电力变压器的故障深析

【摘 要】电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输的任务，并提供电力服务。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可能完全避免，了解电力变压器损坏事故的原因，可以促进制造厂对产品的改进和完善，同时促使运行单位进一步提高运行管理水平，从而保证电力变压器的使用率.寿命和供电可靠性。

【关键词】电力变压器；故障；分析

1.短路故障

1.1变压器短路故障的主要特征

（1）轴向失稳：在副向漏磁成产的轴向电磁力作用下，导致变压器绕组轴向变形。

（2）辐向失稳：在轴向漏磁生产的辐向电磁力作用下，导致变压器绕组浮想变形。

（3）引线固定失稳：在引线间的电磁作用下，造成的引线振动，导致引线短路。

1.2变压器短路故障原因分析

（1）基于变压器静态理论设计而选用的电磁线，与实际运用时作用在电磁线上的应力差异较大。

（2）目前各厂家的计算程序都是建立在漏磁厂的均匀分布，线匝直径相同，等相位的力等理想化的模型基础上而编制的，而事实上变压器的漏磁场并非均匀分布，铁轭部分相对集中，该区域的电磁线所受的机械力也较大；换位导线的换位处由于爬坡会改变力的传递方向，而产生扭矩；由于垫块弹性模量的因数，轴向垫块不等距分布，会使交变漏磁场所生产的交变力延迟共振，这也是为什么处在铁心轭部，换位处，有调压分接的对应部位的线饼首先变形的根本原因。

（3）抗短路能力计算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。安常温下设计的抗断路能力不能反映实际运行情况，随着电磁线的温度升高，其抗弯，抗拉强度及延伸率均下降。一般变压器运行时均有重合闸过程，因此如果短路点一时无法消失的话，将在非常短的时间（0.8s）紧接着承受第二次短路冲击，但由于受第一次短路电流冲击后绕组温度急剧增高，这时绕组的抗短路能力已大幅下降，这就是为什么变压器重合闸后发生短路事故居多的原因之一。

（4）采用普通换位导线，抗机械强度较差，在承受短路机械力时，易出现变形，散落，露铜现象。采用普通换位导线时，由于电流大，换位爬坡陡该部位会产生较大的扭矩，同时处在绕组两端的线饼，由于幅向和轴向漏磁场的共同作用，也会产生较大的扭矩，致使扭曲变形。

（5）采用软导线，也是造成变压器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期对此认识不足，或绕线装备及工艺上的困难，制造厂均不愿使用半硬导线或设计时根本无这方面的要求，从发生故障的变压器来看均是软导线。

2.放电故障

根据放电能量密度的大小，变压器的放电故障常分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型。

2.1变压器局部放电故障

在电压的作用下，绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现象称为局部放电。

2.2变压器火花放电故障

（1）悬浮电位引起火花放电。高压电力设备中某金属部件，由于结构上原因，或运输过程中造成接触不良而断开，处于高压与低压电极间并其阻抗形成分压，而在这一金属部件上产生的对地电位称为悬浮电位。具有悬浮电位的物体附近的场强较集中，往往会逐渐烧坏周围固体介质或使之炭化，也会使绝缘油在悬浮电位作用下分解出大量特征气体，从而使绝缘有色谱分析超标。

（2）油中杂质引起火花放电。变压器火花放电故障的主要原因是油中杂质的影响。杂质有水分、纤维质（主要是受潮的纤维）等机构。

（3）火花放电的影响。一般来说，火花放电不致很快引起绝缘击穿，主要反映在油色普分析异常、局部放电量增加或轻瓦斯动作，比较容易被发现和处理，但对其发展程度应引起足够的认识和注意。

2.3变压器电弧放电故障

电弧放电是高能量放电，常以绕组匝层间绝缘击穿为多见，其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障。

（1）电弧放电的影响。电弧放电故障由于放电能量密度大，产气急剧，常以电子崩形e冲击电介质，使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，使金属材料变形或融化烧毁，严重时会造成设备烧损，甚至发生爆炸事故，这种事故一般事先难以预测，也无明显预兆，常以突发形式暴露出来。

（2）电弧放电的气体特征。出现电弧放电故障后，气体继电器中的H2和C2H2等组分常高达几千UL/L，变压器油亦炭化而变黑。油中特征气体的主要成分是H2和C2H2，其次C2H6和CH4.当放电故障涉及到固体绝缘时，除了上述气体外，还会产生CO和CO2。

综上所述三种放电的形式既有区别又有一定的联系，区别是指放电能级和产气组分，联系是指局部放电是其他两种放电的前兆，而后者又是前者发展后的一种必然结果。由于变压器内出现的故障，常处于逐步发展的状态，同时大多不是单一类型的故障，往往是一种类型伴随着另一种类型，或几种类型同时出现，因此，更需要认真分析，具体对待。

3.绝缘故障

电力变压器目前应用最广泛的是油浸变压器和干式树脂变压器两种，电力变压器的绝缘是有变压器绝缘材料组成的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料（即油纸或树脂等）的寿命所决定的。

3.1固体纸绝缘故障

固体纸绝缘是油浸变压器绝缘的主要部分之一，包括：绝缘纸、绝缘板、绝缘垫、绝缘卷、绝缘绑扎带等。变压器的寿命主要取决于绝缘材料的寿命。

（1）纸纤维材料的性能。绝缘质纸维材料是油浸变压器中最主要的绝缘组件材料，纸纤维是植物的基本固体组织成分，使纸纤维有含水的特性。怎样也影响了纸纤维的性能。纤维不但易于吸潮，而且当纸纤维吸水时，使纤维结构在不稳定的条件下机械强度急剧变坏。

（2）纸绝缘材料的机械强度。油浸变压器选择纸绝缘材料最重要的因素还包括机械强度的要求，包括耐张强度，冲压强度，撕裂强度和坚韧性。1）耐张强度，要求纸纤维受到拉伸负荷时，具有耐受而不被拉断的最大应力。2）冲压强度，要求纸纤维具有耐受压力而不被折断的能力的量度。3）撕裂强度，要求纸纤维发生撕裂所需的力符合相应标准。4）坚韧性，是指折折叠或纸板弯曲时的强度能满足相应要求。

3.2液体有绝缘故障

变压器绝缘油时各种烃，树脂、酸和其他杂质的混合物，其性质不都是稳定的，在温度、电场及光合作用等影响下会不断的氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢，但混入油中的金属、杂质、气体等会加速氧化的发展，使油质变坏，颜色变深，透明度浑浊，所含水分，酸价、灰分增加等，使油的性质劣化。

变压器油质变坏按轻重程度可分为污染和劣化两个阶段。

污染的油中混入水分和杂质，这些不是油氧化的产物，污染油的绝缘性能会变坏，击穿电场强度降低，介质损失角增大。

劣化的油氧化后的结果，当然这种氧化并不仅指纯净油中烃类的氧化，而是存在于油中杂质将加速氧化过程，特别是铜、铁、铝金属粉屑等。

变压器油氧化时，作为催化剂的水分及加速计的热量，使变压器中的油生成油泥，其影响主要表现在：在电场的作用下沉淀物粒子大；杂志沉淀集中在电场最强的区域，对变压器的绝缘形成导电的“桥”；沉淀物并不均匀而是形成分离的细长条，同时可能按电力线方向排列，这样无妨碍了散热，加速了绝缘材料老化，并导致绝（下转第158页）（上接第142页）缘电阻降低和绝缘水平下降。

3.3干式树脂变压器的绝缘与特性

干式变压器（这里指环氧树脂绝缘的变压器）主要使用在具有较高防火要求的场所。如高层建筑、机场、油库等。

（1）树脂绝缘的类型。换氧树脂绝缘的变压器根据制造工艺特点可分为环氧石英砂混合料真空浇注型、环氧无碱玻璃纤维补强真空压差浇注型和无碱玻璃纤维维绕包浸渍型三种。

（2）树脂变压器的绝缘特点。树脂变压器的平均温升水平比油浸变压器高；树脂变压器局部放电量的大小影响树脂变压器的性能、质量及使用寿命。 [科]