变压器的故障诊断

电力变压器的故障诊断

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电气工程及其自动化专业 2010级02班

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电力变压器的故障诊断

变压器故障的检测技术是准确诊断故障的主要手段，传统检测手段主要包括油中可燃性气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损失角正切检测、油质检测、局部放电检测及绝缘耐压试验（包括感应耐压）等；随着技术的进步，又许多新的技术得到了发展应用，如红外测温、绕组变形或低电压下短路阻抗测量、糠醛分析或绝缘纸聚合度的测量、内窥镜直接检测变压器内部状况等。 各种基本检测项目的相应特点和功能如表1所示。 1．直流电阻试验及故障查找

通过直阻测量，可以检查引线的焊接或连接质量，绕组有无匝间短路或开路以及分接开关的接触是否良好等情况。 2．变压器过热故障

变压器过热故障是常见的多发性故障，对变压器的安全运行带来严重威胁，因此引起现场的广泛关注。变压器过热的原因：

⑴绕组过热

近十几年来，为降低变压器损耗，各制造厂先后采用了带有统包绝缘的换位导线绕制变压器绕组。由于早期国内对换位导线生产技术尚未全面掌握，使之采用换位导线的变压器在运行十年左右出现了统包绝缘膨胀。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，在长期电磁振动下，绝缘脱落，局部露铜，形成匝间(段间)短路，导致变压器烧损事故。

⑵分接开关动、静触头接触不良

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，在频繁的调动中会造成触头之间的机械磨损、电腐蚀和触头污染，电流的热效应会使弹簧的弹性变弱，从而使动、静触头之间的接触压力下降。接触压力减小，会使触头之间的接触电阻增大，从而导致触头之间的发热量增大，由于发热又加速触头表面的氧化腐蚀和机械变形，形成恶性循环，如不及时处理，往往会使变压器发生损坏事故。

（3）在无载调压变压器中，分接开关接触不良，也会使其触头表面腐蚀、氧化，或触头之间的接触压力下降使接触电阻增大，而形成变压器的过热性故障。例如某局的一台35kV、18MVA变压器，曾发生过因分接开关接触不良、发热，最后导致变压器分接开关烧流，变压器气体继电器动作，迫使变压器停运。

⑶引线故障

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3．变压器的空载试验

变压器的空载试验，是从变压器的任一侧绕组施加正弦波额定频率的额定电压，其它绕组开路，测量变压器的空载损耗和空载电流的试验。空载电流以实测的空载电流I0占额定电流Ie的百分数来表示,记为I0。

当试验测得的数值与设计计算值、出厂值、同类型变压器或大修前的数值有显著差异时，应查明原因。

空载损耗主要是铁损耗，即消耗于铁心中的磁滞损耗和涡流损耗。空载时激磁电流流过原边绕组也要产生电阻损耗，如果激磁电流很小，可以忽略不计。空载损耗和空载电流，取决于变压器的容量、铁心构造、硅钢片的制造和铁心制造工艺等因素。

导致空载损耗和空载电流增大的原因主要有：硅钢片间绝缘不良；某一部分硅钢片短路；穿芯螺栓或压板、上轭铁以及其它部分的绝缘损坏而形成短路匝；磁路中硅钢片松动，甚至出现气隙，使磁阻增大(主要使空载电流增大)；磁路由较厚的硅钢片组成(空载损耗增加而空载电流减小)；采用了劣质的硅钢片(多见于小型配电变压器)；各种绕组缺陷，包括匝间短路、并联支路短路，各并联支路中匝数不同及安匝数取得不正确等。此外，由于磁路接地不正确等原因，也会引起空载损耗和电流的增大。对于中小型变压器，在制造过程中，铁心接缝的大小会显著影响空载电流。 4．变压器短路试验

将变压器一侧绕组(通常是低压侧)短路，从另一侧绕组(分接头在额定电压位置上)加入额定频率的交流电压，使变压器绕组内的电流为额定值，测量所加电压和功率。

将测得的有功功率换算至额定温度下的数值，称为变压器的短路损耗。所加电压Uk，称为阻抗电压，通常以所占加压绕组额定电压的百分数表示。

三绕组的变压器，应对每两绕组进行一次短路试验(非被试线圈开路)。如两绕组容量不等，应通入容量较小绕组的额定电流，并注明测得的阻抗电压所对应的容量。

阻抗电压包括有功分量和无功分量，两分量的比值随容量而变，容量越大，电抗电压(无功分量)对电阻电压(有功分量)的比值也越大。

通过变压器短路试验可以发现以下缺陷：

(1)变压器各结构件(屏蔽、压环和电容环、轭铁梁板等)或油箱箱壁中由于漏磁通所致的附加损耗过大或局部过热；

(2)油箱箱盖或套管法兰等附件损耗过大并发热； (3)带负载调压变压器中的电抗绕组匝间短路；

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(4)大型电力变压器低压绕组中并联导线间短路或换位错误。这些缺陷均可能使附加损耗显著增加。 5．油流静电

油在变压器中强迫流动时，由于固体绝缘表面形成的极性分离，油带走了大量带正电的氢离子，而固体绝缘上因留下过多的电子使其带负电。

变压器运行中铁心和外壳接地，靠近这一部位的油中正电荷可从铁心和外壳泄漏到地；不断留在绕组绝缘上的负电荷，则可通过绕组导体泄漏。没有泄漏的正负电荷，部分在流动过程中被中和，有一部分可能形成积聚的空间电荷。由于电荷的产生速率和泄漏不同，有些变压器可能不易形成空间电荷，而有的变压器的空间电荷在不断地形成和消失。空间电荷的消失过程又分两种情况：一种是空间电荷使该处直流电位提高，促使泄漏电流增加，在动态下形成稍有波动的泄漏电流源；另一种是空间电荷电位迅速升高使该处局部场强超过介质的耐受强度，致使发生放电，形成脉冲电流。由此说明，绕组中性点和铁心对地泄漏电流静电电压可在一定程度上反映变压器油流带电情况。 6．恢复电压测量法在变压器诊断中的应用

变压器寿命/老化主要同绝缘的降解有关，主要由绝缘纸的热老化和纤维素的分解引起的。在这个过程的衍生物是水和其它非完全极化以及离子特性的物质。纸的含水量在纤维素的降解率中占决定性的角色，较高的含水量强烈地加速降解过程。含水量的增长不仅因为上述热老化过程引起，而且它也是在运输、保存、注油、安装进一步到小修中补油和油的渗漏或呼吸系统过滤器的缺陷等造成的。

纸中的含水量对局部放电的起始电压和油中气泡形成的起始温度有很大的影响。随着含水量的增加，气泡形成的起始温度降低，这样起始局部放电或者甚至破坏性局部放电的危险性增加。假设纸中含水量3%的气泡形成温度是150℃(依照IEC或IEEE负载导则，这是指在短时或长期过载下，存在产生局部放电或在最坏情况下甚至发生完全击穿的危险)。知道了含水量，可以限制过载到一个安全值，这样温度将远低于前面提及的起始温度。

7．有载分接开关的常见故障及对策

有载分接开关油室的渗漏(通常我们称为内渗)

有载分接开关油室中的油是与变压器本体油隔绝的，有载分接开关在运行中切换电压时，在触头上会有电弧发生，在油中产生乙炔等可燃性气体，如果有载分接开关与变压器本体之间密封不严，就会使这些可燃气体进入变压器本体油中，污染变压器油，给变压

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器本体油的色谱分析带来影响。导致有载开关油室渗漏的主要原因有：密封胶垫老化；密封结构和制造工艺存在缺陷；检修及安装不当造成的缺陷。

在国产的有载分接开关中， SYXZ系列的有载分接开关渗漏油现象最普遍，SYXZ系列有载开关最常见的渗漏部位有以下几处：

①切换开关转动轴与油室底盘之间的密封松动或损坏，由于是活动部位的密封，为了使传动轴的转动灵活，轴密封不能太紧，以免影响切换开关的调换速度，因此轴密封较难处理。

②有载开关油室的绝缘简与底盘之间的密封结构不良，以及绝缘简加工误差大和密封垫老化等原因产生的渗漏油，要彻底解决有的就需要改造结构。

③切换开关部分的引出端子与油室之间的密封不严，主要原因是密封垫不合适或密封垫老化，需要更换合适的密封垫。

④切换开关头部的支撑法兰固定螺丝处漏油，原因是密封面不平和胶垫老化。 ⑤切换开关头部的绝缘筒与变压器钟罩之间密封圈漏油，原因是密封圈与绝缘筒或压紧法兰的密封槽不配合：压紧法兰的固定螺丝过小，密封垫压紧不够。 8．局部放电故障查找

在实际测量中为了解变压器各绕组放电情况，通常还使用多端校正与多端测量方法，即在变压器的高、中、低绕组上同时接入测量阻抗，并在变压器的高、中、低各线端分别对地或线间注入已知电荷，分别读取各种注入方式时的各线端的放电量响应，然后施加试验电压，同时测量各绕组的放电量，与校正时放电量响应作比较以确定放电源可能出现在那一线端。

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表1变压器故障基本检测项目及特点

可能发现的故障类型 序号 检测项目 整体故障 由电极间桥路构成的贯穿性故障 局部故障 较严重局部放电 接头焊接不良 磨损与污闪故障 沿面放电 分接开关触头不良 电气强度降低 放电故障 不能发现 1 2 油色谱分析 直流电阻 受潮、过热、高温、火花老化故障 放电 线径、材质不一 受潮等贯穿性缺陷 发现受潮程度灵敏 发现受潮程度灵敏 能发现受潮及离子性缺陷 能发现游离变化 能发现 能发现 分接开关不良 随试验电压升高而电流的变化能发现 绝缘电阻及泄漏电流 3 吸收比 极化指数 不能发现 能发现 配合其他试验判断 灵敏度不高 灵敏度不高 能发现 大体积试品不灵敏 不能发现 不能发现 有一定有效性 灵敏度不高 大体积试品不灵敏 能发现电晕或火花放电 不能发现 有效性不高 灵敏度不高 灵敏度不高 不能发现 不能发现 配合其他试验判断 能发现 能发现 能发现 6 介质损耗 能发现 能发现沿面放电 能发现 有效性不高 7 8 9 10 11 12 13 局部放电 油耐压 耐压试验 红外测温 绕组变形或低电压下短路阻抗测量 糠醛分析或绝缘纸聚合度的测量 内窥镜直接检测变压器内部状况 套管接线、漏磁形成的涡流造成箱体局部过热、套管及油枕的油位 绕组受电动力的冲击或外力冲击发生局部变形或整体位移 内部过热涉及到纸绝缘、纸绝缘寿命终点的判断 对变压器内部状况的直观检测、异物的查找

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