电力变压器常见故障分析与检修

电力变压器常见故障分析与检修变压器故障的种类多种多样，变压器投运时间各异，所经历的过电压、过电流以及维护使用情况都不尽相同，故障发生的趋势亦不同。由故障到损坏，常会有一个渐变的过程，只有充分了解变压器的实际运行状态，综合应用各种在线及历史数据，并运用各种诊断技术，才能及时发现故障隐患，提高检测和诊断故障的准确性。一、电力变压器故障的检查方法1．看。通过观察故障发生时的颜色、温度、气味等异常现象，由外向内认真检查变压器的每一处。(1)渗漏油。变压器运行中渗漏油现象比较普遍，其外面闪闪发光或黏着黑色的液体就可能是漏油。小型变压器装在配电柜中，因为漏出的油流入配电柜下部的坑内，所以不易及时发现。渗漏主要原因是油箱与零部件联接处密封不良、焊件或铸件存在缺陷、运行中额外荷重或受到振动等。此外，内部故障也会使油温升高，油的体积膨胀，发生漏油。(2)体表。变压器故障时都伴随着体表的变化。防爆膜龟裂、破损。当呼吸口不灵，不能正常呼吸时，会使内部压力升高引起防爆膜破损；当气体继电器、压力继电器、差动继电器等动作时，可推测是内部故障引起的。(3)因温度、湿度、紫外线或周围的空气中所含酸、盐等，会引起箱体表面漆膜龟裂、起泡、剥离。因大气过电压、内部过电压等，会引起瓷件、瓷套管表面龟裂，并有放电痕迹。瓷套管端子的紧固部分松动，表面接触面过热氧化，会引起变色。由于变压器漏磁的断磁能力不好及磁场分布不均，产生涡流，也会使油箱的局部过热引起油漆变色。吸湿计变色是吸潮过度、垫圈损坏、进入其油室的水量太多等原因造成的。通常用的吸湿剂是活性氧化铅（矾土）、硅胶等，并呈蓝色。当吸湿剂从蓝色变为粉红色时，应作再生处理。2．听。正常运行时，由于交流电通过变压器绕组，在铁芯里产生周期性的交变磁通，引起电工钢片的磁致伸缩，铁心的接缝与叠层之间的磁力作用及绕组的导线之间的电磁力作用引起振动，发出均匀的“嗡嗡”响声。如果产生不均匀响声或其他响声，都属不正常现象。不同的声响预示着不同的故障现象。(1)若声响比平常响声增大且尖锐，一种可能是电网发生过电压，例如中性点不接地、电网有单相接地或铁磁共振时，会使变压器过励磁；另一种可能是变压器过负荷，如大动力设备（大型电动机、电弧炉等）负载变化较大，因谐波作用，变压器内会发出低沉的如重载飞机的“嗡嗡”声。此时，再参考电压与电流表的指示，即可判断故障的性质。然后，根据具体情况，改变电网的运行方式与减少变压器的负荷，或停止变压器的运行等。(2）若变压器发出较大的“啾啾”响声，并造成高压熔丝熔断，则是分接开关不到位；若产生轻微的“吱吱”火花放电声，则是分接开关接触不良。出现该故障时，当变压器投入运行后一旦负荷加大，就有可能烧坏分接开关的触头。遇到这种情况，要及时停电修理。(3)变压器发出“叮叮当当”的敲击声或“呼呼”的吹风声以及“吱啦吱啦”的像磁铁吸动小垫片的响声，声响较大而噪杂时，可能是变压器铁心有问题。例如，夹件或压紧铁心的螺钉松动，铁心上遗留有螺帽零件或变压器中掉入小金属物件。出现该故障时，仪表的指示一般正常；绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化，这类情况不影响变压器的正常运行，可等到停电时处理。(4)声响中夹有放电的“嘶嘶”或“哧哧”的响声，晚上可以看到火花时，可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果是套管的问题，在气候恶劣或夜间时，还可见到电晕辉光或蓝色、紫色的小火花，此时，应清除套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。如果是器身的问题，把耳朵贴近变压器油箱，则会听到变压器内部由于有局部放电或电接触不良而发出的“吱吱”声或“噼啪”声，若站在变压器跟前就可听到“噼啪”声音，有可能接地不良或未接地的金属部分静电放电。此时，要停止变压器运行，检查铁心接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。(5)变压器发出“咕嘟咕嘟”的开水沸腾声，可能是变压器绕组发生层间或匝间短路而烧坏，使其附近的零件严重发热。分接开关的接触不良而局部点有严重过热，必会出现这种声音。此时，应立即停止变压器的运行，进行检修。(6)当声响中夹有爆裂声，既大又不均匀时，可能是变压器本身绝缘有击穿现象。导电引线通过空气对变压器外壳的放电声；如果听到通过液体沉闷的“噼啪”声，则是导体通过变压器油面对外壳的放电声。如属绝缘距离不够，则应停电吊心检查，加强绝缘或增设绝缘隔板。声响中夹有连续的、有规律的撞击或摩擦声时，可能是变压器的某些部件因铁心振动而造成机械接触。如果发生在油箱外壁上的油管或电线处，可用增加其间距离或增强固定来解决。3.测。依据声音、颜色及其他现象对变压器事故的判断，只能作为现场的初步判断，因为变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至出现假象。因此必须进行测量并作综合分析，才能准确可靠地找出故障原因及判明事故性质，提出较完备合理的处理办法。(1)绝缘电阻的测量。测量绝缘电阻是判断绕组绝缘状况的比较简单而有效的方法。测量绝缘电阻通常采用绝缘电阻表，3kV以上的高压变压器一般采用2500V的绝缘电阻表。测量项目：测量绕组的绝缘电阻应测量高压绕组对低压绕组及地、低压绕组对高压绕组及地、高压绕组对低压绕组等三个项目。这里的“地”并不是指真正的大地，而是指变压器金属外壳。绝缘电阻合格值：绝缘电阻与变压器的容量、电压等级有关，与绝缘受潮情况等多种因素有关。所测结果通常不低于前次测量数值的70％即认为合格。根据《GB6451油浸式电力变压器技术参数和要求》列出电力变压器绝缘电阻参考值及温度换算系数，如表1、表2所示。表1油浸式电力变压器绝缘电阻参考值MΩ线圈电压等级kV测量温度℃10203040506070800.42201306535183-104503002001309060402520-3560040027018012080503560-220120080054036024016010070表2油浸式电力变压器绝缘电阻的温度换算系数温度差℃51015202530354045505560系数K1.21.51.82.32.83.44.15.16.27.59.211.2当油浸式电力变压器测量温度与产品出厂试验温度不相符时，可按表2换算到同温度时数值进行比较，公式为：Rθ2＝Rθl/K式中Rθ2、Rθ1－温度θ2、θ1时的绝缘电阻值，Ω例1某lOkV配电变压器高压侧对地的绝缘电阻值，出厂试验时为50MΩ(75℃时），今在25℃时测得其绝缘电阻值为55MΩ。问其绝缘电阻是否符合要求？温差为75-25＝50℃，由表2查得K=7.5，则所测绝缘电阻换算到75℃时为R75＝R25/K＝55/7.5＝7.33MΩ，小于50×70%=35MΩ，说明该配电变压器绝缘电阻指标不符(2)吸收比的测量。通过测量吸收比可以进一步检查变压器绕组的绝缘良好程度，尤其是绝缘材料的受潮程度。吸收比的测量要用秒表计时间，当绝缘电阻表摇到额定转速（120r/min）时，将绝缘电阻表接入（可用开关控制）并开始计时，15s时读取一数值R15，继续摇至60s时读取另一数值R60。R60/R15就是测量的吸收比。吸收比的标准是R60/R15≥1.3，说明变压器没有受潮，绝缘良好；若R60/R15≤1.2，说明变压器有受潮现象，绝缘有缺陷，需要进一步检查。(3)直流电阻的测量。变压器绕组是发生故障较多的部件之一，当变压器在遭受短路冲击后，往往可能造成绕组扭曲变形，而累积效应会使变形进一步发展；另外由于绕组绝缘损坏，会造成匝间短路甚至是相间短路。变压器绕组可看作是由电阻、电感、电容组成无源线性网络，其故障必然导致绕组上相部分的分布参数发生变化。绕组发生故障时，由于整体或局部的拉伸和压缩造成匝间距离改变时，突出反映的是绕组的感性变化，当轻微匝间短路时电阻也会有变化，测量时，应分别测量变压器高、低压绕组的直流电阻。对于三相电力变压器，由于压绕组上装有分接开关，因而要测量分接开关处于不同挡位时的高压绕组电阻值。为便于分析比较，所测数值应别计算三相电阻的误差△R。计算方法如下：ΔR＝〔（Rmax-Rmin)/Ra〕100%式中Rmax—最大一相电阻值，ΩRmin—最小一相电阻值，ΩRa—三相线电阻或相电阻平均值，Ω根据电力变压器制造厂的有关规定：630kV·A以上的变压器，各相绕组的直流电阻相互间的差别（无中性线引出时为线间差别）不应大于三相平均值的2%；与出厂或交接时所测量的结果比较，相对变化不应大于2%。630kV·A及以下的变间差别不大于三相平均值的2%。变压器出厂试验数据中的直流电阻值，一般都是换算成75℃时数值，实测数值如果要与出厂数据比较，则必须换算成75℃的数值。换算关系为：R75＝KRθ式中R75—换算到75℃时的电阻值，ΩK—换算系数，K=(α＋75)/(α＋θ)α－温度换算系数，铝线为225，铜线为235Rθ－测量时绕组温度为θ(℃）时的电阻值，Ω影响三相电阻不平衡的因素是多方面的，特别是容量较大的变压器。低压绕组截面较大，匝数又少，三相绕组中心点的接稍有不良，即能造成三相不平衡。或者由于分接开关接触不良，个别分接开关电阻偏大，内部不清洁、电镀脱落、弹簧压力不够等也会造成三相电阻不平衡。此外，由于变压器绕组使用导线质量不同，线规有差异、某相绕组部分线匝短路（匝间短路）、三角形接线一相断线也是造成三相不平衡的重要原因。二、变压器温升过高的故障排除变压器在运行中是有损耗的，损耗包括铁心的磁滞及涡流损耗、绕组的电阻损耗。这些损耗所产生的热量，一方面通过变压器油、散热管、外壳等的传导、辐射、对流方式传到周围环境中去，另一方面使变压器温度升高。经过一定的时间（小型变压器约为10h，大型变压器约为24h)，变压器即达到稳定的温升。如果温升过高，或者温升速度过快，或与同种产品相比温升明显偏高，就应视为故障表现。温升过高是造成变压器寿命降低的重要原因，也是变压器故障的主要表现。表3-表10列出引起过热的原因及排除方法。表3铁心局部短路引起过热故障原因及排除方法故障现象故障原因排除方法备注运行中的变压器过热，尤其是局部铁心过热，气体继电器动作。经色谱分紧固螺栓拧偏斜，使铁心局部短路过热拨正紧固螺栓，加上绝缘套及绝缘垫后，再拧紧螺母在处理该方面的故障时，如因铁心因局部短路过热，使铁心本身产生缺陷时，应采取修复措施；如为部分铁心叠片表面漆膜或氧化膜脱落，则应将该部分叠片抽出，涂上一层薄薄的硅钢片绝缘漆，经烘干处理后再插好穿心螺杆绝缘破裂或过热碳化，引起铁心局部短路和过热更换破裂或碳化的穿心螺杆绝缘铁质夹件夹紧位置不当，碰到铁心，造成铁心局部短路和过热松开铁夹件且调整位置后再拧紧螺母器身组装及变压器总装中，由于不细心，将焊渣、电焊条头或其他金属异物落在铁心上，使铁心局部短路清除落入铁芯中的焊渣及金属异物穿心螺杆座套过长，座套与铁心碰撞，造成铁心局部短路将穿芯螺杆座套卸下锯去一段，再装配好安装接地铜片时，铜片下料过长，联接后铜将接地铜片取出，剪去多析，特征气体是CH4、H2、C2H4及C2H6，并且超标片又触及另一部分铁心叠片，形成两点或多点接地和短路，使铁心局部过热余长度后，再插入叠片中固定牢表4电力变压器铁心接地不良引起过热故障原因及排除方法故障现象故障原因排除方法备注有清脆的响声从内部传出来；测绕组的介质损耗角正切值偏大；气体继电器动作铁心叠片未紧固，有松散现象松开夹件理顺松散处叠片，再把夹件夹紧使铁心紧密出现该故障时，铁心局部过热，有特征气体出现且变压器内部有间歇放电现象铁芯叠片和接地铜片未夹紧铁心叠片和接地铜片未夹紧，可重新紧固低压引线对外壳放电或对铁轭放电加绝缘套及绝缘管使绝缘良好表5铁轭螺杆接地过热故障原因及排除方法故障现象故障原因排除方法备注变压器内部将产生特征气体、气体继电器动作，如摇测对地绝缘电阻时，电阻值较低，变压器出现局部过热等现象铁轭绝缘操作或移位，螺杆与轭部硅钢片碰在一起用新的铁轭绝缘垫换上处理这类故障时要注意一点，就是螺杆绝缘套长度（在铁轭孔内部分）不要高于铁轭高度，而应比铁轭高度短3-5mm，这样拧紧螺母后，不会因绝缘套过长而挤裂、挤碎，造成螺杆接地；铁轭绝缘垫要放正