电力变压器故障分析与诊断摘要: 电力变压器是电力系统中最核心的设备之一,它承当着电压变换,电能分派和传播，并提供电力服务。因此，变压器的正常运营是对电力系统安全、可靠、优质、经济运营的重要保证，必须最大限度地避免和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运营，故障和事故总不也许完全避免，且引起故障和事故又出于众多方面的因素。如外力的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害,安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中遗留的设备缺陷等事故隐患,特别是电力变压器长期运营后导致的绝缘老化、材质劣化及预期寿命的影响,已成为发生故障的重要因素。同步，部分工作人员业务素质不高、技术水平不够或违章作业等，都会导致事故或导致事故的扩大,从而危及电力系统的安全运营核心词： 电力变压器故障 电力系统 分析诊断第一章 变压器故障 油浸电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的多种故障，其重要类型有：各相绕组之间发生的相问短路、绕组的线匝之间发生的匝问短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的多种故障，其重要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地 由于变压器故障波及面较广，具体类型的划分方式较多,如从回路划分重要有电路故障、磁路故障和油路故障。若从变压器的主体构造划分,可分为绕组故障、铁心故障、油质故障和附件故障。同步习惯上对变压器故障的类型一般是根据常用的故障易发区位划分,如绝缘故障、铁心故障、分接开关故障等。而对变压器自身影响最严重、目前发生机率最高的又是变压器出口短路故障,同步还存在变压器渗漏故障、油流带电故障、保护误动故障等等。所有这些不同类型的故障,有的也许反映的是热故障,有的也许反映的是电故障，有的也许既反映过热故障同步又存在放电故障,而变压器渗漏故障在一般状况下也许不存在热或电故障的特性。 因此,很难以某一范畴规范划分变压器故障的类型，本书采用了比较普遍和常用的变压器短路故障、放电故障、绝缘故障、铁心故障、分接开关故障、渗漏油气故障、油流带电故障、保护误动故障等八个方面,按各自故障的成因、影响、判断措施及应采用的相应技术措施等，分别进行描述。第一节短路故障 变压器短路故障重要指变压器出口短路,以及内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的故障。 变压器正常运营中由于受出口短路故障的影响，遭受损坏的状况较为严重。据有关资料记录,近年来，某些地区k及以上电压级别的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故,约占所有事故的50以上,与前几年记录相比呈大幅度上升的趋势。此类故障的案例诸多，特别是变压器低压出口短路时形成的故障一般要更换绕组，严重时也许要更换所有绕组,从而导致十分严重的后果和损失，因此,尤应引起足够的注重。 出口短路对变压器的影响，重要涉及如下两个方面。1短路电流引起绝缘过热故障 变压器突发短路时，其高、低压绕组也许同步通过为额定值数十倍的短路电流,它将产生很大的热量,使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差，会使变压器绝缘材料严重受损,而形成变压器击穿及损毁事故。 变压器发生出口短路时,短路电流的绝对值体现式为 (1-1)式中(n)短路类型的角标； 比例系数,其值与短路类型有关;所求短路类型的正序电流绝对值。 不同类型短路的正序电流绝对值体现式为 (-)式中E故障前相电压 Xl等值正序阻抗附加阻抗。变压器的出口短路重要涉及:三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等几种类型。据资料登记表白,在中性点接地系统中,单相接地短路约占所有短路故障的5，两相短路约占105%，两相接地短路约占1一0,三相短路约占5，其中以三相短路时的短路电流值最大，国标GBl045-85中就是以三相短路电流为根据的。忽视系统阻抗对短路电流的影响，则三相短路体现式为 （1-3）式中/；I三相短路电流； U变压器接人系统的额定电压 Zt-变压器短路阻抗; I变压器额定电流； UN变压器短路电压百分数。 对2V三绕组变压罪而言，高压对中、低压的短路阻抗一般在10%一3%之间,中压对低压的短路阻抗一般在10如下,因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流致使变压器绝缘材料受热损坏。 2.短路电动力引起绕组变形故障 变压器受短路冲击时,如果短路电流小,继电保护对的动作,绕组变形将是轻微的;如果短路电流大，继电保护延时动作甚至拒动,变形将会很严重，甚至导致绕组损坏。对于轻微的变形,如果不及时检修，恢复垫块位置，紧固绕组的压钉及铁轭的拉板、拉杆，加强引线的夹紧力，在多次短路冲击后，由于累积效应也会使变压器损坏。因此诊断绕组变形限度、制定合理的变压器检修周期是提高变压器抗短路能力的一项重要措施。 绕组受力状态如图11、图12所示。由于绕组中漏磁中。的存在,载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在绕组忽然短路时，电动力最严重。漏磁一般可分解为纵轴分量月和横轴分量月,。纵轴磁场月使绕组产生辐向力,而横轴磁场月使绕组受轴向力。轴向力使整个绕组受到张力1,在导线中产生拉伸应力。而内绕组受到压缩力P2,导线受到挤压应力。图1变压器绕组漏磁及受力示意图 图l2变压器绕组受力分析图 轴向力的产生分为两部分，一部分是由于绕组端部漏磁弯曲部分的辐向分量与载流导体作用而产生。它使内、外绕组都受压力:由于绕组端部磁场最大因而压力也最大，但中部几乎为零，绕组的另一端力的方向变化。轴向力的另一部分是由于内外安匝不平衡所产生的辐向漏磁与载流导体作用而产生,该力使内绕组受压，外绕组受拉;安匝不平衡越大,该轴向力也越大。 因此,变压器绕组在出口短路时，将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩,这种由电动力产生的机械应力,也许影响绕组匝间绝缘，对绕组的匝间绝缘导致损伤;而辐向电动力使绕组向外扩张,也许失去稳定性，导致相间绝缘损坏。电动力过大，严重时也许导致绕组扭曲变形或导线断裂。 对于由变压器出口短路电动力导致的影响，判断主变压器绕组与否变形，过去只采用吊罩检查的措施,目前某些单位采用绕组变形测试仪进行分析判断,获得了某些现场经验，如有些地区选用TD1型变压器绕组变形测试仪进行现场测试检查,通过对主变压器的高、中、低压三相的九个绕组分别施加l0k至lk高频脉冲，由计算机记录脉冲波形曲线并储存。通过彩色喷墨打印，将波形绘制出图,显示正常波形与故障后波形变化的对比和分析，实验人员根据该仪器特有的频率和波形，能比较科学地精确判断主变压器绕组变形状况。 对于变压器的热稳定及动稳定，在给定的条件下，仍以设计计算值为检查的根据,但计算值与实际值究竟有无误差，尚缺少研究与分析，一般状况下是以设计值不小于变压器实际承受能力为准的。目前逐渐开展的变压器突发短路实验,将为检查设计、工艺水平提供重要的根据。变压器低压侧发生短路时，所承受的短路电流最大，而低压绕组的构造一般采用圆筒式或螺旋式多股导线并绕,为了提高绕组的动稳定能力，绕组内多采用绝缘纸筒支撑,但有些厂家仅考虑变压器的散热能力，对于其动稳定，则只要计算值可以满足规定,便将支撑取消，于是当变压器遭受出口短路时，由于动稳定能力局限性，而使绕组变形甚至损坏。 3绕组变形的特点通过检查发生故障或事故的变压器进行和事后分析，发现电力变压器绕组变形是诱发多种故障和事故的直接因素。一旦变压器绕组已严重变形而未被诊断出来仍继续运营,则极有也许导致事故的发生，轻者导致停电,重者将也许烧毁变压器。致使绕组变形的因素,重要是绕组机械构造强度局限性、绕制工艺粗糙、承受正常容许的短路电流冲击能力和外部机械冲击能力差。因此变压器绕组变形重要是受到内部电动力和外部机械力的影响,而电动力的影响最为突出,如变压器出口短路形成的短路冲击电流及产生的电动力将使绕组扭曲、变形甚至崩溃。 ()受电动力影响的变形。 1)高压绕组处在外层,受轴向拉伸应力和辐向扩张应力，使绕组端部压钉松动、垫块飞出，严重时，铁轭夹件、拉板、紧固钢带都会弯曲变形，绕组松弛后使其高度增长。 2)中、低压绕组的位置处在内柱或中间时,常受到轴向和辐向压缩力的影响,使绕组端部紧固压钉松动，垫块位移；匝间垫块位移,撑条倾斜,线饼在辐向上呈多边形扭曲。若变形较轻,如5kv线饼外圆无变形,而内圆周有扭曲，在辐向上向内突出,在绕组内衬是软纸筒时这种变形特别明显。如果变压器受短路冲击时，继电保护延时动作超过s，变形更加严重，线饼会有较大面积的内凹、上翘现象。测量整个绕组时往往高度减少，如果变压器继续投运，变压器箱体振动将明显增大。 3)绕组分接区、纠接区线饼变形。这是由于分接区和纠接区（一般在绕组首端)安匝不平衡,产生横向漏磁场，使短路时线饼受到的电动力痹积常区要大得多，因此易产生变形和损坏。特别是分接区线饼，受到有载分接开关导致的分接段短路故障时,绕组会变形成波浪状,而影响绝缘和油道的畅通。 4)绕组引线位移扭曲。这是变压器出口短路故障后常发生的状况,由于受电动力的影响，破坏了绕组引线布置的绝缘距离。如引线离箱壁距离太近,会导致放电，引线间距离太近，因摩擦而使绝缘受损，会形成潜伏性故障，并也许发展成短路事故。 ()受机械力影响的变形。 变压器绕组整体位移变形。这种变形重要是在运送途中,受到运送车辆的急刹车或运送船舶撞击晃动所致。据有关报道，变压器器身受到不小于3(g为重力加速度)重力加速的冲击,将也许使线圈整体在辐向上向一种方向明显位移。 4技术改善和减少短路事故的措施 基于上述，为避免绕组变形,提高机械强度，减少短路事故率，些制造厂家和电力顾客提出并采用了如下技术改善措施及减少短路事故的措施。(1)技术改善措施。1)电磁计算方面。在保证性能指标、温升限值的前提下,综合考虑短路时的动态过程。从保证绕组稳定性出发，合理选择撑条数、导线宽厚比及导线许用应力的控制值，在进行安匝平衡排列时根据额定分接和各级限分接状况整体优化,尽量减小不平衡安匝。考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍，因此尽量使作用在内绕组上的轴向外力方向与轴向力的方向相反。 2)绕组构造方面。绕组是产生电动力又直接承受电动力的构造部件，要保证绕组在短路时的稳定性,就要针对其受力状况,使绕组在各个方向有牢固的支撑。具体做法如在内绕组内侧设立硬绝缘筒，绕组外侧设立外撑条,并保证外撑条可靠地压在线段上。对单螺旋低压绕组首末端均端平一匝以减少端部漏磁场畸变。对等效轴向电流大的低压和调压绕组，针对其相应的电动力,采用特殊措施固定绕组出头,并在出头位置和换位处采用适形的垫块,以保证绕组稳定性。 3)器身构造方面。器身绝缘是电动力传递的中介,要保证在电动力作用下,各方向均有牢固的支撑和减小有关部件受力时的压强。在设计时采用整体相套装构造,内绕组硬绝缘筒与铁心柱间用撑板撑紧.以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上；合理布置压钉位置和选择压钉数量，并设计副压板，以减小压钉作用到绝缘压板上的压强和压板的剪切应力。 4）铁心构造方面。轴向电动力最后作用在铁心框架构造上。如果铁心固定框架浮现局部构造失稳和变形,将导致绕组失稳而变形损坏。因此，设计铁心各部分构造件时，强度要留有充足的裕度,各部件间尽量采用无间隙配合和互锁构造，使变