1、变压器故障的原因分析及运行维护建议 摘要：变压器故障通常是伴随着电弧和放电以及剧烈燃烧而发生，随后电力设备即发生短路或其他故障，轻则可能仅仅是机器停转，照明完全熄灭，严重时会发生重大火灾乃至造成人身伤亡事故。因此如何确保变压器的安全运行受到了世界各国的广泛关注。通过对近 10 年间变压器故障的统计分析，讨论故障的原因，故障类型，并对预防变压器故障以延长其使用寿命的维护方法提出了建议。 关键词：变压器故障原因分析预防方法 分类号： TM4 文献标识码： A-E 文章编号： 2095-2104（ 2011） 12-04101 变压器是输送电能的重要设备之一，变压器的质量和可靠性直接关系到安全可靠的
2、输送电力发电变压器的关键部位的变电变压器的损坏，会影响电力的输送，变压器的损坏可能会引起大面积供电终止，而这些变压器的修复和往返运输，常常需要几个月的时间。在这一期间，电力输送会受到影响，因而也就会影响到工农业生产和人民生活用电的正常供应，给国民经济带来很大的影响。近 20 年来我国电力工业发展很快，对输电设备可靠性的要求也愈来愈高，因为大容量高电压变压器供电范围大，变压器的损坏可能会引起大面积供电终止，其影响很大。 在中国高速的 现代化发展中，电力工业的安全运行更起着关键作用。 1 变压器故障原因分析 在通过收集我局过去 10年中有关变压器故障的资料进行分析，结果表明，导致变压器故障的因素包
3、括：误用、振动 ,过高的操作温度、雷电或涌流、过负荷、对控制设备的维护不够、清洁不良、对闲置设备的维护不够、不恰当的润滑以及误操作等。 1.1 雷击 雷电看来比以往的研究要少，这是因为改变了对起因的分类方法。由于防雷设施不完善，在大气过电压作用下，发生绝缘击穿。现在，除非明确属于雷击事故，一般的冲击故障均被列为 “ 线 路涌流 ” 。 1 2 线路涌流 线路涌流（或称线路干扰）在导致变压器故障的所有因素中被列为首位。这一类中包括合闸过电压、电压峰值、线路故障 /闪络以及其他输配 (T D)方面的异常现象。这类起因在变压器故障中占有显著比例的事实表明必须在冲击保护或对已有冲击保护充分性的验证方面
4、给与更多的关注。 近年来变压器突发短路冲击后损坏几率大增，已占全部损坏事故的 40%以上。其中以变压器出口突发性短路危害最大，当变压器二次侧发生短路接地等故障时，一次侧将产生高于额定电流 2030倍的短路电流，而在一 次侧必然要产生很大的电流来抵消二次侧短路电流的消磁作用，如此大的电流作用于高电压绕组上，线圈内部将产生很大的机械应力，致使线圈压缩，其绝缘衬垫、垫板就会松动脱落，铁芯夹板螺丝松驰，高压线圈畸变或崩裂，变压器极易发生故障。 1 3 工艺 /制造不良 通过以往故障处理发现，仅有很小比例的故障归咎于工艺或制造方面的缺陷。例如匝绝缘裕度不够、出线端松动或无支撑、垫块松动、焊接不良、铁心绝
5、缘不良、抗短路强度不足以及油箱中留有异物。对一些关键工序，如垫块预处理、绕组绕制、绕组压装、相套装、器身装配时预压 力控制等方面，进行严格的工艺控制，以保证设计要求。 1 4 绝缘老化 在过去的 10年中在造成故障的起因中，绝缘老化列在第二位。变压器绝缘常见的故障主要表现在绕组主绝缘和匝间绝缘，引线绝缘，铁心绝缘，套管闪络和爆炸，分接开关故障。 变压器绕组的主绝缘和匝间绝缘是容易发生故障的部位。主要原因是：由于长期过负荷运行，或散热条件差，或使用年限长，使变压器绕组绝缘老化脆裂，抗电强度大大降低；变压器多次受短路冲击，使绕组受力变形，隐藏着绝缘缺陷，一旦遇有电压波动，就有可能将绝缘击穿。 1
6、5 过载 这一类包括了确定是由过负荷导致的故障，仅指那些长期处于超过铭牌功率工作状态下的变压器。过负荷经常会发生在发电厂或用电部门持续缓慢提升负荷的情况下。最终造成变压器超负荷运行，过高的温度导致了绝缘的过早老化。当变压器的绝缘纸板老化后，纸强度降低。由于电流的增加，变压器线圈温度迅速增加，造成绝缘材料变脆弱，加速老化，形成大量裂纹甚至脱落，严重时使线体裸露，而造成匝间短路。或者由于外部故障冲击力导致绝缘破损，因此，外部故障的冲击力就可能导致绝缘破损，进而发生故障。 1 6 受潮 受潮这一类别包括由管道渗漏、顶盖渗漏、水分沿套管导线进入绕组绝缘内或配件侵入油箱以及绝缘油中存在水分。 变压器油中
7、进水，使绝缘强度大大降低，不能承受允许的电压，造成绝缘击穿。变压器引线是靠套管支撑和绝缘的，由于套管上端帽罩封闭不严而进水，引线主绝缘受潮而击穿，造成内部闪络，发生故障。 1. 7 铁芯多点接地 变压器铁芯当出现两点以上的接地成为多点接地，产生涡流，将导致铁芯过热，绝缘油劣化变质，严重时还会将铁芯烧毁，接地线烧断。 1 8 维护不良 保养不够 被列为第四位导致变压器故障的因素。这一类包括未装控制其或装的不正确、 冷却剂泄漏、污垢淤积以及腐蚀。 1 9 破坏及故意损坏 这一类通常确定为明显的故意破坏行为。 1 10 连接松动 连接松动也可以包括在维护不足一类中，但是有足够的数据可将其独立列出，因
8、此与以往的研究也有所不同。这一类包括了在电气连接方面的制造工艺以及保养情况，其中的一个问题就是不同性质金属之间不当的配合，尽管这种现象近几年来有所减少。另一个问题就是螺栓连接间的紧固不恰当。 2 变压器运行维护 根据以上统计分析结果，用户可制订一个维护、检查和试验的计划。这样不但将显著地减少变压器故障的发生以及不可预计的电力中断，而且可大量节约经费和时间。因为一旦发生事故，不仅修理费用以及停工期的花费巨大，重绕线圈或重造一台大型的电力变压器更需要 6 到 12 个月的时间。因而，一个包括以下建议的良好维护制度将有助于变压器获得最大的使用寿命。 2 1 安装及运行 （ 1）确保负荷在变压器的设计
9、允许范围之内。在油冷变压器中需要仔细地监视顶层油温。 （ 2）变压器的安装地点应与其设计和建造的标准 相适应。若置于户外，确定该变压器适于户外运行。 （ 3）保护变压器不受雷击及外部损坏危险。 2. 2 变压器试验 变压器试验的目的是验证变压器性能是否符合有关标准和技术条件的规定；发现制造和运行中是否存在影响运行的各种缺陷（如短路、断路、放电、局部过热等）。包括交接验收、大修、小修和故障检修试验等，目的是鉴定变压器本身及其安装和检修质量。如：绝缘电阻试验检测变压器各绕组、铁芯、夹铁、外壳相互之间的绝缘电阻，绕组变性试验通过各线圈在高频下的响应特征来判断其结构和周围状况是否发生明显 变化的新型试
10、验项目，根据试验结果，结合出厂及历次试验数据进行纵向比较，并与同类型变压器的试验数据及标准进行纵向比较，经过综合分析来判断变压器缺陷或薄弱环节，为检修和运行提供依据。 2 3 对油的检验 目前变压器故障诊断中，单靠电气试验的方法往往很难发现某些局部故障和发热缺陷，而通过变压器油中气体的色谱分析这种化学检测的方法，对发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏而有效。变压器油中气体的来源有以下几个方面：（ 1）空气的溶解；（ 2）绝缘油的分解；（ 3）固体绝缘材料的分解 ：（ 4）气体的其他来源。经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关。正确分析变压器油中
11、溶解气体是判断设备有无故障的重要手段，因此，应进行油中故障气体的分析，通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比，就可达到对变压器绝缘诊断的目的。几种典型的油中溶解气体，如 H2、 CH4、C2H6、 C2H4、 C2H2、 CO、 CO2 常被用作分析的特征气体。在检测出各气体成分及含量后，用特征气体法或比值法等方法判断变压器的内部故障。 应用变压器油中故障气体在线监测仪，连续测定随着变压器中 故障的发展而溶解于油中气体的含量，通过对气体类别及含量的分析则可确定故障的类型。每年都应作油的物理性能试验以确定其绝缘性能，试验包括介质的击穿强度、酸度、界面张力等等。 2 4 经常维护 变压器
12、在运行过程中，常常因外界异常因素或自身质量瑕 ?R 发展而产生缺陷，变压器带缺陷运行又常常导致设备故障。因此，并及时消除缺陷对提高变压器运行可靠性来说是非常重要的。 （ 1）保持瓷套管及绝缘子的清洁，定期检查瓷套管外部无裂纹、破损、脏污及放电痕迹，瓷套根部有无放电痕迹。 （ 2）在油冷却 系统中，检查散热器有无渗漏、生锈、污垢淤积以及任何限制油自由流动的机械损伤。 （ 3）保证电气连接的紧固可靠。 （ 4）定期检查分接开关。并检验触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。 （ 5）每三年应对变压器线圈、套管以及避雷器进行介损的检测。 （ 6）每年检验避雷器接地的可靠性。接地必须可靠，而引
13、线应尽可能短。旱季应检测接地电阻，其值不应超过 5 。 2 5 变压器在线检测变压器在线监测的目的，就是通过对变压器特征信号的采集和分析，判别出变压器的状态，以期 检测出变压器的初期故障，并监测故障状态的发展趋势。目前，电力变压器的在线监测是国际上研究最多的对象之一，提出了很多不同的方法。在变压器故障诊断中应综合各种有效的检测手段和方法，对得到的各种检测结果要进行综合分析和评判。因为不可能具有一种包罗万象的检测方法，也不可能存在一种面面俱到的检测仪器，只有通过各种有效的途径和利用各种有效的技术手段，包括离线检测的方法、在线检测的方法；包括电气检测、化学检测、甚至超声波检测、红外成像检测等等，只
14、要是有效的，在可能条件下都应该进行相互补充、验证和综合分析判断，才能取得较好 的故障诊断效果，保证变压器的安全运行。 应考虑将在线检测系统用于最关键的变压器上。目前市场上有多种在线检测系统 ，供应商将不同的探测器与传感器加以组装，并将其与数据采集装置相连，同时提供了通过调制解调器实现远距离通讯的功能。 3 结束语 变压器是电网中的重要设备之一。虽配有避雷器、差动、接地等多重保护，但由于内部 结构复杂、电场及热场不均等诸多因素，事故率仍然很高。中国在 70 年代的 10 年中， 110kV 及以上变压器的年平均绝缘事故率约为17.66 台次，恶性事故和重大损失也时有发生 。近年来国内外一些电力部门开始采用电力设备绝缘在线监测技术，不许要外接高压电源，在电力设备照常运行的条件下随读取试验结果，因此可以及时计划和安排电力设备的维护，从而实现状态维修。因此借鉴国外经验，利用先进在线监测设备，加强状态维护模式，以使电力供应更加安全可靠。 参考文献 1 曹敦奎、许维宗、院国防 .变压器运行维护与故障分析处理 .中国电力出版社 .2008.4 2 胡景生 .电网经济运行与能源标准化 .北京：中国标准出版社 .2001.3 3 国家电网公司人力资源部组编 .变压器检修 .中国电力出版社 .2010.9
