鐘潤深等

【摘要】變壓器是變電站的核心設(shè)備，是關(guān)系到供電可靠性和變電站能否安全運(yùn)行的決定因素。本文介紹了一起變壓器中溫過熱故障的原因現(xiàn)象、分析、排查和現(xiàn)場(chǎng)處理方案選擇、確定以及電流沖擊設(shè)備參數(shù)選擇計(jì)算等。

【關(guān)鍵詞】主變壓器；中溫過熱；故障；鐵芯；電容沖擊

1.設(shè)備概況及故障現(xiàn)象

某變電站1號(hào)主變壓器額定容量16000kVA，是一臺(tái)投運(yùn)近20年的油浸風(fēng)冷三圈式變壓器，由原湖北變壓器廠1988年制造，1991年安裝投運(yùn)。變壓器高壓側(cè)電壓110kV，中壓側(cè)電壓35kV，低壓側(cè)電壓10KV。該變壓器是當(dāng)?shù)鼐用窈蛷S礦生產(chǎn)、生活供電的唯一電源。

該變壓器在二〇一〇年定期預(yù)防性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，變壓器油中總烴、氫氣含量分別為1268.11PPm、168.39PP，超過注意值。對(duì)檢驗(yàn)出氣體含量采用國標(biāo)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中特征氣體三比值法分析，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在300～700℃中溫過熱點(diǎn)。

2.引起中溫過熱原因分析

由于是首次遇到變壓器出現(xiàn)中溫過熱的情況，對(duì)其危害程度及故障原因難以判明，結(jié)合相關(guān)資料和經(jīng)咨詢生產(chǎn)廠家，分析大型電力變壓器在運(yùn)行過程中，該過熱產(chǎn)生的因素主要有以下幾點(diǎn)：

導(dǎo)線過電流；鐵芯局部短路；鐵芯多點(diǎn)接地形成環(huán)流；分接開關(guān)接觸不良；接線焊接不良，電磁屏蔽不良，使漏磁集中；油道堵塞，影響散熱等。

對(duì)以上可能引發(fā)過熱故障的因素結(jié)合運(yùn)行記錄和歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)可排除導(dǎo)線過電流、分接開關(guān)接觸不良、接線焊接不良三項(xiàng)因素，其他因素由于受試驗(yàn)條件限制或不是預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，暫時(shí)無法排除。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)該故障是一種軟故障，點(diǎn)多面廣，查找困難，資料介紹即使通過專門檢修也不一定能找到故障點(diǎn)，消除故障源，在現(xiàn)場(chǎng)只能通過吊罩檢查查找故障點(diǎn)，加以消除，若查不出故障原因或即使能發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)但無法消除時(shí)，變壓器就需要返廠大修。

3.過熱對(duì)變壓器的影響

變壓器在運(yùn)行中是有損耗的，損耗主要包括鐵芯的磁滯和渦流損耗、繞組的電阻損耗。這些損耗所產(chǎn)生的熱量，一方面通過變壓器油、散熱管、外殼等的傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流方式傳遞到周圍環(huán)境中，另一方面使變壓器溫度升高。經(jīng)過一定時(shí)間（小型變壓器約為10H，大型變壓器約為24H），變壓器達(dá)到穩(wěn)定的溫升。如果溫升過高，或者溫升速度過快，或與同種產(chǎn)品相比溫升明顯偏高，就視為故障表現(xiàn)。溫升過高是造成變壓器壽命降低的主要原因，也是變壓器故障的主要表現(xiàn)。

對(duì)變壓器危害最大的是絕緣材料老化、絕緣性能的破壞及絕緣油老化，而老化速度的快慢與溫度息息相關(guān)。變壓器油老化的基本因素是氧化和溫度，高溫加速油的老化，同時(shí)也加油速氧化作用，氧化使油色變深、渾濁、酸度增加，絕緣性能變壞，出現(xiàn)破壞絕緣和腐蝕金屬的低分子酸和沉淀物，影響變壓器的使用壽命。

變壓器的壽命取決于絕緣材料的溫度，根據(jù)“6℃法則”每降低6℃則壽命延長一倍。因此加強(qiáng)冷卻、降低溫升就可以節(jié)能和延長變壓器的使用壽命。

綜合以上原因經(jīng)分析，該過熱點(diǎn)已嚴(yán)重影響到變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命，為避免故障機(jī)一步發(fā)展，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，必須盡快消除該故障。

4.處理地點(diǎn)的確定

現(xiàn)場(chǎng)處理 變壓器的一般大修都是在現(xiàn)場(chǎng)完成的，該變壓器二○○五年十一月份在原位完成第一次標(biāo)準(zhǔn)檢修，在故障原因不明的情況下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、初步處理?xiàng)l件是滿足的，但存在不確定性，不一定能查找到或消除故障。

返廠大修 返廠大修最是簡(jiǎn)便的方法，在制造廠家可以采用多種方法進(jìn)行檢查，可利用的工具和環(huán)境條件是現(xiàn)場(chǎng)無法比擬的，一定能查找到并消除故障。

由于設(shè)備安裝處遠(yuǎn)離有能力處理該故障的變壓器生產(chǎn)廠家，山路崎嶇，運(yùn)輸一臺(tái)器身重24.9噸的變壓器有一定的困難，運(yùn)輸費(fèi)用較高，該運(yùn)輸只有在不得已的情況下采用。

通過比較，首先采用在現(xiàn)場(chǎng)查找處理故障，當(dāng)故障在現(xiàn)場(chǎng)無法處理或查找不到時(shí)再采用轉(zhuǎn)運(yùn)至廠家處理的方案。

5.故障原因的確定

經(jīng)過準(zhǔn)備后于二○一○年十月十日，對(duì)該1號(hào)主變壓器進(jìn)行吊芯檢修，檢查器身未發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)，用2500V搖表搖測(cè)鐵芯對(duì)夾件絕緣為0MΩ，打開鐵芯分瓣連片測(cè)得靠近高壓側(cè)鐵芯絕緣電阻值約為0MΩ，另一半鐵芯絕緣為2500MΩ，故判定鐵芯出現(xiàn)非金屬性多點(diǎn)接地故障。

電力變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，繞組周圍存在電場(chǎng)，而鐵芯和夾件等金屬構(gòu)件處于電場(chǎng)中，若鐵芯未可靠接地，則會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，損壞絕緣。因此，鐵芯必須有一點(diǎn)可靠接地，如果鐵芯由于某種原因出現(xiàn)另一個(gè)接地點(diǎn)，形成閉合回路，則正常接地的引線上就會(huì)有環(huán)流。其一方面造成鐵芯局部短路過熱，甚至局部燒損；另一方面，由于鐵芯的正常接地線產(chǎn)生環(huán)流，造成變壓器局部過熱，也可能產(chǎn)生放電性故障，使變壓器油分解出現(xiàn)油中總烴、氫氣含量超過注意值，可以確定鐵芯出現(xiàn)另一個(gè)接地使引起該變壓器中溫過熱原因。

6.鐵芯多點(diǎn)接地原因分析

引起鐵芯多點(diǎn)接地主要包括以下幾方面。

（1） 變壓器在制造或大修過程中，如果鐵刷絲、起重用的鋼絲繩的斷股及微小金屬絲等被遺留在變壓器油箱內(nèi)，當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)，這些懸浮物在電磁場(chǎng)的作用下形成導(dǎo)電小橋，使鐵芯與油箱短接，這種情況常常發(fā)生在油箱底部。

（2） 潛油泵軸承磨損產(chǎn)生的金屬粉末進(jìn)入主變油箱中導(dǎo)致鐵芯與油箱短接。

（3） 變壓器油箱和散熱器等在制造過程中，由于焊渣清理不徹底，當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)，在油流作用下雜質(zhì)往往被堆積在一起，使鐵芯與油箱短接，這種情況在強(qiáng)油循環(huán)冷卻變壓器中容易發(fā)生。

（4） 鐵芯上落有金屬雜物，將鐵芯內(nèi)的絕緣油道間或鐵芯與夾件間短接。

（5） 變壓器進(jìn)水使鐵芯底部絕緣墊塊受潮，引起鐵芯對(duì)地絕緣下降。

（6） 鐵芯下夾件墊腳與鐵軛間的絕緣板磨損脫落造成夾件與硅鋼片相碰。

（7） 夾件本身過長或鐵芯定位裝置松動(dòng)，在器身受沖擊發(fā)生位移后，夾件與油箱壁相碰。

（8） 下夾件支板距鐵芯柱或鐵軛的距離偏小，在器身受沖擊發(fā)生位移后相碰。

（9） 上、下鐵軛表面硅鋼片因波浪突起，與鋼座套或夾件相碰。

（10） 穿心螺桿或金屬綁扎帶絕緣損壞，與鐵芯或夾件等相碰。

7.現(xiàn)場(chǎng)處理方法及參數(shù)選擇

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地，是變壓器較常見故障之一，造成鐵芯多點(diǎn)接地，經(jīng)過用榔頭敲擊振動(dòng)夾件和對(duì)箱體內(nèi)鐵芯進(jìn)行了兩次油泥沖洗后，接地現(xiàn)象仍未消失，分析認(rèn)定是由于懸浮鐵銹在電磁力的作用下，沉積在線圈內(nèi)部夾件與鐵芯的絕緣表面上形成穩(wěn)定的非金屬性接地故障。

現(xiàn)場(chǎng)無法找到確切接地點(diǎn)，特別是由于鐵銹焊渣懸浮、油泥沉積造成的多點(diǎn)接地，更是難于查找。此類故障可采用放電沖擊法進(jìn)行消除。

現(xiàn)場(chǎng)可利用的電流沖擊法有以下兩種：

（1） 電焊機(jī)進(jìn)行大電流沖擊法 是采用電焊機(jī)的大電流通過接地點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量使故障點(diǎn)熔斷，是故障消除的方法。該方法電焊時(shí)間不好掌握，電流難以控制，電流過大易造成鐵芯絕緣受損，形成永久接地故障。

（2） 電容沖擊法 是采用電源對(duì)電容器充電，再由電容器對(duì)變壓器鐵芯放電的方法。

根據(jù)資料介紹，電容放電沖擊法是一種安全可靠、操作簡(jiǎn)便，且利于快速就地取材容宜推廣使用的方法。沖擊時(shí)應(yīng)注意，需要控制沖擊電流，同時(shí)由于鐵芯對(duì)地絕緣墊片很薄，故沖擊電壓不能高于2.5KV。

8.處理過程

根據(jù)沖擊電壓不能高于2.5KV，放電回路電阻按鐵芯對(duì)地絕緣電阻阻值0MΩ，結(jié)合上述公式可以確定需要采用的電器，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際只有一臺(tái)6.3kV 2.6μF電容器，經(jīng)過縝密研究和分析決定，利用 25000V搖表對(duì)電容充電20秒（沖擊電壓不應(yīng)超過2500V）。為防止該電壓對(duì)人體造成傷害，充、放電時(shí)采用絕緣桿倒換電線的措施，電容器一端可預(yù)先與變壓器、搖表地端連接，將充好電的電容另一端與鐵芯引出線相連，聽到一聲清脆的放電聲即完成放電沖擊。接著測(cè)量鐵芯絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻升至2500MΩ。多點(diǎn)接地故障已消除。

電容器瞬間放電產(chǎn)生的巨大電流將熔化或燒斷殘留雜物，或者電容器瞬間巨大沖擊電流產(chǎn)生的電動(dòng)力使殘留雜物移開原來位置。但是，這種方法如何具體實(shí)施，如電容器容量如何選擇、沖擊電壓多高、對(duì)變壓器有何危害等，還存在一定的危險(xiǎn)性。

9.防止運(yùn)行中變壓器出現(xiàn)該故障及處理注意事項(xiàng)

（1） 運(yùn)行中的變壓器最好能在鐵芯接地線上裝設(shè)電流表，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。特別是在放電沖擊法消除接地現(xiàn)象后，更要加強(qiáng)監(jiān)視，防止再次形成故障。

（2） 當(dāng)出現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地故障時(shí)，要在綜合測(cè)定和全面分析檢查后，視具體情況選擇處理方案，切不可盲目進(jìn)行放電沖擊或電焊消除，以免造成絕緣損壞，故障擴(kuò)大。

（3） 每次吊芯大修時(shí)，一定要清潔油箱底部的油泥鐵銹等雜物，并用油進(jìn)行一次全面沖洗。

（4） 加強(qiáng)潛油泵及冷卻器的檢修，防止由于軸承磨損或金屬剝落，造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障。

（5） 在鐵芯底部由金屬異物引起的具有動(dòng)態(tài)性質(zhì)的接地故障，且變壓器吊心檢查有一定困難時(shí)，不妨利用本文介紹的處理辦法試一下，也許能收到較好的效果。

（6） 從變壓器運(yùn)行中鐵芯接地故障來看，大多為箱底不清潔所致，作為檢修部門應(yīng)嚴(yán)把投運(yùn)前的吊心檢查關(guān)。在變壓器大修時(shí)，要注意檢修工藝和主變內(nèi)部的清理工作，特別對(duì)鐵芯槽和各間隙處要用油或氮?dú)鈦頉_吹清理。

10.結(jié)論

通過上述主變過熱現(xiàn)象的分析到鐵芯多點(diǎn)接地分析處理過程，表明現(xiàn)場(chǎng)所使用的電容沖擊方法，消除因殘留雜物、油泥等不穩(wěn)定接地故障引起的鐵芯接地故障效果明顯，節(jié)省時(shí)間，節(jié)省人力物力，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用方法。