电力变压器常见的故障检测与诊断

摘要： 简要介绍电力变压器常见故障类型及检测与诊断方法。

关键词： 变压器；故障检测；故障诊断

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520137－02

1 电力变压器常见的故障类型

电力变压器是静止的电气设备，是供配电系统中实现电能输送、电压变换，满足不同电压等级负荷要求的核心器件，工厂里使用最多的是三相油浸式电力变压器和环氧树脂浇注式干式变压器。工厂变电所中的电力变压器属于直接向用电设备供电的配电变压器，其绕组导体材质有铜绕组和铝绕组两种。低损耗的铜绕组变压器现在得到了广泛使用。

电力变压器在运行中，由于其内部或外部的原因会发生一些异常情况，影响变压器正常工作，造成事故。按变压器发生故障的部位分，常见故障类型见表1。

2 变压器故障原因

变压器故障主要是因为绝缘材料（绝缘油、绝缘纸及压制板等）的劣化。其原因是由于正常及过负荷下的热劣化，另外是水分和氧气对热劣化的促进作用；由于冲击等过电压产生电场劣化造成绝缘材料的损伤，其征兆为局部放电和特征气体产生；由外部短路的电磁机械力及振动引起的机械劣化，使线圈及夹持件造成物理损伤和几何位移等。

2.1 磁路中的故障原因

1）夹紧铁芯芯柱和铁轭叠片的穿心螺杆的绝缘件击穿，引起铁心叠片局部短路，从而产生很大的局部涡流；

2）铁心夹件及连接铁芯结构的螺栓由于电磁力的作用而引起的振动，将削弱铁心绝缘和铁心叠片之间的绝缘；

3）铁心及铁轭叠片的边缘的毛刺，夹杂金属物质或铁心叠片产生微小的弯折，可使铁心叠片产生局部短路；

4）磁路中的高饱和磁密将产生相当大的高次谐波电压或电流；

5）铁心叠片的材料和涂在硅刚片的绝缘变质引起铁损增加，使得变压器的温度升高从而损坏铁心叠片。

2.2 绕组中的故障原因

1）绕组的纸包扁铝线的棱曲率半径较小；

2）矩形导线上绕包的绝缘纸达不到所要求的紧度，产生隆起，使导线形状发生变形，引起匝间短路；

3）绕组的绝缘由于空气带入的水分或者油中带有水分而受潮；

4）当负荷发生迅速的波动，绕组遭受电或磁的冲击时，绕组导线的膨胀和收缩将使匝间绝缘上所受的机械力交替地增大和减小，使绝缘产生损坏；

5）多根并联连续式绕组，它的幅向尺寸的比值过大，如果油道过窄，在绕组的内侧将产生过热点，使导线绝缘产生脆化，引起匝间短路；

6）绕组内部导线的焊接质量不佳，接触电阻较大，使绕组产生过热，导致绝缘油的局部炭化；

7）绕组匝间短路及绕组对地短路的原因有三方面：

① 当雷电及网络的冲击波侵入变压器时，在变压器与线路之间的过渡处冲击阻抗有变化，绕组线端的端部线段容易产生电压和电流传输波反射现象，其结果是在变压器绕组中引起高电压，绕组绝缘被击穿。

② 正常的开合闸、雷电冲击或对地弧光放电都可能产生冲击波，由冲击波引起的过电压如加在绝缘导线的末端、串联绕组的连线及中性点上，都可能引起匝间短路。

③ 当把一只感应绕组从线路中切除，或者迅速冷却遮断电弧（尤其是在最后的半个周期）时，会使铁心中的磁通很快衰减，会在变压器中产生高电压。

8）严重的持续过载可在整台变压器中引起高温，油道窄小加剧变压器的过热现象，造成绝缘变脆，同时可能产生导线绝缘脱落因而导致匝间短路；

9）用螺栓夹紧的载流接头，如未采取有效的防松措施，则在变压器运行期间，将因振动而发生松动，接头将因此迅速发热，甚至使变压器不得不暂时出运行。

2.3 绝缘中的故障原因

1）由于变压器没有全密封，或者隔膜、胶囊漏气，使潮湿空气进入绝缘油，降低了绝缘油的绝缘强度，引起绕组或引线对油箱或对铁心构件击穿。

2）串联使用的绝缘材料的厚度搭配不合理，因电晕放电或过热可以导致某种绝缘材料的损坏。

3）绝缘油中悬浮物里的粒子在有电位差的裸导体之间形成“小桥”，引起暂时电气击穿。

4）变压器长时间过载可引起绝缘油的老化，油温过高会加速油泥、水分及酸的形成。

5）在变压器绕组表面及其身上可能会遗留下金属材料，对爬电距离产生极大的影响。

6）绝缘成型件因其表面被污染而导致表面放电，使得绝缘材料失效。

2.4 结构件中发生的故障原因

1）变压器绕组上的压紧力应随着变压器运行过程绝缘的收缩情况进行调整，但必须采取适当措施防止绕组压紧装置的任何部分或部件形成短路匝。

2）由于焊接质量不佳、装配不细、运输过程中粗心地吊放变压器，会造成变压器油箱漏油，如不及时维护，则变压器将产生过热和击穿。

3）气体继电器内未按规定充油和检验时，继电器可能产生误动作。另外，当变压器油箱内部发生故障时，由于缺乏正确保护，会造成变压器严重击穿。

4）变压器不满足并列运行条件要求。

5）冷却油及冷却介质故障原因。对于油浸变压器油受潮、氧化、造成电气绝缘性能下降；油泥沉积，阻塞，使散热器性能变坏；油绝缘下降造成闪络放电等。对于特种冷却介质的变压器，如密封不严而渗漏，使气压下降，冷却效果差，绝缘性能下降也导致故障发生。

6）制造工艺欠妥及修理方法不当引起的故障原因选用材料不良（导电材料、磁性材料、绝缘材料）；设计和工艺质量不好。在变压器修造、组装过程，由于不严格执行工艺标准，操作不当，绕组绕制不规范，浸烘不透不干，组装顺序不统一，附件不标准、不合格，修造后变压器存在的隐患，一旦投入运行，容易产生各类故障。

7）运行操作不当、维护不周引起故障。

3 变压器的故障检测诊断方法

利用人的感官诊断变压器故障。通过人们对声音、振动、气味、变色、温度等的感觉来判断电气设备的运行状态，根据所发现的各种现象的变化来分析故障发生的部位和程度。

变压器产生“嗡嗡”声的原因有：硅钢片的磁滞伸缩引起的振动；铁心的接缝与叠层之间的磁力作用引起的振动；绕组的导线之间或线圈之间的电磁力引起振动；强迫冷却式的变压器，其风扇和冷却泵产生的噪音等。

3.1 油浸变压器的外观检查

1）漏油：变压器外面沾粘着黑色的液体或者闪闪发光的时候，首先应该怀疑是漏油。大中型变压器装有油位计，可以通过油面水平线的降低而发现漏油。

2）变压器油温度。

3）呼吸器的吸湿剂严重变色。吸湿剂严重变色的原因是过度的吸潮、垫圈损坏、呼吸器破损、进入油杯的油太多等。通常用的吸湿剂是活性氧化铝（矾士）、硅胶等，并着色成蓝色。然后当吸湿量达到吸湿剂重量的20%～25%以上时，吸湿剂就从蓝色变为粉红色，此时，就应进行再生处理。吸湿剂再生处理应加热至100～140°C直至恢复到蓝色。对呼吸器如果管理不善，就会加速油的老化。

3.2 机械类检测装置

1）瓦斯气体继电器

这种继电器广泛应用于带油枕的变压器。第1对触点供轻故障报警用，它是变压器中绝缘材料，结构件中的有机材料烧毁时，油的热分解而产生的气体进入气体继电器的气室，当气体积聚到一定时量，气体继电器轻瓦斯触点动作。第2对触点用于重故障，它是在变压器内部因绝缘击穿、断线等而引起油中闪络放电弧、变压器内部压力剧增，油急速流向油枕时继电器重瓦斯触点动作。

2）防爆装置

防爆装置是当内部压力升高至一定的数值时发生动作，使油箱内部压力向外部释放的装置，用于保护油箱和散热器。

3.3 电气类检测装置

1）差动继电器

差动继电器的动作原理是：在变压器的一次侧和二次侧分别安装了按变压器匝数比选定的电流互感器，利用变压器产生匝间短路之类事故时所引起的电流差值，使继电器动作。因此，变压器运行中如果差动继电器发生动作，一般都是匝间短路之类内部故障。

2）过电流继电器

这是在电力设备或线路发生短路事故，或者过负荷时进行保护的继电器。如果设备外部线路没有相间短路，也没有过负荷，就应考虑是变压器内部短路。

检测变压器内部故障的其他方法还有分析溶于油中的气体的方法，看温度计的指示有否异常或根据内部有否异常声音而进行检查的方法等。

3.4 利用仪器仪表检测诊断故障

保护继电器动作时或从外面观察认为内部有异常时，首先应查清当时喷油的程度、响声大小与部位，保护继电器动作状态，负责情况和电力系统的现状等情况作为参考。同时通过变压器的电气试验，油中的含气分析，变压器总的绝缘性能试验，绝缘油试验等进行综合分析，以便对故障的部位和程度作出一定的检测，都需要用专用仪器仪表进行检测诊断。

3.5 变压器油中的气体类别

气相色谱法是对变压器油中可燃性气体进行分析的最切实可行的方法，该方法包括从油中脱气和测量两个过程。将绝缘油中的氢气（H2）、氧气（O2）、氮气（N2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等气体从油中脱出并经分析，证明它们的存在及含量，即可反映出产生这些气体的故障类型和严重程度。油在正常老化过程产生的气体主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油绝缘中存在局部放电时（如油中气泡击穿），油裂解产生的气体主要是氢气（H2）和甲烷（CH4）。在故障温度高于正常运行温度不多时，产生的气体主要是甲烷（CH4），随故障温度的升高，乙烯（C2H2）和乙烷（C2H6）逐渐成为主要物征气体；当温度高于1000℃时（如在电弧弧道温度300℃以上），油裂解产生的气体中含有较多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等。

参考文献：

[1]苑世光，对低压配电变压器常见问题的探讨，黑龙江科技信息，2008年，20期.

[2]汤力明，对变压器常见故障及其大修项目的分析，今日科苑，2009年，18期.

作者简介：

周迎春（1972-），女，汉族，湖南理工职业技术学院高级讲师，主要从事电气工程方向研究；胡志军（1965-），男，汉族，湖南理工职业技术学院高级讲师，主要从事电气工程方向研究；韩维敏（1975-），女，汉族，湖南理工职业技术学院讲师，主要从事电气自动化方向研究。