徐靈芝

【摘 要】電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關鍵的設備之一，它承擔著電壓變換，電能分配和傳輸?shù)娜蝿?，并提供電力服務。但由于變壓器長期運行，故障和事故總不可能完全避免，了解電力變壓器損壞事故的原因，可以促進制造廠對產(chǎn)品的改進和完善，同時促使運行單位進一步提高運行管理水平，從而保證電力變壓器的使用率.壽命和供電可靠性。

【關鍵詞】電力變壓器；故障；分析

1.短路故障

1.1變壓器短路故障的主要特征

（1）軸向失穩(wěn)：在副向漏磁成產(chǎn)的軸向電磁力作用下，導致變壓器繞組軸向變形。

（2）輻向失穩(wěn)：在軸向漏磁生產(chǎn)的輻向電磁力作用下，導致變壓器繞組浮想變形。

（3）引線固定失穩(wěn)：在引線間的電磁作用下，造成的引線振動，導致引線短路。

1.2變壓器短路故障原因分析

（1）基于變壓器靜態(tài)理論設計而選用的電磁線，與實際運用時作用在電磁線上的應力差異較大。

（2）目前各廠家的計算程序都是建立在漏磁廠的均勻分布，線匝直徑相同，等相位的力等理想化的模型基礎上而編制的，而事實上變壓器的漏磁場并非均勻分布，鐵軛部分相對集中，該區(qū)域的電磁線所受的機械力也較大；換位導線的換位處由于爬坡會改變力的傳遞方向，而產(chǎn)生扭矩；由于墊塊彈性模量的因數(shù)，軸向墊塊不等距分布，會使交變漏磁場所生產(chǎn)的交變力延遲共振，這也是為什么處在鐵心軛部，換位處，有調(diào)壓分接的對應部位的線餅首先變形的根本原因。

（3）抗短路能力計算時沒有考慮溫度對電磁線的抗彎和抗拉強度的影響。安常溫下設計的抗斷路能力不能反映實際運行情況，隨著電磁線的溫度升高，其抗彎，抗拉強度及延伸率均下降。一般變壓器運行時均有重合閘過程，因此如果短路點一時無法消失的話，將在非常短的時間（0.8s）緊接著承受第二次短路沖擊，但由于受第一次短路電流沖擊后繞組溫度急劇增高，這時繞組的抗短路能力已大幅下降，這就是為什么變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多的原因之一。

（4）采用普通換位導線，抗機械強度較差，在承受短路機械力時，易出現(xiàn)變形，散落，露銅現(xiàn)象。采用普通換位導線時，由于電流大，換位爬坡陡該部位會產(chǎn)生較大的扭矩，同時處在繞組兩端的線餅，由于幅向和軸向漏磁場的共同作用，也會產(chǎn)生較大的扭矩，致使扭曲變形。

（5）采用軟導線，也是造成變壓器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期對此認識不足，或繞線裝備及工藝上的困難，制造廠均不愿使用半硬導線或設計時根本無這方面的要求，從發(fā)生故障的變壓器來看均是軟導線。

2.放電故障

根據(jù)放電能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電三種類型。

2.1變壓器局部放電故障

在電壓的作用下，絕緣結(jié)構內(nèi)部的氣隙、油膜或?qū)w的邊緣發(fā)生非貫穿性的放電現(xiàn)象稱為局部放電。

2.2變壓器火花放電故障

（1）懸浮電位引起火花放電。高壓電力設備中某金屬部件，由于結(jié)構上原因，或運輸過程中造成接觸不良而斷開，處于高壓與低壓電極間并其阻抗形成分壓，而在這一金屬部件上產(chǎn)生的對地電位稱為懸浮電位。具有懸浮電位的物體附近的場強較集中，往往會逐漸燒壞周圍固體介質(zhì)或使之炭化，也會使絕緣油在懸浮電位作用下分解出大量特征氣體，從而使絕緣有色譜分析超標。

（2）油中雜質(zhì)引起火花放電。變壓器火花放電故障的主要原因是油中雜質(zhì)的影響。雜質(zhì)有水分、纖維質(zhì)（主要是受潮的纖維）等機構。

（3）火花放電的影響。一般來說，火花放電不致很快引起絕緣擊穿，主要反映在油色普分析異常、局部放電量增加或輕瓦斯動作，比較容易被發(fā)現(xiàn)和處理，但對其發(fā)展程度應引起足夠的認識和注意。

2.3變壓器電弧放電故障

電弧放電是高能量放電，常以繞組匝層間絕緣擊穿為多見，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡和分接開關飛弧等故障。

（1）電弧放電的影響。電弧放電故障由于放電能量密度大，產(chǎn)氣急劇，常以電子崩形e沖擊電介質(zhì)，使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或融化燒毀，嚴重時會造成設備燒損，甚至發(fā)生爆炸事故，這種事故一般事先難以預測，也無明顯預兆，常以突發(fā)形式暴露出來。

（2）電弧放電的氣體特征。出現(xiàn)電弧放電故障后，氣體繼電器中的H2和C2H2等組分常高達幾千UL/L，變壓器油亦炭化而變黑。油中特征氣體的主要成分是H2和C2H2，其次C2H6和CH4.當放電故障涉及到固體絕緣時，除了上述氣體外，還會產(chǎn)生CO和CO2。

綜上所述三種放電的形式既有區(qū)別又有一定的聯(lián)系，區(qū)別是指放電能級和產(chǎn)氣組分，聯(lián)系是指局部放電是其他兩種放電的前兆，而后者又是前者發(fā)展后的一種必然結(jié)果。由于變壓器內(nèi)出現(xiàn)的故障，常處于逐步發(fā)展的狀態(tài)，同時大多不是單一類型的故障，往往是一種類型伴隨著另一種類型，或幾種類型同時出現(xiàn)，因此，更需要認真分析，具體對待。

3.絕緣故障

電力變壓器目前應用最廣泛的是油浸變壓器和干式樹脂變壓器兩種，電力變壓器的絕緣是有變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)，它是變壓器正常工作和運行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料（即油紙或樹脂等）的壽命所決定的。

3.1固體紙絕緣故障

固體紙絕緣是油浸變壓器絕緣的主要部分之一，包括：絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷、絕緣綁扎帶等。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的壽命。

（1）紙纖維材料的性能。絕緣質(zhì)紙維材料是油浸變壓器中最主要的絕緣組件材料，紙纖維是植物的基本固體組織成分，使紙纖維有含水的特性。怎樣也影響了紙纖維的性能。纖維不但易于吸潮，而且當紙纖維吸水時，使纖維結(jié)構在不穩(wěn)定的條件下機械強度急劇變壞。

（2）紙絕緣材料的機械強度。油浸變壓器選擇紙絕緣材料最重要的因素還包括機械強度的要求，包括耐張強度，沖壓強度，撕裂強度和堅韌性。1）耐張強度，要求紙纖維受到拉伸負荷時，具有耐受而不被拉斷的最大應力。2）沖壓強度，要求紙纖維具有耐受壓力而不被折斷的能力的量度。3）撕裂強度，要求紙纖維發(fā)生撕裂所需的力符合相應標準。4）堅韌性，是指折折疊或紙板彎曲時的強度能滿足相應要求。

3.2液體有絕緣故障

變壓器絕緣油時各種烴，樹脂、酸和其他雜質(zhì)的混合物，其性質(zhì)不都是穩(wěn)定的，在溫度、電場及光合作用等影響下會不斷的氧化。正常情況下絕緣油的氧化過程進行得很緩慢，但混入油中的金屬、雜質(zhì)、氣體等會加速氧化的發(fā)展，使油質(zhì)變壞，顏色變深，透明度渾濁，所含水分，酸價、灰分增加等，使油的性質(zhì)劣化。

變壓器油質(zhì)變壞按輕重程度可分為污染和劣化兩個階段。

污染的油中混入水分和雜質(zhì)，這些不是油氧化的產(chǎn)物，污染油的絕緣性能會變壞，擊穿電場強度降低，介質(zhì)損失角增大。

劣化的油氧化后的結(jié)果，當然這種氧化并不僅指純凈油中烴類的氧化，而是存在于油中雜質(zhì)將加速氧化過程，特別是銅、鐵、鋁金屬粉屑等。

變壓器油氧化時，作為催化劑的水分及加速計的熱量，使變壓器中的油生成油泥，其影響主要表現(xiàn)在：在電場的作用下沉淀物粒子大；雜志沉淀集中在電場最強的區(qū)域，對變壓器的絕緣形成導電的“橋”；沉淀物并不均勻而是形成分離的細長條，同時可能按電力線方向排列，這樣無妨礙了散熱，加速了絕緣材料老化，并導致絕（下轉(zhuǎn)第158頁）（上接第142頁）緣電阻降低和絕緣水平下降。

3.3干式樹脂變壓器的絕緣與特性

干式變壓器（這里指環(huán)氧樹脂絕緣的變壓器）主要使用在具有較高防火要求的場所。如高層建筑、機場、油庫等。

（1）樹脂絕緣的類型。換氧樹脂絕緣的變壓器根據(jù)制造工藝特點可分為環(huán)氧石英砂混合料真空澆注型、環(huán)氧無堿玻璃纖維補強真空壓差澆注型和無堿玻璃纖維維繞包浸漬型三種。

（2）樹脂變壓器的絕緣特點。樹脂變壓器的平均溫升水平比油浸變壓器高；樹脂變壓器局部放電量的大小影響樹脂變壓器的性能、質(zhì)量及使用壽命。 [科]