浅析油浸式变压器内部绝缘故障

王 宁 朱可晴

(特变电工沈阳变压器集团有限公司 辽宁 沈阳 110144)

一、前言

随着电力行业的飞速发展，电力变压器的市场竞争越来越激烈，如何在保证变压器可靠性的前提下降低成本，成为保证经济效益的前提。因此，分析变压器内部绝缘故障发生的原因具有非常重要的意义。

二、绝缘中的故障

(一)制造工艺方面

变压器相间绝缘距离没有足够的裕度时可能产生相间短路。此种短路故障可能由于相间加入相间隔板而改变了变压器内部的电场分布，从而引起油隙及隔板的场强过高。绝缘筒、绝缘成型件等绝缘件在制造过程中，有时因其表面存有污秽导致沿面放电，从而使绝缘材料失效。绝缘件吸附气体常可导致气体电离，介质产生过热，甚至引起绝缘击穿。绝缘结构中有“尖角油隙”时，该部位的电场强度较高，可能会产生局部放电。如果木质的引线支架及导线夹未经充分干燥及油浸，则水分的存在将产生桥路而导致分接引线的击穿。

(二)运行方面

由于呼吸作用使水分和潮气进入变压器油中，油的耐电强度就会大大降低，从而可引起线圈对油箱或对铁心构件的击穿。变压器长时间过载可引起变压器油的老化，油温过高会加速油泥、水分及酸的生成。变压器油中悬浮着导电粒子，它们在具有电位差的裸导体之间形成小桥进而引起暂时的击穿，如油中终端引线之间、终端引线对油箱或铁心结构之间的闪络等。随着变压器运行时间的增长，油箱内的油面可能下降。若不能保证油面处于规定位置，则变压器可能因冷却油的循环受到限制而产生过热。当油面降至上导油管管口之下时，就更容易发生这种情况。应该指出，变压器绝缘中的局部放电多发生在高压引线处，几乎不发生在匝间或饼间。在变压器绝缘结构上、工艺上采取措施，降低局部放电量，对于改善绝缘寿命具有重要有意义。

三、线圈中的故障

(一)制造工艺方面

线圈在绕制、加工干燥、套装等工艺过程中，若换位、出头、焊头等处理不当，均可造成线圈短路故障。在变压器干燥处理过程中，处理时间不足，或者线圈干燥处理后放置时间较长，吸收了周围的潮气，即当变压器线圈的绝缘电阻比设计值低时，施加正常电压或试验电压后，匝间绝缘可能被击穿。也就是说，线圈绝缘中渗入水分，那么迟早要发生匝间短路，因此而产生的击穿将重复发生并更加危险。对于独立线圈，尤其是高压连续式线圈，其幅向尺寸与轴向尺寸的比值较大，在线圈的内径侧可能会产生过热点，使导线绝缘脆化，引起匝间短路。若幅向油道尺寸很小，则这种危险性就更大了。对于纠结式线圈，由于匝间、段间电位差较大，纠结线需要焊接，焊点较多，这些均可能造成绝缘弱点和过热。在线圈绕制过程中，进行导线换位，从而使每根导线在漏磁场中处于相同的位置，否则每根并联导线承担的负载不均，会引起某些导线产生过热，加速绝缘老化，造成变压器线圈匝间短路。如果变压器线圈接头焊接质量不佳，则变压器在负载时可能使线圈产生过热，导致变压器油的局部炭化。接头处产生的热量可传导到线圈的一段导线上，并可使导线的绝缘局部炭化，最终导致匝间短路。这样的接头迟早要断开而造成线圈断路。

(二)运行方面

目前线圈一般采用同心式，若它们的安匝不平衡，则除了产生幅向力外，还产生作用于线圈的轴向力。特别是对于低阻抗的变压器，该轴向力常引起端部线段变形。当受到严重的外部短路，特别是发生三相短路时，在短路电流瞬时峰值作用下，线圈即使不会立即发生绝缘击穿，也可能因永久变形而造成严重的故障隐患。线圈遭受短路电流冲击次数越多，承受短路电流峰值的概率就越多，越有可能导致线圈变形，出现恶性循环，导致线圈位移及其压紧装置的损坏。当然线圈某一线段的一匝或多匝导线可能发生错位，由此可能造成匝间短路。线匝产生错位后并不一定就发生击穿现象。但变压器在负载运行期间，由于电磁力的作用而产生振动，因此，当变压器反复遭受严重的电磁力冲击时，相邻错位线匝的绝缘由于摩擦可能导致击穿现象。在不同程度上遭受迅速的负载波动时，线圈导线的膨胀和收缩将使匝间绝缘上所承受的机械力交替的增大或减小。大多数绝缘的机械强度均随着机械压力的增加而降低，所以变压器遭受电或磁的冲击时，其线圈极易发生损伤。匝间短路、线圈对地短路可能由以下几个原因引起：

①当雷电波侵入变压器时，线圈端部线段的电位差增大。由于变压器与线路之间的过度点处冲击阻抗有变化，因此产生电压和电流的反射，结果在变压器线圈中引起高电压，使靠近线路端的若干线段受害最重。由于在线圈的其它部分可能继续产生高电压，所以亦可能发生击穿。

②由冲击波引起的过电压可能在以下各点增强：线圈中冲击阻抗产生变化的任意点，例如加强导线的末端；串联线圈的联线及中性点。为了尽可能的避免匝间短路，对以上绝缘应加强绝缘。

③当把变压器的二次线圈开路，一次线圈断开，变压器的励磁电流，随着铁心中磁通趋于迅速消失。但有时确实衰减很快，其衰减速率与周期变化率相比要大得多，结果有时在变压器中产生高压升高。严重的过载可在变压器中引起高温，造成线圈绝缘变脆，同时可能产生导线绝缘脱落因而导致匝间短路。变压器油中产生的油泥将沉积在箱底、线圈及铁心构件上。沉积物对变压器线圈及铁心产生覆盖作用，影响散热，而且使过热越来越严重。

四、结束语

由以上分析可知，变压器发生的故障与运行维护有关，而大部分与制造有关，因此，我们有必要在变压器设计制造时对内部绝缘的薄弱部分采取适当的措施，从而延长变压器的使用寿命。