电力变压器故障原因分析.docx
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电力变压器故障原因分析
[摘要]分析电力变压器故障原因及征象,及时地发现变压器的故障前兆,预测故障以防止故障带来的损失。
[关键词] 变压器 故障分类 故障征兆 原因分析
电力变压器是电力系统广泛应用而又昂贵的最重要的电器设备之一,在电
力系统中处于枢纽地位,它的安全可靠运行对整个电力系统的安全稳定运行有关键性影响。
据统计仅1985-1990年15年间,全国就有140台110千伏及以上的变压器发生重大事故,其中有21台被完全烧毁[1](电力系统事故统计)
。
这就凸显了变压器故障预防的重要性。
因此,了解电力变压器的各种故障,清楚变压器的故障原因,及时了解电力变压器内部运行情况并发现故障苗头,在故障前把隐患消除,对保证变压器安全、可靠、优质运行有十分重要的意义。
1、变压器的故障分类
变压器结构复杂,会发生故障的部位和原因很多,因此,故障种类也很多。
分类方法不同,变压器的故障类型也不一样。
如按故障原因分为击穿故障、过热故障、放电故障、受潮故障和绕组变形故障;按故障发生部位可分为磁路中的故障、绕组中的故障、绝缘中的故障和结构件中发生的故障。
2、变压器的故障原因及早期预兆
变压器故障主要是因为绝缘材料的劣化,其主要原因是由于正常及过负荷
下的热劣化,由于雷击、开闭冲击过电压造成的电场劣化,以及外部断路时的电磁、机械力造成的机械劣化。
绝缘劣化最终造成绝缘破坏,过电流烧损[4]
。
其早期征兆主要有:
⑴由热裂化引起的征兆:
绝缘纸的抗拉强度下降;绝缘纸的平均聚合度下降;油中分解气体的产生;油中水分产生;绝缘分解液体出纳五糠醛生成;电气特性的变化;绝缘物变色⑵由电场劣化引起的征兆:
局部放电起始电压下降;局部放电产生;分解气体产生⑶由机械劣化引起的征兆:
物理损伤。
3、变压器的故障原因分析
3.1磁路中的故障原因
在变压器铁心的紧固结构中,铁心、铁轭及夹件中出现的故障是由以下几点原因造成的。
3.1.1加紧铁心柱和铁轭叠片的穿心螺杆的绝缘件击穿,引起铁心叠片局部短路,从而产生很大的局部涡流,涡流会产生热量,所以有时会烧坏整台铁心。
此热量也可能烧焦绕组的绝缘和铁心叠片之间的绝缘而引起相邻绕组的的匝间短路。
3.1.2铁心夹件及连接铁心结构的螺栓由于电磁力的作用而引起的震动,将削弱铁心绝缘和铁心片之间的绝缘,铁轭与铁轭夹件之间的绝缘也可能产生损坏,从而引起很大的循环涡流,产生巨大的热量,危及铁心和绕组的绝缘,而且会增加变压器的铁损。
3.1.3在加工过程中,由于连续使用磨损的工具,所以铁心及铁轭叠片的边缘可能产生毛刺。
毛刺可使铁心叠片产生局部短路,由此产生的涡流会使铁心产生局部过热。
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3.1.4铁心叠片间夹杂金属物质或铁心叠片产生微小的弯折,会引起强烈的局部涡流,从而使变压器的铁心产生局部过热。
3.1.5高压试验变压器,上铁轭采用对接结构,铁心心柱与铁轭之间的缝隙如果不正常,则在对接缝隙处可能会产生严重的涡流,强烈过热,使与缝隙相邻的心柱和铁轭烧坏。
3.1.6一些变压器由于结构中铁轭的高度较小,磁通相对接缝的角度与正常情况下大不相同,结果局部涡流增加,加重了缝隙过热。
3.1.7变压器空载合闸时,变压器铁心中的高磁密往往会引起很大的空载合闸励磁电流,会产生很大的电磁力,会使绕组变形,如果重复合闸,绕组可能错位。
3.1.8如果变压器具有中间出线和中性点作为直流中性点,但又没能使绕组平衡,那么变压器中性点两侧的绕组里的直流安匝数就不能互相补偿,这样一来,铁心在前半周内要饱和而在下半周内又相应欠励,于是铁心就要被加热到某一温度,这种过热会使绕组绝缘变脆,并可能从导线上脱落,同时绝缘油中形成的油泥的情况也会比较严重,影响变压器散热。
3.1.9磁路中的高磁密将产生相当大的高次谐波或电流,对变压器产生极坏的影响。
三次谐波的影响局限于星型/星型,星型/曲折形,曲折形/星型绕组的连接结构。
对后两者的情况,只需考虑星型连接的一侧。
当变压器的中性点不直接接地时,相电压将包含很大的三次谐波分量,其数值可达到基波的60%或更高些,变压器可能达到很高的温度,损坏绕组和铁心绝缘。
继续运行下去,变压器的绝缘油中将产生油泥,这种变压器过热不必接负荷就可能发生,这时的铁耗是正常情况下的3倍。
3.1.10如果系统负荷的需要必须大幅提高变压器的施加电压时,为了避免铁心磁通高度的饱和,必须同时提高频率,否则铁心将高度饱和并增加铁耗,导致铁心过热。
3.2绕组中的故障原因
造成绕组,纵绝缘,和端子中的故障的原因有:
3.2.1在绕组绕制时如果纸包扁铜线或者纸包扁铝线的棱曲率半径较小,当变压器的绕组因短路、突然接入电网而遭到电磁力冲击和当变压器在负荷下发生震动时,导线的陡棱切断绝缘而导致相邻线匝的直接接触,造成相邻匝间短路。
3.2.2曾遭受过出口短路的变压器绕组的一匝或多匝导线发生错位,可能造成匝间短路。
3.2.3矩形导线上包绕的绝缘纸可能达不到所要求的紧度,因此产生隆起现象,使导线形状发生变形,这种变形有时要引起匝间短路。
如果导线的棱曲率半径较小,这种现象就越发越严重。
3.2.4绕组的绝缘由于空气带入的水分或者油中带有水分而受潮时,迟早要发生匝间短路。
如果绕组未经良好的干燥处理和浸渍。
更容易发生匝间击穿。
3.2.5当使用薄的带状导体在绝缘桶上立绕单螺旋或双螺旋绕组时,由于这种绕组的机械强度低,加上线匝的覆盖面位于绝缘筒表面的法线方向,当系统发生短路时,绕组极易损坏。
3.2.6大多绕组绝缘的机械强度随机械压力的增加而降低,当负荷发生迅速波动,绕组遭受电或磁的冲击时,绕组导线的膨胀和收缩将使匝间的绝缘上所承受的机械力交替的增大和减少,绝缘极易损坏。
3.2.7多根并联连续式绕组,它的幅向尺寸与轴向尺寸的比值过大,如果油道过窄,将在绕组内侧产生过热点,使导线绝缘产生脆化,引起匝间短路。
同时并联导线常常为矩形且窄边绕组的导线垂直与漏磁通,导线中将流过极大的涡流,因此在绕组中产生过热点,使绕组绝缘产生热击穿。
3.2.8绕组内部的导线的焊接质量不佳,当变压器承担大负荷时,绕组过热。
导致绝缘油的局部炭化。
接头处产生的热量传导到绕组的一段导线上,并可局部炭化导线绝缘,最终导致匝间短路。
这样的接头迟早要断开造成绕组的断路。
3.2.9当圆式绕组带有分接头时,安匝不平衡是不可避免的。
当变压器发声外部短路时,除产生幅向力外,还产生作用于绕组上的轴向力,该轴向力引起端部线段变形。
3.2.10绕组匝间短路及绕组对地短路的原因有三个方面:
①当雷电及网络的冲击波侵入变压器时,在变压器与线路的过渡冲击处冲击阻抗有变化,绕组的端部容易产生电流和电压的传输波的反射现象。
其结果是在变压器绕组中产生高电压,绕组的绝缘被击穿。
②正常的开合闸、雷电冲击或对地弧光放电都可能产生冲击波,由冲击波引起的过电压可能在开口的分接处,或绕组中冲击中产生阻抗的任意点,引起匝间短路。
③当把一只感应绕组从线路中切除,或者迅速冷却遮断电弧时,会使铁心中的磁通很快衰减,其衰减速率与周期变化率相比较大,结果在变压器上产生电压升高。
3.2.11严重的持续过载可在整台变压器中引起过高温升,油道窄小加剧变压器的过热现象,造成绝缘变脆,同时可能产生导线绝缘脱落因而导致匝间短路。
绝缘油中产生油泥将覆盖在绕组和铁心上,引起散热不良,过热严重。
3.3绝缘中的故障原因
出现在绝缘油和主绝缘中的故障有以下几点原因:
3.3.1由于变压器没有全密封,或胶囊、隔膜漏气,使潮气进入绝缘油中,减低了绝缘油的的绝缘强度,从而引起绕组或引线对油箱或铁心构件击穿,但绕组绝缘受潮是最显著的。
3.3.2变压器中经常把介电常数不同的绝缘材料串联使用,如果绝缘材料的厚度搭配不合理,那么它们将承受极大的电场强度,因电晕放电或过热可以导致某种绝缘材料的损坏。
3.3.3绝缘油中悬浮物里面的粒子在有电位差的裸导线之间形成“小桥”,引起暂时的电气击穿。
3.3.4长时间的过载引起绝缘油的老化,油温过高加快油泥、水分和酸的形成。
3.3.5油面下降,不能保证油处于规定位置,冷却油循环受限而产生过热。
3.3.6绕组表面及器身上可能会遗留金属材料,对爬电距离产生影响。
3.3.7一次绕组和二次绕组间放置的地屏往往引起边缘处产生电场强度集中,使得绝缘局部承担电场强度过大,使高压绕组到地屏有击穿点,从而导致铁心柱上的高压绕组毁坏。
3.3.8绝缘成型件表面脏污导致表面放电,使绝缘材料失效。
或绝缘件吸附气体导致气体电离,使介质产生过热,绝缘被击穿。
3.3.9木制的支架及线夹未经过充分的干燥及浸渍,水分的存在形成“小桥”,导致分接引线之间的绝缘击穿。
3.4结构件中发生的故障原因
3.4.1变压器装有压力调节装置,绕组上的压紧力应随着运行过程绝缘的
收缩情况进行调整,但必须采取适当的措施防止绕组压紧装置的任何部分或部件形成短路匝。
压紧装置一般包括正反压钉,以及压钢板,压钉于压钢板之间的绝缘应良好,且钢板应开口。
3.4.2由与气体继电器未充油,或未校验,继电器误动。
或缺乏正确的动作,油箱内发生故障时,造成变压器严重击穿。
3.4.3当系统产生外部短路时,由于从绕组至接线端子的引线支撑不牢及拉的不紧,可引起引线变形和互相接触。
3.4.4强油水冷的变压器,如果水压大于油压,当冷却管路发生渗漏时冷却水渗入油中引起故障。
3.4.5套管瓷套的表面沉积有灰尘和盐雾时,会引起套管的闪络。
高压电容式套管由于各级所承担的电场强度过大,纸绝缘产生严重老化及损坏,结果导致套管被击穿。
3.4.6强油循环冷却的变压器由于冷却器故障,而导致变压器的油温急剧升高,如果没有紧急措施,导致变压器发生故障[17]。
综上所述,电力变压器的结构复杂,发生故障的部位和原因也很多,熟悉变压器故障的种类,原因及现象,对正确分析和判断变压器的故障有很重要的作用。
参考资料
1、尹绍武等.《实用电工技术问答[M]》.内蒙古人民出版社 1992
2、邹俭等 《变压器运行技术问答》 中国电力出版社 2003
3、王文胜等 《变电检修技术问答》 中国电力出版社 2003
电力变压器故障原因分析
单位:
宁夏伊品生物工程股份有限公司姓名:
阮文华
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