变压器过热故障分析及应对措施

       电力变压器是电力系统中进行电压等级调节的关键设备，其安全可靠运行直接影响着供电网络的可靠、稳定供电，但变压器的多种故障尤其是过热故障给其安全平稳运行带来了威胁，给电网的可靠供电带来了影响。
       一、常见的变压器过热故障
       1、变压器过热故障的形成机理
       变压器运行过程中难以避免会产生空载损耗和负载损耗，这些损耗会以热量的形式在变压器的绕组、铁芯和结构件上积聚，使绕组、铁芯及其周围介质的温度升高，并且这些热量会通过变压器油箱、冷却装置向周围环境传递，当各部分的温差大到能使产生的热和散出的热平衡时，即达到了平衡状态，这时变压器各构件的温度会保持平稳；相反，如果无法达到平衡，就会在该部件上形成过热。
       2、变压器过热故障的分类
       变压器的过热故障概括起来共有2种分类方式：
       （1）按其形成的部位不同，有内部过热故障和外部过热故障。内部过热故障主要发生在绕组、铁芯、油箱、夹件、有载分接开关以及引线等部件上；外部过热故障主要发生在套管、冷却装置和其他外部组件上。
       （2）按变压器过热故障的性质来分，主要有以发热异常为主的发热型过热故障和以散热异常为主的散热型过热故障。
       二、变压器过热故障原因分析
       1、铁芯过热故障原因分析
       变压器运行时会在各绕组、引线和油箱之间产生不均匀的电场，而处在该电场中的铁芯、夹件等金属构件因其所处位置的不同，所形成的悬浮电位会不相等，当两点间的悬浮电位差增大到击穿其间的绝缘时，便会产生火花放电，使变压器油分解，该故障如得不到及时解决，最终就会使变压器绝缘损坏，引发事故。为了避免类似事故的发生，应对变压器的铁芯、夹件等构件实施可靠接地。当铁芯一点接地时，能保证铁芯整体均为零电位，但由于特定的原因使铁芯两点或多点接地时，在接地点之间就会构成闭合回路，并与铁芯的交变磁通相交链而产生感应电压，该电压会在其他为零电位的构件形成的回路中产生电流或环流，从而导致局部过热，导致油分解，给变压器造成危害。导致铁芯多点接地的原因主要有：
       （1）铁芯夹件绝缘、垫脚绝缘等受潮、损坏或油箱底部沉积有污泥，使绝缘电阻下降，引起铁芯与相邻构件短路，从而形成环流引起变压器局部过热；
       （2）铁芯垫片上不规整或不整齐的毛刺、翘曲与相邻夹件、垫脚搭接构成短路，而形成环流导致局部过热；
       （3）铁芯和构件存在的质量问题使铁芯接缝气隙太大，在铁芯结合部产生磁通或谐波磁通而引起局部磁通畸变和铁芯局部过饱和，从而导致铁芯局部过热。
       2、绕组过热故障原因分析
       绕组过热故障原因有：
       （1）对于带有统包绝缘的换位导线绕制的变压器，由于其绕组制造工艺不成熟，在长期运行中会逐渐出现统包绝缘膨胀、段间油道堵塞和油流不畅等问题，这会使匝绝缘得不到及时冷却而逐渐老化，最终变脆脱落，造成局部露铜，形成匝间短路，导致变压器烧损事故。
       （2）由于变压器绕组的主磁通和漏磁通沿着绕组的径向方向上的风量变化复杂，而引起涡流损耗分布不均匀，并在绕组端部达到最大，在大容量变压器中，由于漏磁密度高，形成的杂散损耗很大，从而导致过热。
       （3）由于绕组的换位不合理，导致漏磁场在绕组各并联导体上的感应电势不同，在各并联导体上产生环流，环流和工作电流在一部分导体中叠加而引起过热。
       3、分接开关过热故障原因分析
       对于调压比较频繁、负荷电流较大的调压变压器而言，在其进行频繁调压时，触头极容易磨损或腐蚀而使其接触性能降低，接触电阻变大，导致触头热量积聚而发热，而发热又反过来加剧了触头的氧化和腐蚀，如此恶性循环，最终必然会导致变压器损坏事故。
       三、变压器过热故障的诊断方法
       1、外观检查
       外观检查是通过对正常运行的变压器的声响、气味、外壳温度情况和变压器外部装置等信号的检查，从而掌握变压器各组件的工作状态，并结合已取得的数据资料或历史数据、出厂数据等进行初步分析判断。
       2、内部故障的诊断
       （1）油中溶解气体分析法
       目前，使用较为普遍的变压器主要是充油式变压器，充油式变压器在绝缘手段上运用的是油浸纸的方法，当变压器出现过热故障时，变压器内的矿物油和绝缘纸将发生裂解，产生H₂、C₂H₄、C₂H₂、C₂H₆、CO、CO₂等气体，因此利用油气分离装置把以气体从矿物油中分离出来，然后利用溶解气在线色谱分析（DGA）技术和气敏传感器等检测手段对气体成分和含量进行分析，分析数据输入“诊断系统”，利用诊断系统的分析和判断功能对该数据与变压器正常运行时的各项数据进行对比，就可以得到变压器过热故障发生的部位及严重程度。
       一般来说，变压器运行中因其存在的故障类型或性质的不同其产生的溶解气的组成成分会有所不同，不同的故障对应的气体组成如下表所示。

       （2）电气试验
       电气试验主要包括：
       ① 测量绕组直流电阻
       该方法能够掌握绕组纵绝缘和导电回路连接的情况，从而发现变压器绕组匝间短路、绕组断股、分接开关和导线接头接触不良等故障，同时还能判断直流电阻是否平衡、调压分接开关档位是否有效。
       ② 测量短路阻抗和负载损耗
       通过测得数据和出厂试验值作对应的比较，从而判断变压器绕组的变形、错位以及结构件中是否存在涡流或环流集中引起的过热缺陷情况。
       四、应对措施
       针对不同的过热原因可以采取相应的应对措施：
       （1）对于绕组结构原因引起的低压绕组故障，可将变压器低压绕组改为双螺旋结构；
       （2）尽量使连接分接开关正确连接，使螺帽紧固，防止松动导致的发热；
       （3）对于冷却器管道堵塞引起的过热应该采取定期用压缩空气或水清洗冷却器管道的方法予以防范；
       （4）为了防止漏磁引发过热故障，可以在变压器油箱内壁和绕组钢脱板上加装磁屏蔽，从而使磁通通过导磁性较好的磁屏蔽装置，避免在油箱壁中过多的损耗而引起油箱局部过热；
       （5）加强管理，避免因管理不善而导致的过热事故发生。
       五、结语
       变压器从设计、制造，一直到运输、安装、维护的各个环节中的任何一环疏忽或操作不规范，都会影响变压器投运后的可靠、稳定运行，而以上各个环节的规范操作对变压器的过热故障防范更是起着决定性的作用，因此变压器设计制造部门、安装施工部门以及运行维护部门都要采取有效措施，加强管理以预防变压器过热故障的发生。