施：
       （1）對(duì)于繞組結(jié)構(gòu)原因引起的低壓繞組故障，可將變壓器低壓繞組改為雙螺旋結(jié)構(gòu)；
       （2）盡量使連接分接開關(guān)正確連接，使螺帽緊固，防止松動(dòng)導(dǎo)致的發(fā)熱；
       （3）對(duì)于冷卻器管道堵塞引起的過熱應(yīng)該采取定期用壓縮空氣或水清洗冷卻器管道的方法予以防范；
       （4）為了防止漏磁引發(fā)過熱故障，可以在變壓器油箱內(nèi)壁和繞組鋼脫板上加裝磁屏蔽，從而使磁通通過導(dǎo)磁性較好的磁屏蔽裝置，避免在油箱壁中過多的損耗而引起油箱局部過熱；
       （5）加強(qiáng)管理，避免因管理不善而導(dǎo)致的過熱事故發(fā)生。
       五、結(jié)語
       變壓器從設(shè)計(jì)、制造，一直到運(yùn)輸、安裝、維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)中的任何一環(huán)疏忽或操作不規(guī)范，都會(huì)影響變壓器投運(yùn)后的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，而以上各個(gè)環(huán)節(jié)的規(guī)范操作對(duì)變壓器的過熱故障防范更是起著決定性的作用，因此變壓器設(shè)計(jì)制造部門、安裝施工部門以及運(yùn)行維護(hù)部門都要采取有效措施，加強(qiáng)管理以預(yù)防變壓器過熱故障的發(fā)生。