變壓器過熱原因分析及故障診斷

變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅，因此引起現(xiàn)場的廣泛關(guān)注。

變壓器過熱的原因

⑴繞組過熱

近十幾年來，為降低變壓器損耗，各制造廠先后采用了帶有統(tǒng)包絕緣的換位導(dǎo)線繞制變壓器繞組。由于早期國內(nèi)對(duì)換位導(dǎo)線生產(chǎn)技術(shù)尚未全面掌握，使之采用換位導(dǎo)線的變壓器在運(yùn)行十年左右出現(xiàn)了統(tǒng)包絕緣膨脹。段間油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴(yán)重老化，以致發(fā)糊、變脆，在長期電磁振動(dòng)下，絕緣脫落，局部露銅，形成匝間(段間)短路，導(dǎo)致變壓器燒損事故。例如，東北電網(wǎng)某臺(tái)240MVA的升壓變壓器，正常運(yùn)行負(fù)荷率為90%左右，上層油溫一般不超過70℃。1988年以來，對(duì)該變壓器進(jìn)行糠醛分析，發(fā)現(xiàn)絕緣有老化現(xiàn)象。運(yùn)行中油色譜分析表明， CO和 CO2的絕對(duì)值及增長率均比較高。1992年6月在正常運(yùn)行中，主變壓器輕、重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，防爆筒噴油，吊出高壓繞組檢查后發(fā)現(xiàn)：故障發(fā)生在 A相低壓繞組下數(shù)第3～4段最外一組換位導(dǎo)線，有數(shù)根燒熔。經(jīng)進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)低壓繞組上、下兩端 l～5段均有燒焦痕跡，并有露銅現(xiàn)象。導(dǎo)線段間絕緣紙均已燒糊，第6～8段絕緣呈深紅色。此單半螺旋繞組半螺旋處1.5mm油道已全部堵死，4.5mm油道也僅能插進(jìn)1.4mm紙板。

另外，繞組材料本身的質(zhì)量不良，也會(huì)導(dǎo)致過熱現(xiàn)象。例如，某局的一臺(tái) SF7一8000/35型變壓器，1994年安裝并投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)：該變壓器所帶的負(fù)荷與5600kVA變壓器相同的情況下，其溫度比5600kVA的變壓器高10℃左右，在環(huán)境溫度高于5℃時(shí)，只要變壓器投人，不論負(fù)荷大小(最大負(fù)荷4500kW〕，風(fēng)扇電機(jī)一直啟動(dòng)(啟動(dòng)風(fēng)扇溫度整定為50℃，此時(shí)變壓器油溫高于50℃)，這說明該變壓器一直存在隱性過熱故障。吊罩后，解體拔包檢查發(fā)現(xiàn)，B相低壓側(cè)繞組第 l、4餅有明顯過熱現(xiàn)象，絕緣紙已變?yōu)榘岛稚?，拆開檢查，發(fā)現(xiàn)匝間有小毛刺漏銅點(diǎn)，但匝間并沒有完全短路，所以，故障電流并不大，緩慢發(fā)熱，以致油溫升高。

⑵分接開關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸不良

在有載調(diào)壓變壓器中，特別是調(diào)壓頻繁、負(fù)荷電流較大的變壓器，在頻繁的調(diào)動(dòng)中會(huì)造成觸頭之間的機(jī)械磨損、電腐蝕和觸頭污染，電流的熱效應(yīng)會(huì)使彈簧的彈性變?nèi)?，從而使?dòng)、靜觸頭之間的接觸壓力下降。接觸壓力減小，會(huì)使觸頭之間的接觸電阻增大，從而導(dǎo)致觸頭之間的發(fā)熱量增大，由于發(fā)熱又加速觸頭表面的氧化腐蝕和機(jī)械變形，形成惡性循環(huán)，如不及時(shí)處理，往往會(huì)使變壓器發(fā)生損壞事故。例如，某化工廠的800OkVA有載整流變壓器，由于疏忽了有載分接開關(guān)粗調(diào)部分的接觸問題，接觸電阻不斷增大、發(fā)熱，逐漸形成動(dòng)、靜觸頭之間的金屬熔化、蒸發(fā)，環(huán)氧樹臘絕緣支架碳化，最后在調(diào)壓過程中起弧引起相間短路，變壓器爆炸起火，而發(fā)生變壓器損壞事故。

在無載調(diào)壓變壓器中，分接開關(guān)接觸不良，也會(huì)使其觸頭表面腐蝕、氧化，或觸頭之間的接觸壓力下降使接觸電阻增大，而形成變壓器的過熱性故障。例如某局的一臺(tái)35kV、18MVA變壓器，曾發(fā)生過因分接開關(guān)接觸不良、發(fā)熱，最后導(dǎo)致變壓器分接開關(guān)燒流，變壓器氣體繼電器動(dòng)作，迫使變壓器停運(yùn)。

⑶引線故障

①引線分流故障

這種故障較多，東北電網(wǎng)1989～1993年的統(tǒng)計(jì)，約占總故障的10%。這些故障多發(fā)生在66kV套管上，一方面66kV側(cè)電流較大，另一方面66kV引線大多不是直順套管方向進(jìn)入導(dǎo)管，因此，未包任何絕緣的引線與導(dǎo)管接觸，造成分流，產(chǎn)生熱故障。其原因如下：引線電纜外表半疊包的白布帶，經(jīng)過制做中工序的傳遞和引線裝配，多數(shù)已不緊密和不完整。某些制造廠，甚至完全不要這一層白布帶。而對(duì)較長的引線，在裝配時(shí)，如電纜施壓后造成裸銅絞線與套管的銅管內(nèi)壁靠接，這就形成了一個(gè)閉合回路。當(dāng)引線中通過電流時(shí)，引線周圍便有磁場且有磁通，引線的交變電流產(chǎn)生交變磁通，即會(huì)在這個(gè)回路中感應(yīng)出電勢。由于大容量變壓器每相的電流很大，相應(yīng)的引線周圍的磁通以及感應(yīng)的電勢也比較大。閉合回路，由于路徑較短，而導(dǎo)線截面較大，即電阻較小，流過回路的電流較大。

相對(duì)來講，回路中裸露電纜與銅管靠接的局部接觸電阻是比較大的，當(dāng)很大的回路電流通過時(shí)必將發(fā)熱。由故障實(shí)例可知，銅管熔成凹形坑現(xiàn)象，說明過熱點(diǎn)的溫度已達(dá) l000℃以上。

②引線接頭過熱

引線接頭(將軍帽)過熱也是多發(fā)性故障。例如，東北電網(wǎng)某局的一臺(tái)主變壓器，總烴為455.9μl/l，乙快為4.23μl/l。吊檢發(fā)現(xiàn)66kV A相套管穿纜引線頭過熱，焊錫流出滴到夾件和壓件上;又如，某臺(tái)主變壓器， B相套管頭部發(fā)熱，經(jīng)檢查，將軍帽螺扣配合不良，將螺扣燒壞5～6扣，造成過熱。

③引線斷股

某臺(tái)DFL一60000/220型單相變壓器，1990年5月開始發(fā)現(xiàn)色譜分析結(jié)果異常，熱點(diǎn)溫度可能高于 l000℃，直到1993年5月進(jìn)行大修時(shí)才發(fā)現(xiàn)，該變壓器中性點(diǎn)套管內(nèi)的引線有兩股燒斷、三股燒傷(共35股、截面240mm2，其原因是在1989年5月檢修中，更新該中性點(diǎn)套管時(shí)引線(銅辮子)向上拉比較別勁，使引線外層半迭繞白布帶脫落，裸辮子引線與套管內(nèi)的銅管內(nèi)壁相碰，發(fā)生分流、放電、過熱。

⑷漏磁導(dǎo)致過熱

變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無論主磁通或漏磁通，可分為軸向分量和徑向分量。軸向分量分布較簡單，沿繞組高度變化較小。徑向分量沿繞組高度分布復(fù)雜，由它引起渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器的容量變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化。尤其在端部變化大.其最大值出現(xiàn)在端部附近。由于變壓器的內(nèi)繞組離鐵芯近，漏磁的徑向值高于外繞組。若變壓器繞組為低、中、高排列，則低壓繞組的徑向漏磁高。

在大型變壓器中，由于漏磁密度高，所以產(chǎn)生的雜散損耗很大，有時(shí)可達(dá)數(shù)百千瓦，導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象。例如，某臺(tái)SFPS—120000/220型變壓器出現(xiàn)的過熱現(xiàn)象就是低壓側(cè)j箱壁漏磁嚴(yán)重所致。又如，某 SZL7一6300/35型變壓器，由雜散磁通在鐵芯上、下夾件拉桿上的個(gè)別部位形成磁密高度集中，產(chǎn)生局部過熱，并導(dǎo)致絕緣油色譜分析結(jié)果異常。

⑸冷卻裝置風(fēng)路堵塞

冷卻裝置風(fēng)路堵塞引起的過熱現(xiàn)象也時(shí)有報(bào)導(dǎo)。例如，某臺(tái) OSFPSL—120000/220型變壓器，運(yùn)行11年均正常。1992年8月28日油溫突然上升，由原來的42℃左右增加到90℃左右。與同容量的變壓器比較溫升相差很大，但電氣試驗(yàn)結(jié)果正常。通過對(duì)外觀檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷卻器散熱管的翅片間積滿了灰塵(長期運(yùn)行從未清洗過)，已將間隙堵死，電風(fēng)扇的風(fēng)已無法吹到教熱管上，致使變壓器的溫度不斷升高。經(jīng)沖洗后油溫一直在40℃左右。又如，某臺(tái)DSFPSL一90000/220型變壓器，上層油溫偏高，曾達(dá)80～90℃，檢查發(fā)現(xiàn)散熱器風(fēng)道縫隙被雜物堵塞，影響正常散熱，用高壓水槍沖洗后，油溫降到60℃，恢復(fù)正常。

⑹風(fēng)扇工作不正常

風(fēng)扇工作不正常主要包括，

①風(fēng)扇反轉(zhuǎn)

某局的一臺(tái)主變壓器，由于冷卻系統(tǒng)在檢修時(shí)將電源接反，造成風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，使冷卻效果降低，油溫比帶同樣負(fù)載的另一臺(tái)主變壓器高15℃，查明原因糾正后，溫度恢復(fù)正常(兩臺(tái)主變壓器溫度只差1℃)。

②啟動(dòng)風(fēng)扇設(shè)定值錯(cuò)誤

某臺(tái)SFY7一63000/110型主變壓器(法國專利)，運(yùn)行在某牽引變電所。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其CO/CO2=0.68，屬于異常?？扇夹詺怏w總量也屬“注意值”之列，且其增加趨勢已為異常。顯然，主變壓器存在早期熱性故障。檢查發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)風(fēng)扇的溫度為75℃(在 ASEA圖紙上也是75℃CONTROL)。它不符合鐵道部頒發(fā)的《牽引變電所運(yùn)行檢修規(guī)程》，規(guī)程第36條規(guī)定：風(fēng)冷式變壓器當(dāng)其上層油溫超過55℃時(shí)應(yīng)啟動(dòng)風(fēng)扇。本臺(tái)主變壓器為油浸風(fēng)冷式，由于啟動(dòng)風(fēng)扇的設(shè)定值錯(cuò)誤，導(dǎo)致主變壓器不能風(fēng)冷散熱。因而出現(xiàn)熱性故障。

③風(fēng)扇等失去電源

某發(fā)電廠的一臺(tái)主變壓器為三側(cè)三繞組強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷有載調(diào)壓變壓器，三側(cè)容量比為180000/120000/180000kVA，三側(cè)電壓比為231土8×1.25%/121/13.8kV，B級(jí)絕緣，允許最高溫度為120℃。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)釋壓閥動(dòng)作噴油，主變壓器本體上層油溫超過l00℃。反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)，主變壓器冷卻器電源的 B、C相保險(xiǎn)熔斷，而使其風(fēng)扇和潛油泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。但由于溫度過高，發(fā)信號(hào)回路的保險(xiǎn)熔斷不能正常發(fā)信號(hào)。最后導(dǎo)致主變壓器過熱冒油。