煤矿电厂变压器的故障分析与处理方法

华阳集团供电运维管理中心 王建飞

电力是我国经济社会发展的重要基础，电力系统的可靠性取决于其组件（如电力变压器）的性能和可用性。电力变压器是电力系统中最基础的公用设施。电力系统公用事业的性能和稳定性直接依赖于电力变压器[1]。因此，变压器的健康与否对电力系统的稳定可靠至关重要。对于煤矿电厂，任何故障都可能导致高资本损失，并导致供电中断[2]。但变压器设备长期受到各类外界因素的影响，在运行过程中工作状况会随运行时间的延长而下降。为了对电力的可靠性和安全性形成充分的保障，必然需要对常见的故障进行详尽分析并对检修策略进行对应地优化。

1 变压器的介绍

1.1 分类及原理

煤矿电厂中变压器种类较多，根据所用设备的相数，可分为单相变压器和三相变压器；按其冷却方式可分为干式变压器和油浸式变压器；按用途可分为工频、变频、电源、调节及互感器等。一般而言，变压器主要是利用电磁感应原理来运行的。

1.2 主要构成

由于其工作原理是基于电磁感应的原理，所以其内部磁路以铁芯为主。生产磁芯的主要原料是热轧或冷轧的硅钢片。硅钢片含硅量高，且表面涂有一定量的绝热涂料，从而最大限度地降低磁滞和涡流损耗，提高铁芯的磁导率和电磁性能。在铁芯圆柱上，线圈可以像套管一样卷绕，而轭铁主要起到闭合磁路的作用。而变压器的变压电平取决于线圈的匝数，而铜线经常用作线圈的材料，为了保证较好的绝缘，一般将铜导线包上油纸包上，如有需要，还应配合其他绝缘材料。

变压器油箱也是一种主要的部件，通常由钢板构成油箱，用于储放绝缘油。具有良好的密封性和机械强度，以确保变压器的正常运行。一般情况下，外壳型变压器的绕组采用一种绝缘材料。而火力发电厂所采用的油浸式变压器，其部分关键元件全部浸没在油中，并配有一个贮油槽，其主要功能是供油。该设备主要是为了保证变压器在正常工作时不出现过热现象。对于不同种类、不同容量的变压器，散热风扇的散热模式及数目也各不相同。除了上述主要部件，变压器内部还包括安全气道、调压装置、温度计等其他组成部分。

2 发电厂变压器的常见故障

根据国际大型电力系统理事会工作组（CIGRE）开发的问卷调查，以标准化的方式收集电力变压器的公用事业故障统计数据。图1分别显示了电压为100kV 及以上的变电站变压器的故障位置分析。根据案例分析与数据统计可知，电厂变压器的常见故障包括以下几种。

图1 变电站变压器故障位置（＞100kV）（基于536次主要故障）

一是绝缘老化：由于长期使用或者采煤环境恶劣等工作条件导致绝缘材料老化，会出现绝缘强度下降、泄漏电流增加等问题。对变压器老化状况的评估，老化直接取决于工作温度和时间，寿命的限制因素是纸张绝缘性能的退化，这与老化过程中产生的水分密切相关。因此，通过了解固体绝缘材料中的水分含量，可以了解老化状况并决定进一步的行动。

二是冷却系统故障：冷却系统失效会导致煤矿电厂变压器过热，例如冷却水泵故障、冷却塔堵塞等情况。导致冷却装置发生故障的因素可能是以下几方面：接触不良。内部故障的主要成因在于电机内部绕组线路，例如绕组直流电阻、绝缘物质变薄或固化造成绝缘能力降低或短路、电机轴承缺油或卡涩抱死造成机器无法运行；外部故障主要源自运转周期。冷却系统中的电源及控制回路发生故障。例如，交流接触器、转换开关、空气开关等装置需要经常工作，在长时间的操作过程中容易出现安全问题；供电电源失电、风机就地控制箱受外部恶劣天气损毁等[3]。

三是绕组故障：绕组可能出现短路、开路等故障，通常是由于绝缘击穿、导体断裂、接触不良等原因引起。绕组相关故障是煤矿电厂变压器应用中的最大障碍。与绕组和引线出口相关的高故障百分比表明需要进行状态评估，特别是对于这些组件。局部内部故障可能导致煤矿电厂的灾难性故障。为了降低这种风险，电力变压器必须通过一系列工厂测试，包括验收和调试前的局部放电活动测试。

四是油污及油漏：在供电过程中，变压器时常会出现渗油漏油情况。虽然在短时间内不会影响设备的正常工作，但是如果不能妥善处理，对其置之不理，就会导致变压器工作过程中的安全系数降低。变压器油污染或泄漏将严重影响绝缘性能和散热效果，甚至引发火灾。一般状态下，造成漏油现象的成因相对复杂，胶垫使用时间较长导致开裂，密封层断裂、排油阀门关闭不当都容易出现漏油。因为变压器具有密封垫较多的特点，所以大多数的变压器在长期的使用过程中容易发生渗油情况。发生渗油后，容易导致变压器无法稳定工作，危急状态下还会发生电力中断的情况出现，更严重的可能会对环境产生一定程度的污染。

五是触碰事故：人为的接触变压器绝缘部分，例如电弧烧伤、电击等。主要还会造成变压器配套的附件连接问题，如出线套管与变压器内引线接触压力不足，或套管将军帽内部出线金具接触不良时，进而容易出现高热情况，进而造成更大的事故。

六是过载和短路：变压器在超负荷或短路条件下工作时可能出现故障，例如绕组发热过高、内部短路等。尤其是连接变压器和电网中各个输电系统的承载电流的接头，该部位的衔接情况会对整个供电系统产生直接影响。

七是外部损坏：变压器遭受外力冲击、振动、灰尘或潮湿等环境因素也容易导致故障。变压装置的接点表面有杂质会灰尘附着，或是因为工作年限太久间接造成接头表面的导电接触面氧化、接触电阻增大，也会造成变压器的接头发热。

以上是煤矿电厂变压器的一些常见故障，定期进行维护检查和保养对于提高变压器的可靠性和使用寿命较为重要。

3 发电厂变压器的常见故障处理措施

煤矿电厂电力变压器的寿命性能在一定程度上取决于其材料所承受的温度。由于瞬态负载条件、不断变化的环境条件、可调节的冷却系统及其设计和工作原理，变压器代表了一个相当复杂的热系统。而电厂变压器的故障处理方法取决于具体的故障类型和程度，以下是一些常见的故障处理方法。

一是绝缘老化：如果发现绝缘老化问题，可以考虑进行绝缘材料更换或修复工作。如果绝缘性能仍然可接受，可以采取监测措施进行定期检测，并在必要时加强绝缘保护。离线监测方法需要断开变压器与电网的连接，主要用于定期检查或变压器已经出现故障可疑时。与此相比，在操作过程中使用在线监测方法，并提供在实际操作条件（例如，电场、负载和温度）下记录条件的可能性。在线测量技术允许通过自动评估这些数据，来预测趋势和早期检测故障。

二是冷却系统故障：针对冷却系统故障，可以先检查电源、设备是否正常工作，如有故障需要及时维修或更换。同时，可以考虑增加备用冷却风扇或改善冷却条件，以降低变压器的工作温度。在发生故障的时候，一定要及时分析故障原因，然后针对故障的具体原因，采取相应的维修措施，防止多组风扇长期故障停运[4]。

三是绕组故障：对于绕组短路、开路等故障，需要通过精确的故障定位找出具体故障点，并进行修复或更换损坏部分。在修复过程中需要注意保证绝缘的完整性，并进行必要的测试和调试。如果在检测时出现变压器绕组故障等问题，工作人员需要及时关闭总开关，检查变压器内部不同组件和线路的缠绕情况和接地现状，重点排查风险问题出现的原因，并在第一时间进行维修，从根本上降低在供电时，变压器绕组发生故障的可能。

四是油污及油漏：对于煤矿电厂变压器油污染或泄漏问题，工作人员应采取紧急措施对其进行维修和处理，尽快清除油污、修补漏油的部位，并对变压器进行绝缘油的筛选、更换或处理。同时，需要检查变压器的油位和油质，确保其在正常范围内。定期检测变压器油质，如发现油质不合格，需要对变压器油进行相应处理，直至油质合格后方可继续使用。

五是触碰事故：在变压器运行过程中，人为控制十分关键。但这也可能出现操作失误引发各种故障，因此，对煤矿电厂工作人员进行良好的安全教育和培训，以及对变压器周围的高压部分进行合理的隔离和安全防护措施是必要的[5]。变压器正常运行时会产生均匀的“嗡嗡”声，如果出现不均匀或异常的声音，可能是由于过电压、过电流或零件松动引起的。需要人工检查相关电压电流指标并排查零件是否松动。

六是过载和短路：如果变压器出现过载或短路问题，可以通过降低负荷、增加冷却措施、调整电网参数等方法来解决问题。当变压器的内部线路和组件发生断路或短路时，绕组容易出现故障，为妥善解决相应的风险情况，在开展高压作业前期，工作人员要重点检查变压装置内部的线路是否存在短路情况，与地面的连接是否良好。例如，出现自动跳闸时，首先要查看后台报文，根据不同的报文判断故障原因，如过流、复压电流等,并针对性地检查相关设备。

七是外部损坏：针对变压器外部损坏问题，需要进行仔细地检查和评估。如果损坏较轻，可以进行修补或加固；如果损坏较严重，可能需要更换相关部件或者整个变压器。

需要注意的是，在处理变压器故障时，应严格按照相关操作规程和安全要求进行操作，确保人身安全并保护设备的完整性和性能。在过去的几十年中，一些研究人员在开发可靠和准确的状态评估技术开展重大工作。在线监测溶解气体的含量是一个强大的工具，能够连续控制故障气体的发展，从而保证最佳的能量传输。因此，在故障处理前后，还应结合合适的技术进行相关检测、记录和故障分析，以高效指导煤矿电厂今后的维护和管理工作。

4 结语

变压器是当前煤矿电力系统之中较为关键的设备之一，相关设备的运行安全性和有效性直接关系到社会经济的发展和所有人民群众的正常生活，因此需要相关部门及人员对其形成高度重视。在处理变压器故障时，必须严格遵守相关操作规程和安全要求，确保人员安全和设备完整性。同时还应结合适当的检测技术对故障进行全面分析，为后续维护管理提供指导。

状态检修工作是基于对设备整体运行状态信息的了解，以及对设备状态的评价，采取的预测性检修措施、相关措施，此举能够有效地保障设备的正常运转，在未来的工作之中有必要对其进行进一步的应用。总之，电力变压器在电力系统中扮演着关键角色，其健康状况直接影响电力供给的可靠性。因此需要采取先进的状态评估和故障诊断技术，并且严格执行安全操作规程，以确保变压器的稳定可靠运行。