电力变压器过热故障及预防措施

张会娟

（新密市电业局，郑州 452370）

电力变压器是电力系统中非常重要的设备，它的安全运行与否直接关系着电网系统运行是否安全稳定。变压器过热故障是常见的多发性故障，他对变压器的安全运行和使用寿命有着严重的威胁。

1 变压器常见的过热故障

1.1 变压器过热故障的分类

变压器运行时有空载损耗和负载损耗产生，这些损耗来自变压器绕组、铁心及结构件本身的温度。这些损耗转化为热量后，提高了绕组、铁心及周围介质等温度。发热体周围介质温度的升高，再通过油箱和冷却装置对环境空气散热。当各部分的温差大到能使产生的热和散出的热平衡时，即达到了平衡状态，各部位的温度不再变化；反之，变压器中任何一个部位其发热量与散热量不能平衡时，就产生了过热。

过热故障按发生的部位可以分为内部过热故障和外部过热故障。内部过热故障包括绕组、铁心、油箱、夹件、有载分接开关及引线等部件过热；外部过热故障包括套管、冷却装置、有载分接开关的驱动控制装置及其他外部组件过热故障。根据变压器过热故障性质可分为以发热异常为主的发热型过热故障和以散热为主的散热异常型过热故障，而发热异常型过热故障可分为电流（主要指环流和涡流）异常型过热故障和电阻异常型过热故障。

1.2 变压器过热故障

1）铁心过热故障

变压器铁心过热故障是变压器常见的一种故障，通常是由于设计、制造工艺等质量问题以及其他外界因素引起的铁心多点接地或短路产生。

2）绕组过热故障

变压器绕组损耗通常包括直流电组损耗、绕组附加损耗以及金属构件中的杂散损耗。这些损耗不能满足相关标准规定时会引起变压器绕组过热。

3）引线分流故障

由于引线安装工艺问题，使高压套管的出线电缆与套管内的铜管相碰，或接触部位受力摩察等引起引线过热故障。

4）分接开关过热故障

分接开关动、静触头接触不完全造成锄头表面腐蚀、氧化，使触头之间接触电阻过大造成过热事故。

2 变压器过热故障原因分析

2.1 铁心过热原因

铁心多点接地造成铁心过热。变压器正常运行时，各绕组、引线与油箱间将产生不均匀电场，铁心和夹件等金属结构件就处于该电场中，由于他们所处的位置不同，因此所有的悬浮电位也不同，当两点间的悬浮电位达到能够击穿期间的绝缘时便产生火花放电。这种放电可以使变压器油分解，长此以往，会逐渐损坏变压器绝缘，导致事故发生。为了避免这种情况的发生，国家标准规定，电力变压器铁心、夹件等金属构件应通过又像可靠接地。当铁心一点接地就可保证整个贴心处于零电位。而当铁心两点或两点一上接地时则在接地点就会形成闭合回路，并与铁心的交变磁通相交链而产生感应电压，该电压在铁心及其它处于零电位的金属结构件形成的回路中产生数十安的电流或环流，由此引起局部过热，导致油分解，还可能使节底片熔断或烧坏铁心，产生放电。

造成铁心多点接地的主要原因有：①铁心夹件绝缘、垫脚绝缘等受潮或损坏或箱底沉积污泥及水分，使绝缘电阻下降，引起铁心多点接地；②铁心垫片边缘有尖角毛刺、翘曲或不整齐和相邻的夹件、垫脚安装疏忽，使铁心与相邻金属构件之间短接，形成环流引起局部过热；③变压器运输中，由于碰撞、振动使部分铁心叠片窜出或移位，导致与邻近结构件祥鹏和多点接地；④铁心部分硅钢片碰伤、翘曲或加工毛刺大，使铁心叠片局部短路，产生涡流导致铁心局部过热；⑤由于铁心结构和加工质量问题，使铁心接缝气隙大，在铁心结合部位产生磁通或谐波刺痛而引起局部磁通畸变和铁心局部过饱和，而造成局部损耗增大铁心过热。

2.2 绕组过热的原因

1）为了降低变压器损耗，各制造厂采用了带有统包绝缘的换位导线绕制变压器绕组，由于换位导线生产技术不成熟，导致换位导线运行十年左右出现统包绝缘膨胀，段间油道堵塞、油流不畅，匝绝缘得不到充分冷却，使之严重老化，以致发糊、变脆，在长期电磁震动下，绝缘脱落，局部漏铜，形成匝间（段间）短路，导致变压器烧损事故。

2）变压器漏磁导致过热。变压器绕组中的磁通包括主磁通和漏磁通，无论是主磁通还是漏磁通，都可以分为轴向分量和径向分量，轴向分量分布较简单，沿绕组高度变化较小，径向分量绕组高度分布复杂，由它引起的涡流损耗分布很不均匀，且随变压器容量的变化而变化，不仅随绕组的轴向高度变化，也随绕组的径向尺寸变化。尤其在端部变化大，其最大值出现在端部附近，变压器的内绕组离铁心近，漏磁的径向值高于外绕组。在大型变压器中，由于漏磁密度高，所以产生的杂散损耗很大，有时可达数百千瓦，导致过热。

3）绕组换位不合适，使漏磁场在绕组各种并联导体感应电势不同，各并联导体存在电位差，产生环流，环流和工作电流在一部分导体中相加，在另一部分导体中相减，被叠加的导体电流过大，引起铁心过热。

4）绕组匝间有小毛刺、漏铜点等材料本身的质量不良问题，虽不构成匝间短路，但会形成缓慢发热，以致油温升高，最终产生过热。

2.3 分接开关过热的原因

在有载调压变压器中，特别是调压频繁、负荷电流较大的变压器，在频繁调解过程中出现锄头之间的磨损、腐蚀，造成触头之间的接触压力下降，接触压力减小，使接触电阻增大，导致触头发热量增加，发热又进一步加速触头氧化腐蚀甚至机械变形，形成恶性循环，若不及时处理，则会造成变压器烧毁事故。

3 过热故障的判断

3.1 外观检查

根据变压器正常运行与异常时的声音、气味、外壳发热情况以及变压器外部保护装置等信号来检查。即检查变压器外观各组部件所处的工作状态（如温度指示值的大小、储油柜油位是否正常、气体继电器内是否有气体、油箱有无渗漏油及主导流接触部位有无松动、变色等），并结合已取得的数据资料或历史数据、出厂数据等进行初步分析判断。

3.2 内部故障判断

根据变压器内部故障现象和外部检查情况，可对外部组件本身或引线接头不良等的外部缺陷进行直接处理。对内部鼓掌通过对变压器油色谱分析、电气性能试验、绝缘特性试验等内容综合分析判断。

1）油中溶解气体分析法

绝缘油是有许多不同分子量的碳氢化合物组成的混合分子，当有电和热故障时可以使某些C—H键和C-C键断裂，伴随生成少量的活泼的氢原子核不稳定的碳氢化合物的自由基，这些氢原子和自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合形成烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物（X-腊）。故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集游离气体。

乙烯是在高于甲烷和乙烷的温度（大约为500℃）产生的，（在较低温度时也有少量产生）。乙炔一般在800℃～200℃温度下生成，而且温度较低时，反应迅速的被抑制，作为重新化合的稳定产物而积累。因此，大量以确实在电弧的弧道中产生。在较低温度时也会有少量的乙炔生成。油氧化时会生成少量的 CO和CO2，并且会长期集聚，可以作为故障特征气体。

固体绝缘材料分解时生成大量的CO和CO2及少量烃类化合物，同时油被氧化。CO和CO2的形成不仅随温度而且随油中氧的含量和纸的湿度增加而增加。分解出的气体形成气泡，不断溶解于油中。这些故障气体的组成与含量与故障的类型及其严重程度有密切的关系。不同故障类型产生的气体见表1所示。

表1 不同故障类型产生的气体

根据国家标准DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》除了根据上述特征气体法来推断变压器故障类型，还可以通过三比值法（详见标准）：三比值编码原则和三比值故障类型判断方法进一步分析确定变压器故障类型及部位。

应当注意的是当用三比值法诊断时，有时会出现“编码缺损”的情况，即根据编码原则和分类方法得到的编码超出了已知编码列表，特别是多种故障并存时很难判定故障性质，需进一步借助判断故障类型的其他方法。例如：四比值法和模糊数学等方法。

2）电气试验

（1）测量绕组直流电组。通过测量绕组直流电组可以方便有效的检查绕组纵绝缘和导电回路连接状况，通过试验发现变压器绕组匝间短路、绕组断股、分接开关和导线接头接触不良等故障，同时还能判断直流电组是否平衡、调压分接开关档位是否有效。对于此项试验数据，《电力设备预防性试验规程》中规定：三相绕组不平衡系数应不大于1%或不大于2%（不同容量和绕组连接组别）。若将绕组直流电组织与往年试验结果相比较，相互间差别应不大于2%，并且三相电阻实测值排序不应改变，由此可以判断导电回路是否存在故障和缺陷。

（2）测量短路阻抗和负载损耗，通过所测数据与出厂试验值相比较，可判断变压器绕组是否变形或错位，结构件是否存在涡流或环流集中引起的过热缺陷。通常阻抗电压值不应超过出厂试验值的-2%～+2%。

3.3 变压器器身检查

利用上述方法诊断变压器内部故障和部位，为验证判断结果和正确处理故障，须进行变压器内部故障检查。对大型变压器，由于受现场设备限制不能吊心时，可以抽出一定数量的油从人控入内检查；对小型变压器，侧可以通过吊心认真检查。检查是为了避免变压器器身受潮，应尽量缩短器身暴露在空气中的时间。内部检查主要项目有：

1）绕组检查

（1）检查相间隔板和围屏（宜解开一相）有无破损、变色、变形、放电痕迹，如发现异常应打开其他两相围屏进行检查。

（2）检查绕组表面是否清洁，匝绝缘有无破损。

（3）检查绕组各部垫块有无位移和松动。

（4）检查绕组绝缘有无破损、油道有无被绝缘、油垢或杂物（如硅胶粉末）堵塞现象。

（5）检查绕组绝缘绕组绝缘状况。

2）铁心检查

（1）检查铁心外表是否平整，有无片间短路或变色、放电烧伤痕迹，绝缘漆膜有无脱落。

（2）检查铁心上下夹件、方铁、绕组压板的紧固程度和绝缘状况，绝缘压板有无爬电烧伤和放电痕迹。

（3）检查压钉、绝缘垫圈的接触情况。

（4）用专用扳手紧固上下铁心的穿心螺栓，检查与测量绝缘情况。

（5）检查铁心电场屏蔽绝缘及接地情况。

（6）检查叠片有无窜动、上下变形。

3）其他检查

（1）检查调压开关触头有无过热、放电痕迹。

（2）引线接触部位有无发热痕迹，引线有无断线、烧熔。

（3）有无金属焊渣、粉末等异物。

4 处理对策

根据引起过热的原因不同而采取不同的处理办法。

1）由于绕组结构原因引起的低压绕组过热，宜将变压器的低压绕组改为双螺旋结构。

2）正确连接引线和分接开关，上紧螺帽防止松动、发热。

3）对冷却器管道堵塞引起的过热，应定期用压缩空气或水清洗冷却器管。

4）为避免引线和套管铜管靠接后出现过热可采取以下两种措施。

（1）不改变目前引线绝缘包扎方式，在每台产品试装时，准确裁截引线电缆长度，做到引线长度与套管的准确配装。

（2）改变电缆阴险的绝缘包扎方式。在总装时，保持引线电缆绝缘的完整，不允许有绝缘松脱露铜现象。这样引线装配后，即使引线和铜管靠接，回路将由绝缘隔开而难于闭合，组织电流流通和过热。

5）为防止漏磁而引起的过热，可在变压器油箱内壁及绕组钢脱板上加装磁屏蔽。这样可以让漏磁通尽可能的通过导磁性能较好的磁屏蔽装置，而不穿入油箱内部的钢板，从而避免了在油箱壁中产生大的损耗，引起油箱局部过热。

6）加强管理，避免由于管理不善等原因而引起的过热事故。对强油循环的冷却系统必须有两个可靠的电源，并有自动切换装置，定期进行切换试验，信号装置齐全、可靠。

5 结论

变压器从开发、设计、制造、运输到安装、运行、维护等经过若干环节，其中任何一个环节出现问题，都将影响变压器的健康运行。而变压器过热故障又是变压器的常见多发性故障之一，对变压器的安全运行带来严重威胁。因此制造部门和运行部门应采取措施加强管理预防变压器的过热事故发生。