1、对电子束炉变压器的故障检查研究摘 要：介绍了电子束炉变压器的故障检查过程，并结合测量的数据进行故障分析，最后通过吊芯检查确定故障为绕组匝间短路、绝缘老化。更换两组线圈后，变压器恢复正常工作。 关键词：电子束；变压器；气相色谱分析；瓦斯保护 引言 EBCHR2/50/500 电子束炉是西北有色金属研究院从德国 ALD 公司进口的大型设备，适用于熔炼和重熔钨、钼、钽、铌、锆、铪等难熔金属及其合金，它具有两个完全独立的电子枪，两只枪均由一个高压变压器供电。该变压器是电子束炉的核心组成部分，为浸油自冷式高压整流变压器，额定功率为 500KW，它将 500V 三相交流电升高到 36KV 三相交流电，再整
2、流成 40KV 直流电输送给电子枪，电子枪在 40KV 加速电压下发射高密度快速电子束来熔炼金属。 1 故障现象 电子束炉按正常程序操作熔炼钽金属时，40KV 高压电源突然断电，操作面板上出现报警显示：“Hv Transformer BUCHHOLZ”（高压变压器瓦斯继电保护动作） 。打开变压器的放气阀放气，报警消失，此时变压器能产生 40kv 直流电压，但高压既不能保持又不能带负载，2 到 3 分钟后，同样的报警信号再次出现，变压器主回路电源断开，停止工作。 2 故障检查 2.1 变压器的外部检查 （1）检查油枕内和充油套管内油面的高度，发现油位正常，封闭处无渗漏油现象； （2）检查变压器的
3、响声，发现噪音稍大，但未有异常声音出现； （3）检查变压器的绝缘套管及瓷瓶，未发现有破损裂纹及放电烧伤痕迹；（4）检查一、二次母线，接头接触良好，不过热，外壳接地良好； （5）检查呼吸器，气路畅通，硅胶的颜色为淡红色，吸潮未达到饱和。 2.2 变压器负荷检查 （1）用钳形电流表测量变压器空载时一次绕组的三相空载电流，A 相：A=160.8A；B 相:B=55.8A；C 相:C=5.7A。 （2）故障发生时，用红外线测温仪测量变压器外壳不同区域的温度，温度为 55左右，一分钟温升超过 5。 2.3 气相色谱分析检查 采集变压器本体油、瓦斯油、瓦斯气进行气相色谱分析检查，结果见表 1。 本体油 瓦
4、斯油 瓦斯气 氢 1109 1710 373350 氧 21165 21190 21345 一氧化碳 210 165 28235 二氧化碳 530 1145 8570 甲烷 309.5 3284.5 12659 乙烷 38.5 947.5 6592 乙烯 535.5 11309.5 14516 乙炔 380.3 39860.0 20725.0 总烃 1264.0 19528.0 54492.0 表 1 油样气相色谱分析表 3 故障现象及分析 变压器的故障一般分为电路故障和磁路故障。常见的电路故障有线圈绝缘老化、受潮，材料质量及制造工艺不良，二次系统短路引起的故障等。磁路故障常见的有硅钢片短路、
5、穿芯螺丝与铁芯间的绝缘损坏以及铁芯接地不良引起的放电等。 3.1 三相电流不平衡 当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率的额定电压时，一次绕组中的电流称空载电流 I0。通常 I0 与额定电流 IN 的关系可表示为： i0（I0 /IN）*10013 该变压器的额定电流为 577A，空载电流 I0 应在 5.77A 到 17.3 A 之间，而实测的一次绕组三相空载电流A=160.8A，B=55.8A，C=5.7A。三相电流极大的不平衡，初步推断为变压器绕组局部发生匝间和层间短路，产生很大的短路电流。 3.2 变压器油温不断升高 油温不断升高可能由以下几个方面引起： （1）涡流使铁芯长期过热而
6、引起硅钢片间的绝缘破坏，铁损增大，油温升高； （2）穿芯螺丝绝缘破坏后，与硅钢片短接，有很大的电流通过，使螺丝发热，油温升高； （3）绕组局部发生匝间和层间短路，二次线路上有大电阻短路等，也会使油温升高。 3.3 瓦斯继电保护动作 瓦斯保护是变压器的主要保护，它能监视变压器内部发生的大部分故障。继电保护动作的原因有以下几个方面： （1）滤油、加油和冷却系统不严密，致使空气进入变压器； （2）变压器内部故障、短路，产生少量的气体； （3）保护装置二次回路故障。 外部检查未发现变压器有异常现象，应查明瓦斯继电器中气体的性质。从表 1 瓦斯气体中氢、一氧化碳、甲烷等可燃气体含量剧增，说明变压器内部有
7、故障。气体颜色为灰色和黑色，有焦油味，则说明油因过热分解或油内层发生过闪络故障。 上述分析对变压器内的潜伏性故障还不能作出正确的判断，还需要结合气相色谱法判断： 从表 1 中可以看出氢、烃类含量急剧增加，而一氧化碳，二氧化碳含量增加也不大，这就表明了变压器裸金属方面及固体绝缘物（木质、纸、纸板）的过热性故障不存在；甲烷，乙烷，乙烯气体有所增加，而乙炔含量很高，这表明变压器内出现过电弧放电，使油分解而产生乙烷、乙烯和乙炔，可能为绕组匝间和层间短路放电性故障导致。为更加明确故障点，需要对变压器进行吊芯检查。 4 吊芯检查与维修 拆开变压器，用 20 吨吊车吊出变压器芯部作如下检查： （1）用万用表
8、依次测量一、二次绕组每个线圈对地的绝缘情况，发现一次绕组 U、V 相线圈与地及铁芯接通，其他线圈绝缘良好。 （2）用万用表测量硅钢片间、穿芯螺丝与铁芯间的绝缘良好，铁芯接地良好。 （3）检查保护装置二次回路，将保护开关、保护线路及整流阻容作检查，全部良好。 通过检查与分析，断定变压器故障为一次绕组 U、V 相线圈绝缘层损怀，匝间短路放电、油过热分解使瓦斯继电保护动作，断开变压器主回路电源。联系变压器生产厂家德国 MUNK 公司，定购两组线圈，各种费用总计25 万元人民币。更换两组线圈后，由国内变压器生产厂家对油进行过滤、干燥处理，对变压器芯部作 24 小时的烘干处理。安装调试后，变压器恢复正常工作。 5 结束语 通过上述分析，可以发现变压器油样气相色谱分析报告中的氢、烃类含量急剧增加，乙炔含量很高，一次绕组空载电流不平衡，油温不断升高等现象。所有这些都说明变压器内部出现了绕组匝间和层间短路的放电性故障。本文介绍的故障检查与分析方法简单、实用、成本低廉，为单位节约资金约 20 万元，值得同行业用户借鉴。
