變壓器過(guò)熱原因分析及故障診斷

變壓器過(guò)熱故障是常見(jiàn)的多發(fā)性故障，對變壓器的安全運行帶來(lái)嚴重威脅，因此引起現場(chǎng)的廣泛關(guān)注。

變壓器過(guò)熱的原因

⑴繞組過(guò)熱

近十幾年來(lái)，為降低變壓器損耗，各制造廠(chǎng)先后采用了帶有統包絕緣的換位導線(xiàn)繞制變壓器繞組。由于早期國內對換位導線(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)尚未全面掌握，使之采用換位導線(xiàn)的變壓器在運行十年左右出現了統包絕緣膨脹。段間油道堵塞、油流不暢，匝絕緣得不到充分冷卻，使之嚴重老化，以致發(fā)糊、變脆，在長(cháng)期電磁振動(dòng)下，絕緣脫落，局部露銅，形成匝間(段間)短路，導致變壓器燒損事故。例如，東北電網(wǎng)某臺240MVA的升壓變壓器，正常運行負荷率為90%左右，上層油溫一般不超過(guò)70℃。1988年以來(lái)，對該變壓器進(jìn)行糠醛分析，發(fā)現絕緣有老化現象。運行中油色譜分析表明， CO和 CO2的絕對值及增長(cháng)率均比較高。1992年6月在正常運行中，主變壓器輕、重瓦斯保護動(dòng)作，防爆筒噴油，吊出高壓繞組檢查后發(fā)現：故障發(fā)生在 A相低壓繞組下數第3～4段最外一組換位導線(xiàn)，有數根燒熔。經(jīng)進(jìn)一步檢查，發(fā)現低壓繞組上、下兩端 l～5段均有燒焦痕跡，并有露銅現象。導線(xiàn)段間絕緣紙均已燒糊，第6～8段絕緣呈深紅色。此單半螺旋繞組半螺旋處1.5mm油道已全部堵死，4.5mm油道也僅能插進(jìn)1.4mm紙板。

另外，繞組材料本身的質(zhì)量不良，也會(huì )導致過(guò)熱現象。例如，某局的一臺 SF7一8000/35型變壓器，1994年安裝并投運后發(fā)現：該變壓器所帶的負荷與5600kVA變壓器相同的情況下，其溫度比5600kVA的變壓器高10℃左右，在環(huán)境溫度高于5℃時(shí)，只要變壓器投人，不論負荷大小(最大負荷4500kW〕，風(fēng)扇電機一直啟動(dòng)(啟動(dòng)風(fēng)扇溫度整定為50℃，此時(shí)變壓器油溫高于50℃)，這說(shuō)明該變壓器一直存在隱性過(guò)熱故障。吊罩后，解體拔包檢查發(fā)現，B相低壓側繞組第 l、4餅有明顯過(guò)熱現象，絕緣紙已變?yōu)榘岛稚?，拆開(kāi)檢查，發(fā)現匝間有小毛刺漏銅點(diǎn)，但匝間并沒(méi)有完全短路，所以，故障電流并不大，緩慢發(fā)熱，以致油溫升高。

⑵分接開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸不良

在有載調壓變壓器中，特別是調壓頻繁、負荷電流較大的變壓器，在頻繁的調動(dòng)中會(huì )造成觸頭之間的機械磨損、電腐蝕和觸頭污染，電流的熱效應會(huì )使彈簧的彈性變弱，從而使動(dòng)、靜觸頭之間的接觸壓力下降。接觸壓力減小，會(huì )使觸頭之間的接觸電阻增大，從而導致觸頭之間的發(fā)熱量增大，由于發(fā)熱又加速觸頭表面的氧化腐蝕和機械變形，形成惡性循環(huán)，如不及時(shí)處理，往往會(huì )使變壓器發(fā)生損壞事故。例如，某化工廠(chǎng)的800OkVA有載整流變壓器，由于疏忽了有載分接開(kāi)關(guān)粗調部分的接觸問(wèn)題，接觸電阻不斷增大、發(fā)熱，逐漸形成動(dòng)、靜觸頭之間的金屬熔化、蒸發(fā)，環(huán)氧樹(shù)臘絕緣支架碳化，最后在調壓過(guò)程中起弧引起相間短路，變壓器爆炸起火，而發(fā)生變壓器損壞事故。

在無(wú)載調壓變壓器中，分接開(kāi)關(guān)接觸不良，也會(huì )使其觸頭表面腐蝕、氧化，或觸頭之間的接觸壓力下降使接觸電阻增大，而形成變壓器的過(guò)熱性故障。例如某局的一臺35kV、18MVA變壓器，曾發(fā)生過(guò)因分接開(kāi)關(guān)接觸不良、發(fā)熱，最后導致變壓器分接開(kāi)關(guān)燒流，變壓器氣體繼電器動(dòng)作，迫使變壓器停運。

⑶引線(xiàn)故障

①引線(xiàn)分流故障

這種故障較多，東北電網(wǎng)1989～1993年的統計，約占總故障的10%。這些故障多發(fā)生在66kV套管上，一方面66kV側電流較大，另一方面66kV引線(xiàn)大多不是直順套管方向進(jìn)入導管，因此，未包任何絕緣的引線(xiàn)與導管接觸，造成分流，產(chǎn)生熱故障。其原因如下：引線(xiàn)電纜外表半疊包的白布帶，經(jīng)過(guò)制做中工序的傳遞和引線(xiàn)裝配，多數已不緊密和不完整。某些制造廠(chǎng)，甚至完全不要這一層白布帶。而對較長(cháng)的引線(xiàn)，在裝配時(shí)，如電纜施壓后造成裸銅絞線(xiàn)與套管的銅管內壁靠接，這就形成了一個(gè)閉合回路。當引線(xiàn)中通過(guò)電流時(shí)，引線(xiàn)周?chē)阌写艌?chǎng)且有磁通，引線(xiàn)的交變電流產(chǎn)生交變磁通，即會(huì )在這個(gè)回路中感應出電勢。由于大容量變壓器每相的電流很大，相應的引線(xiàn)周?chē)拇磐ㄒ约案袘碾妱菀脖容^大。閉合回路，由于路徑較短，而導線(xiàn)截面較大，即電阻較小，流過(guò)回路的電流較大。

相對來(lái)講，回路中裸露電纜與銅管靠接的局部接觸電阻是比較大的，當很大的回路電流通過(guò)時(shí)必將發(fā)熱。由故障實(shí)例可知，銅管熔成凹形坑現象，說(shuō)明過(guò)熱點(diǎn)的溫度已達 l000℃以上。

②引線(xiàn)接頭過(guò)熱

引線(xiàn)接頭(將軍帽)過(guò)熱也是多發(fā)性故障。例如，東北電網(wǎng)某局的一臺主變壓器，總烴為455.9μl/l，乙快為4.23μl/l。吊檢發(fā)現66kV A相套管穿纜引線(xiàn)頭過(guò)熱，焊錫流出滴到夾件和壓件上;又如，某臺主變壓器， B相套管頭部發(fā)熱，經(jīng)檢查，將軍帽螺扣配合不良，將螺扣燒壞5～6扣，造成過(guò)熱。

③引線(xiàn)斷股

某臺DFL一60000/220型單相變壓器，1990年5月開(kāi)始發(fā)現色譜分析結果異常，熱點(diǎn)溫度可能高于 l000℃，直到1993年5月進(jìn)行大修時(shí)才發(fā)現，該變壓器中性點(diǎn)套管內的引線(xiàn)有兩股燒斷、三股燒傷(共35股、截面240mm2，其原因是在1989年5月檢修中，更新該中性點(diǎn)套管時(shí)引線(xiàn)(銅辮子)向上拉比較別勁，使引線(xiàn)外層半迭繞白布帶脫落，裸辮子引線(xiàn)與套管內的銅管內壁相碰，發(fā)生分流、放電、過(guò)熱。

⑷漏磁導致過(guò)熱

變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無(wú)論主磁通或漏磁通，可分為軸向分量和徑向分量。軸向分量分布較簡(jiǎn)單，沿繞組高度變化較小。徑向分量沿繞組高度分布復雜，由它引起渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器的容量變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化。尤其在端部變化大.其最大值出現在端部附近。由于變壓器的內繞組離鐵芯近，漏磁的徑向值高于外繞組。若變壓器繞組為低、中、高排列，則低壓繞組的徑向漏磁高。

在大型變壓器中，由于漏磁密度高，所以產(chǎn)生的雜散損耗很大，有時(shí)可達數百千瓦，導致局部過(guò)熱現象。例如，某臺SFPS—120000/220型變壓器出現的過(guò)熱現象就是低壓側j箱壁漏磁嚴重所致。又如，某 SZL7一6300/35型變壓器，由雜散磁通在鐵芯上、下夾件拉桿上的個(gè)別部位形成磁密高度集中，產(chǎn)生局部過(guò)熱，并導致絕緣油色譜分析結果異常。

⑸冷卻裝置風(fēng)路堵塞

冷卻裝置風(fēng)路堵塞引起的過(guò)熱現象也時(shí)有報導。例如，某臺 OSFPSL—120000/220型變壓器，運行11年均正常。1992年8月28日油溫突然上升，由原來(lái)的42℃左右增加到90℃左右。與同容量的變壓器比較溫升相差很大，但電氣試驗結果正常。通過(guò)對外觀(guān)檢查發(fā)現，風(fēng)冷卻器散熱管的翅片間積滿(mǎn)了灰塵(長(cháng)期運行從未清洗過(guò))，已將間隙堵死，電風(fēng)扇的風(fēng)已無(wú)法吹到教熱管上，致使變壓器的溫度不斷升高。經(jīng)沖洗后油溫一直在40℃左右。又如，某臺DSFPSL一90000/220型變壓器，上層油溫偏高，曾達80～90℃，檢查發(fā)現散熱器風(fēng)道縫隙被雜物堵塞，影響正常散熱，用高壓水槍沖洗后，油溫降到60℃，恢復正常。

⑹風(fēng)扇工作不正常

風(fēng)扇工作不正常主要包括，

①風(fēng)扇反轉

某局的一臺主變壓器，由于冷卻系統在檢修時(shí)將電源接反，造成風(fēng)扇反轉，使冷卻效果降低，油溫比帶同樣負載的另一臺主變壓器高15℃，查明原因糾正后，溫度恢復正常(兩臺主變壓器溫度只差1℃)。

②啟動(dòng)風(fēng)扇設定值錯誤

某臺SFY7一63000/110型主變壓器(法國專(zhuān)利)，運行在某牽引變電所。在運行中發(fā)現其CO/CO2=0.68，屬于異常?？扇夹詺怏w總量也屬“注意值”之列，且其增加趨勢已為異常。顯然，主變壓器存在早期熱性故障。檢查發(fā)現，啟動(dòng)風(fēng)扇的溫度為75℃(在 ASEA圖紙上也是75℃CONTROL)。它不符合鐵道部頒發(fā)的《牽引變電所運行檢修規程》，規程第36條規定：風(fēng)冷式變壓器當其上層油溫超過(guò)55℃時(shí)應啟動(dòng)風(fēng)扇。本臺主變壓器為油浸風(fēng)冷式，由于啟動(dòng)風(fēng)扇的設定值錯誤，導致主變壓器不能風(fēng)冷散熱。因而出現熱性故障。

③風(fēng)扇等失去電源

某發(fā)電廠(chǎng)的一臺主變壓器為三側三繞組強迫油循環(huán)風(fēng)冷有載調壓變壓器，三側容量比為180000/120000/180000kVA，三側電壓比為231土8×1.25%/121/13.8kV，B級絕緣，允許最高溫度為120℃。在運行中發(fā)現釋壓閥動(dòng)作噴油，主變壓器本體上層油溫超過(guò)l00℃。反復檢查發(fā)現，主變壓器冷卻器電源的 B、C相保險熔斷，而使其風(fēng)扇和潛油泵停止運轉。但由于溫度過(guò)高，發(fā)信號回路的保險熔斷不能正常發(fā)信號。最后導致主變壓器過(guò)熱冒油。