一起主变压器中温过热故障原因分析及处理

钟润深等

【摘要】变压器是变电站的核心设备，是关系到供电可靠性和变电站能否安全运行的决定因素。本文介绍了一起变压器中温过热故障的原因现象、分析、排查和现场处理方案选择、确定以及电流冲击设备参数选择计算等。

【关键词】主变压器；中温过热；故障；铁芯；电容冲击

1.设备概况及故障现象

某变电站1号主变压器额定容量16000kVA，是一台投运近20年的油浸风冷三圈式变压器，由原湖北变压器厂1988年制造，1991年安装投运。变压器高压侧电压110kV，中压侧电压35kV，低压侧电压10KV。该变压器是当地居民和厂矿生产、生活供电的唯一电源。

该变压器在二〇一〇年定期预防性试验中发现，变压器油中总烃、氢气含量分别为1268.11PPm、168.39PP，超过注意值。对检验出气体含量采用国标《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中特征气体三比值法分析，发现变压器内部存在300～700℃中温过热点。

2.引起中温过热原因分析

由于是首次遇到变压器出现中温过热的情况，对其危害程度及故障原因难以判明，结合相关资料和经咨询生产厂家，分析大型电力变压器在运行过程中，该过热产生的因素主要有以下几点：

导线过电流；铁芯局部短路；铁芯多点接地形成环流；分接开关接触不良；接线焊接不良，电磁屏蔽不良，使漏磁集中；油道堵塞，影响散热等。

对以上可能引发过热故障的因素结合运行记录和历年试验数据可排除导线过电流、分接开关接触不良、接线焊接不良三项因素，其他因素由于受试验条件限制或不是预防性试验项目，暂时无法排除。

进一步分析发现该故障是一种软故障，点多面广，查找困难，资料介绍即使通过专门检修也不一定能找到故障点，消除故障源，在现场只能通过吊罩检查查找故障点，加以消除，若查不出故障原因或即使能发现故障点但无法消除时，变压器就需要返厂大修。

3.过热对变压器的影响

变压器在运行中是有损耗的，损耗主要包括铁芯的磁滞和涡流损耗、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、对流方式传递到周围环境中，另一方面使变压器温度升高。经过一定时间（小型变压器约为10H，大型变压器约为24H），变压器达到稳定的温升。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，就视为故障表现。温升过高是造成变压器寿命降低的主要原因，也是变压器故障的主要表现。

对变压器危害最大的是绝缘材料老化、绝缘性能的破坏及绝缘油老化，而老化速度的快慢与温度息息相关。变压器油老化的基本因素是氧化和温度，高温加速油的老化，同时也加油速氧化作用，氧化使油色变深、浑浊、酸度增加，绝缘性能变坏，出现破坏绝缘和腐蚀金属的低分子酸和沉淀物，影响变压器的使用寿命。

变压器的寿命取决于绝缘材料的温度，根据“6℃法则”每降低6℃则寿命延长一倍。因此加强冷却、降低温升就可以节能和延长变压器的使用寿命。

综合以上原因经分析，该过热点已严重影响到变压器的安全运行和使用寿命，为避免故障机一步发展，造成更大的经济损失，必须尽快消除该故障。

4.处理地点的确定

现场处理 变压器的一般大修都是在现场完成的，该变压器二○○五年十一月份在原位完成第一次标准检修，在故障原因不明的情况下，进行现场检查、初步处理条件是满足的，但存在不确定性，不一定能查找到或消除故障。

返厂大修 返厂大修最是简便的方法，在制造厂家可以采用多种方法进行检查，可利用的工具和环境条件是现场无法比拟的，一定能查找到并消除故障。

由于设备安装处远离有能力处理该故障的变压器生产厂家，山路崎岖，运输一台器身重24.9吨的变压器有一定的困难，运输费用较高，该运输只有在不得已的情况下采用。

通过比较，首先采用在现场查找处理故障，当故障在现场无法处理或查找不到时再采用转运至厂家处理的方案。

5.故障原因的确定

经过准备后于二○一○年十月十日，对该1号主变压器进行吊芯检修，检查器身未发现明显故障点，用2500V摇表摇测铁芯对夹件绝缘为0MΩ，打开铁芯分瓣连片测得靠近高压侧铁芯绝缘电阻值约为0MΩ，另一半铁芯绝缘为2500MΩ，故判定铁芯出现非金属性多点接地故障。

电力变压器在正常运行时，绕组周围存在电场，而铁芯和夹件等金属构件处于电场中，若铁芯未可靠接地，则会产生放电现象，损坏绝缘。因此，铁芯必须有一点可靠接地，如果铁芯由于某种原因出现另一个接地点，形成闭合回路，则正常接地的引线上就会有环流。其一方面造成铁芯局部短路过热，甚至局部烧损；另一方面，由于铁芯的正常接地线产生环流，造成变压器局部过热，也可能产生放电性故障，使变压器油分解出现油中总烃、氢气含量超过注意值，可以确定铁芯出现另一个接地使引起该变压器中温过热原因。

6.铁芯多点接地原因分析

引起铁芯多点接地主要包括以下几方面。

（1） 变压器在制造或大修过程中，如果铁刷丝、起重用的钢丝绳的断股及微小金属丝等被遗留在变压器油箱内，当变压器运行时，这些悬浮物在电磁场的作用下形成导电小桥，使铁芯与油箱短接，这种情况常常发生在油箱底部。

（2） 潜油泵轴承磨损产生的金属粉末进入主变油箱中导致铁芯与油箱短接。

（3） 变压器油箱和散热器等在制造过程中，由于焊渣清理不彻底，当变压器运行时，在油流作用下杂质往往被堆积在一起，使铁芯与油箱短接，这种情况在强油循环冷却变压器中容易发生。

（4） 铁芯上落有金属杂物，将铁芯内的绝缘油道间或铁芯与夹件间短接。

（5） 变压器进水使铁芯底部绝缘垫块受潮，引起铁芯对地绝缘下降。

（6） 铁芯下夹件垫脚与铁轭间的绝缘板磨损脱落造成夹件与硅钢片相碰。

（7） 夹件本身过长或铁芯定位装置松动，在器身受冲击发生位移后，夹件与油箱壁相碰。

（8） 下夹件支板距铁芯柱或铁轭的距离偏小，在器身受冲击发生位移后相碰。

（9） 上、下铁轭表面硅钢片因波浪突起，与钢座套或夹件相碰。

（10） 穿心螺杆或金属绑扎带绝缘损坏，与铁芯或夹件等相碰。

7.现场处理方法及参数选择

变压器铁芯多点接地，是变压器较常见故障之一，造成铁芯多点接地，经过用榔头敲击振动夹件和对箱体内铁芯进行了两次油泥冲洗后，接地现象仍未消失，分析认定是由于悬浮铁锈在电磁力的作用下，沉积在线圈内部夹件与铁芯的绝缘表面上形成稳定的非金属性接地故障。

现场无法找到确切接地点，特别是由于铁锈焊渣悬浮、油泥沉积造成的多点接地，更是难于查找。此类故障可采用放电冲击法进行消除。

现场可利用的电流冲击法有以下两种：

（1） 电焊机进行大电流冲击法 是采用电焊机的大电流通过接地点时产生的热量使故障点熔断，是故障消除的方法。该方法电焊时间不好掌握，电流难以控制，电流过大易造成铁芯绝缘受损，形成永久接地故障。

（2） 电容冲击法 是采用电源对电容器充电，再由电容器对变压器铁芯放电的方法。

根据资料介绍，电容放电冲击法是一种安全可靠、操作简便，且利于快速就地取材容宜推广使用的方法。冲击时应注意，需要控制冲击电流，同时由于铁芯对地绝缘垫片很薄，故冲击电压不能高于2.5KV。

8.处理过程

根据冲击电压不能高于2.5KV，放电回路电阻按铁芯对地绝缘电阻阻值0MΩ，结合上述公式可以确定需要采用的电器，结合现场实际只有一台6.3kV 2.6μF电容器，经过缜密研究和分析决定，利用 25000V摇表对电容充电20秒（冲击电压不应超过2500V）。为防止该电压对人体造成伤害，充、放电时采用绝缘杆倒换电线的措施，电容器一端可预先与变压器、摇表地端连接，将充好电的电容另一端与铁芯引出线相连，听到一声清脆的放电声即完成放电冲击。接着测量铁芯绝缘电阻，发现绝缘电阻升至2500MΩ。多点接地故障已消除。

电容器瞬间放电产生的巨大电流将熔化或烧断残留杂物，或者电容器瞬间巨大冲击电流产生的电动力使残留杂物移开原来位置。但是，这种方法如何具体实施，如电容器容量如何选择、冲击电压多高、对变压器有何危害等，还存在一定的危险性。

9.防止运行中变压器出现该故障及处理注意事项

（1） 运行中的变压器最好能在铁芯接地线上装设电流表，便于及时发现故障。特别是在放电冲击法消除接地现象后，更要加强监视，防止再次形成故障。

（2） 当出现铁芯多点接地故障时，要在综合测定和全面分析检查后，视具体情况选择处理方案，切不可盲目进行放电冲击或电焊消除，以免造成绝缘损坏，故障扩大。

（3） 每次吊芯大修时，一定要清洁油箱底部的油泥铁锈等杂物，并用油进行一次全面冲洗。

（4） 加强潜油泵及冷却器的检修，防止由于轴承磨损或金属剥落，造成变压器铁芯多点接地故障。

（5） 在铁芯底部由金属异物引起的具有动态性质的接地故障，且变压器吊心检查有一定困难时，不妨利用本文介绍的处理办法试一下，也许能收到较好的效果。

（6） 从变压器运行中铁芯接地故障来看，大多为箱底不清洁所致，作为检修部门应严把投运前的吊心检查关。在变压器大修时，要注意检修工艺和主变内部的清理工作，特别对铁芯槽和各间隙处要用油或氮气来冲吹清理。

10.结论

通过上述主变过热现象的分析到铁芯多点接地分析处理过程，表明现场所使用的电容冲击方法，消除因残留杂物、油泥等不稳定接地故障引起的铁芯接地故障效果明显，节省时间，节省人力物力，是一种简单实用方法。