变压器常见故障的分析与处理论文学士学位论文.doc

浅谈变压器常见故障的分析与处理

姓 名：韩树才
专 业：水电站运行与管理
部 门：宁夏服务事业部

摘要

随着国民经济的增长，社会生产力水平的提高，电力事业迅速发展，装机容量和电网规模在日益增大，一个大型的电网往往由大量的电气设备组成，不同的设备之间互相关联，紧密耦合，一方面提高了系统的自动化水平，为生产带来了可观的经济效益；另一方面，由于影响系统运行的因数剧增，使其产生故障或失效的潜在可能性越来越大。一个设备的故障常常会引起整个电网的链式反应，导致整个电网不能正常运行乃至瘫痪，各行业对电力的需求日益增加，而且对供电稳定性和可靠性的要求也越来越高，这些无不在提醒人们对电力系统中设备的运行可靠性的要求不断提高。
电力变压器是电力系统的重要输变电设备，其运行状况直接关系到发电、供电系统的安全性和可靠性。
由于长期不间断运行，电力变压器故障和事故不可能完全避免。而变压器的这些故障和事故会大大影响电力系统供电的可靠性。所以对电力变压器常见故障的分析、处理成为提高供电可靠性的重要手段。
本文主要对电力变压器及其附件常见故障进行分析和处理。

关键词：变压器；理论基础；常见故障；

目录
摘要 2
一、 引言 4
二、 理论概述 4
2.1变压器的工作原理 4
2.2变压器的分类 4
2.3变压器基本结构 4
2.4变压器的型号和额定值 6
三、变压器的常见故障 7
3.1变压器内部发出异声 7
3.2变压器油枕和防暴管喷油 7
3.3变压器油温异常 8
3.4油位异常 8
3.5冷却器异常及事故处理 9
3.6瓦斯保护动作的分析和处理 11
四、结语 12
参考文献 13

一、 引言
变压器在电力系统中地位十分重要，电力变压器的故障将直接严重地影响电网供电的可靠性，所以必须最大限度地限制变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故不可能完全避免。本文首先对变压器的工作原理、分类、基本结构等进行了分析。然后对变压器运行中的常见故障进行分析和处理。
二、 理论概述
2.1变压器的工作原理
变压器是一种静止的电磁装置，它利用电感应原理，从一个电路向另一个传递能量或传输信号的一种电气装置。常用来将一种交流电压的电能转换为同频率的另一种交流电压的电能。
2.2变压器的分类
（1）按功能分：电力变压器、特殊功能变压器（电炉变压器、整流变压器、电焊变压器）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器） 、控制变压器及无线电变压器
（2）按使用绕组数目：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器。
（3）按铁心结构：芯式变压器、壳式变压器。
（4）按冷却方式：干式变压器、油浸式变压器。
（5）按调压方式：无载调压变压器、有载调压变压器。
2.3变压器基本结构
由铁心、绕组及附件组成。
2.3.1铁心
（1）、作用：构成变压器的磁路系统，且固定绕组。
（2）、构成：由0.35mm或0.5mm厚的冷轧硅钢片叠成 ,每片硅钢片的两面涂绝缘漆膜，且冲压成一定形状。铁心分铁心柱、铁轭两部分。
（3）、装叠工艺：采用交叠式，主要使叠缝相互交叠，以减少接逢间隙，从而减少磁路的磁阻。

绕组
上铁轭
铁芯柱
下铁轭

三相芯式变压器示意图
2.3.2绕组
（1）、作用：构成变压器的电路系统；
（2）、构成：绝缘铜线或铝线在绕线模上绕制而成；
（3）、结构形式：同心式、交叠式；

2.3.3附件
包括油箱、气体继电器等
（1）油箱
油箱是油浸式变压器的外壳，变压器油起两个作用：一是作为绝缘介质起绝缘作用；二是作为散热媒介。

（2）储油柜
储油柜，可大大缩小油与空气的接触面积，降低浸泡在油中的纤维老化速度。
（3）冷却系统
对于大中型变压器冷却方式为：强迫油循环风冷却（OFAF）和强迫油导向循环风冷却（ODAF）。
2.4变压器的型号和额定值
2.4.1变压器的型号
型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为：

具体代码介绍如下：
D-单相，S-三相，J-油浸自冷，G-干式空气自冷，F-油浸风冷，FP-强迫油循环风冷，SP-强迫油循环水冷，L-绕组为铝线，Z-有载调压，SC-三相环氧树脂浇注，SG-三相干式自冷，JMB-局部照明变压器，YD-试验用单相变压器 BF(C) -控制变压器（C为C型铁芯结构，DDG-单相干式低压大电流变压器）。
2.4.2 变压器的额定值
1．额定容量
指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。
2．额定电压
指长期运行时所能承受的工作电压, 是指一次侧所加的额定电压， 是指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。
3．额定电流
指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流。
4．三者关系
单相：
三相：
三、变压器的常见故障
3.1变压器内部发出异声
变压器在正常运行时，应是均匀的“嗡嗡”声，这是由于交流电通过变压器的绕组时，在铁芯里产生周期性变化的交变磁通，随着磁通的变化，就引起铁芯的振动而发出的响声。如果产生不均匀响声或其他异声，都属不正常现象。
变压器在运行中出现强而不均匀的噪音而且震动加大，是由于铁芯的穿心螺丝夹得不紧，使铁芯松动，造成硅钢片间产生振动。振动能破坏硅钢片间的绝缘层，并引起铁芯局部过热。至于变压器内部有“吱吱”的放电声则是由于绕组或引出线对外壳放电，或是铁芯接地线断线，造成铁芯对外壳（地）感应而产生的高电压发生放电引起的，放电的电弧可能会损坏变压器的绝缘。
3.2变压器油枕和防暴管喷油
油枕喷油或防暴管膜破裂喷油表示变压器的内部已有严重损伤。喷油使油面降低到油位指示计的最低限度时，有可能引起瓦斯保护动作，使变压器三侧断路器自动跳闸。如瓦斯保护因故没有动作而使油面低于顶盖时，则引出线绝缘降低，造成变压器内部有“吱吱”的放电声，且在变压器顶盖下形成空气层，造成油质劣，此时，应切断变压器电源，以防止事故扩大。
3.3变压器油温异常
造成变压器温度异常的原因主要有以下两个方面的原因：
（1）、内部故障引起温度异常
变压器在正常负荷和正常冷却方式下，如果变压器油温不断升高，则说明变压器内部有故障，如铁芯着火和匝间短路。
铁芯着火是由涡流引起或夹紧铁芯用的穿心螺丝绝缘损坏造成的。因为涡流使铁芯长期过热而引起硅钢片间的绝缘损坏。此时，铁损增大，油温升高，使油的老化速度加快，减少了气体的排出量，所以在进行油的分析时，可以发现油中有大量的油泥沉淀，油色变暗，闪光点降低等。而穿心螺丝绝缘破坏后，会使穿心螺丝短接硅钢片，并引起绝缘油的分解，油的闪光点降低，使其失掉绝缘性能。
铁芯着火若逐渐发展，会引起油色逐渐变暗，闪光点降低，这时由于靠近着火部分温度很快升高，致使油的温度逐渐达到着火点，造成故障范围内的铁芯过热、熔化，甚至熔焊在一起。在这种情况下，若不及时断开变压器，就可能发生火灾或爆炸事故。因此，运行中的变压器，运行温度不允许超过绝缘材料所允许的最高温度。
（2）、冷却器运行部正常引起温度异常
冷却器运行不正常或发生故障，如潜油泵停运、风扇损坏、散热器管道积垢、冷却效果不良等，都会引起温度升高。此时应投入备用冷却器，对故障冷却器进行维护检查。因此，在主变压器高负荷前期必须检查维护好变压器冷却器，并对冷却器进行水冲洗，以清除积污提高散热能力。
3.4油位异常
变压器油枕油位的油位表，一般标有40℃、20℃、-30℃三条线，分别表示使用地点环境在最高、年平均温度下满负荷时和最低温度下空载时的油位线。根据这三个标志可以判断变压器在各种运行状态下的正常油位，以避免发生高温下满负荷时溢油或低温下空载时变压器内缺油现象。运行中变压器温度的变化使油体积变化，引起油位的上下位移。
常见的油位异常有两种：
1、假油位或油位高
如变压器温度变化正常，而变压器油标管内的油位不正常或不变化，则说明油枕油位时变压器的假油位原因有以下几个方面。
（1）、呼吸器堵塞，所指示的油枕不能正常呼吸；
（2）、防爆管通气孔堵塞；
（3）、油标堵塞或油位表指针损坏、失灵；
（4）、全密封油枕未按全密封方式加油，在胶囊袋与油面之间有空气（存在气压），造成假油位。
2、油位过低
油位过低或看不到油位，应视为油位不正常。当低到一定程度时，会造成轻瓦斯继电器动作。严重缺油时，会使油箱内绝缘暴露受潮，降低绝缘性能，影响散热，甚至引起绝缘事故。油位过低，一般有以下原因：
（1）、变压器严重渗漏油或长期渗漏油；
（2）、设计制造不当，油枕容量与变压器油箱容量配合不当。一旦气温过低，在低负荷时油位下降过低，则不满足运行要求；
（3）、注油不当，未按标准温度油位线加油。尤其是高压套管，此情况比较常见。
（4）、检修人员因临时工作多次放油后，而未及时补充。
3.5冷却器异常及事故处理
3.5.1冷却器全停处理
（1）冷却器全停处理的原则：
当变压器冷却器全停时，值班人员应立即汇报调度，同时迅速查找故障原因，设法尽快恢复冷却器运行。[5]在处理过程中，处理冷却器全停故障期间，应派专人密切监视变压器油温及绕组温度变化。若变压器负载大，在冷却器全停30分钟内顶层油温已接近75 ºC时，应向省调申请立即减载。若变压器负载小，在变压器冷却器全停30分钟内上层油温不会达到75 ºC应向省调申请立临时解除“冷却器全停跳三侧压板”，并允许继电运行到油眠温度达到75 ºC，但不能超过2小时。
（2）故障原因：
冷却器两路交流工作电源同时失电，即交流三相电源输入开关跳闸，或低压配电室两路交流电源失去；冷却器两路交流控制电源同时跳闸；运行中的一路交流三相电源输入开关跳闸，另一路没有自动投入。
（3）处理方法：
值班员应立即到现场检查冷控柜内交流工作电源开关是否跳闸，并查看冷却器交流控制电源开关是否跳闸。若是冷控柜内交流工作电源开关未跳闸，则应迅速到所用电低压配电室检查接于380V/220V的冷却器交流电源出线开关是否跳闸，并及时找出故障点，尽快进行处理，迅速恢复冷却器的交流工作电源。若是两路交流控制电源开关同时跳闸，应分别试送交流控制开关，并切换冷却器交流电源选择开关进行故障查找。若是运行中的一路交流三相输入开关跳闸，另一路没有自投，则应手动切换冷却器交流电源选择开关，恢复交流工作电源，再查找故障点。
3.5.2“变压器冷却器电机故障”信号出现的处理
（1）故障原因：
运行中任一组冷却器的风扇或油泵电动机热耦动作，或该组冷却器交流回路故障使交流电源开关跳闸。
（2）处理方法：
值班人员应立即到现场检查出停运的故障冷却器，同时切换已自动投入运行的备用冷却器的工作方式选择开关，使其按相对应的工作方式运行，然后将故障冷却器的工作方式选择开关置于“停止”位置，断开其交流电源开关，报告检修部门处理。
3.5.3“变压器油流低报警”信号出现的处理
故障原因可能有以下几种：
油流回路堵塞；油泵故障；油流指示器故障；冷却器回路操作不当或故障。
处理方法：
当变压器油流量低报警时，备用冷却器即自动投入运行，值班人员应到现场检查冷却器运行情况，由油流表的异常查出故障冷却器，并将已自动投运的备用冷却器的工作方式选择开关切至与故障冷却器工作方式相同的位置。然后将故障冷却器停运，报告检修部门待处理。
3.5.4“变压器冷却器电源故障”信号出现的处理
（1）故障原因：
低压配电室内冷却器交流电源一路或两路消失，或双电源监控回路故障；单组冷控柜中的开关跳闸。
（2）处理方法：
如果冷却器仍然在运行，则检查控制开关是否跳闸，备用冷却器是否投入，作好记录，汇报并通知检修人员处理；如果冷却器全部停止运行，则检查电源开关是否跳闸，并用验电笔检查工作与备用电源是否失去；若两路总电源失去或异常（如缺相），应到低压配电室作进一步检查，迅速恢复交流电源；若两路电源正常，而回路跳闸，则应将冷却器的交流电源开关断开，然后试投回路开关，若成功，则逐台投入每组冷却器的交流电源开关，以查出故障回路并进行隔离。
3.5.5“冷却器直流控制电源消失”信号出现的处理
（1）故障原因：
冷却器直流主电源失电跳闸。
（2）处理方法：
检查变压器直流开关是否跳闸，若跳闸可试送一次；检查直流分屏内“冷却器控制电源”开关是否跳闸，若跳闸可以试送一次；若无法恢复正常，应按照查直流回路的故障的方法进行处理，并汇报检修部门。
3.6瓦斯保护动作的分析和处理
正常情况下，变压器气体继电器内充满了变压器油，若气体继电器内有气体聚集并气体集积到一定程度时，会造成轻瓦斯信号动作。严重故障时，油流及气流冲动挡板会造成重瓦斯保护跳闸。
3.6.1瓦斯保护动作于信号
当瓦斯保护的信号动作时，值班人员应立即处理，复归音响信号，对变压器进行外部检查。检查项目为油枕中的油位及油色，变压器的电流、电压、温度和声音等的变化。瓦斯保护动作的原因可能是：
（1）、因滤油、加油和冷却系统不严密，致使空气进入变压器；
（2）、因温度下降和漏油致使油位缓慢降低；
（3）、因变压器故障而产生少量气体；
（4）、由于发生穿越性短路故障而引起；
（5）、由于保护装置的二次回路故障所引起。
如经外部检查未发现变压器有任何异常现象时，应查明瓦斯继电器中气体的性质。变压器故障时析出的气体，能积聚在瓦斯继电器内，所以可用取样瓶在瓦斯继电器的放气门处取样，进行试验，然后根据气体的颜色和化学成分来鉴定变压器内部故障的性质。
若瓦斯继电器所发的信号是因油分解的空气而动作，则值班人员应放出瓦斯继电器内积聚的空气，并应注意本次信号与下次信号动作的间隙时间。如果信号越来越稀，则不久信号即可消失，说明变压器无问题；如果信号动作的间隙时间逐次缩短，就表示变压器所属短路器即将跳闸，此时，值班人员应将瓦斯保护的跳闸回路切断，并报告上级值班人员进行处理，但此时如有备用变压器，则应换备用变压器投入运行。
3.6.2瓦斯保护动作于跳闸
瓦斯保护动作使变压器跳闸的原因有：
（1）变压器内部发生严重故障；
（2）油位下降太快；
（3）保护装置二次回路有故障；
（4）在某种情况下，如果变压器修理后投入，油中空气分离出来得太快，亦可能使断路器跳闸。
当瓦斯保护动作使变压器跳闸时，值班人员应先将备用变压器投入，然后将工作变压器断开并进行外部检查。检查油枕、防爆门、散热器法兰盘和导油管等处是否喷油，变压器盖子与外壳间的盘根是否因油膨胀而损坏（顺着外科流油），个焊接缝是否裂开，变压器外壳是否鼓起，最后分析气体性质是否可燃，以及采用气相色谱法进行分析，以鉴定变压器内部故障的性质。根据分析结果，应作如下处理：
（1）不准合闸
如气体可燃或在检查中发现一种外部异常现象（不论其轻重），则变压器未经内部检查，均不得合闸。因为变压器内部损坏很严重时，其外部的征象也可能并不明显。
（2）可以合闸
如气体为空气，且变压器外部有无异常现象，而又查明了瓦斯保护动作的原因，证明变压器内部无故障，此时变压器可不经内部检查而投入运行。
如果变压器有瞬时动作的过电流保护或差动保护时，则可退出瓦斯保护，即将瓦斯保护跳闸回路断开，然后将变压器投入运行。如无上述保护装置时，瓦斯保护也不准用，应把故障查明并消除后，变压器才允许运行。
如果变压器装有差动保护和瓦斯保护，而在运行中由于其中一种保护动作而把变压器断开，但是并没有明显的故障征象，而另一种保护又未动作，这时，如果因为变压器的断开影响了用户的正常供电时，则容许把变压器再投入一次。
四、结语
通过我们平常认真、全面的巡视检查，变压器在运行当中出现一些异常现象是很容易被发现的，从而有针对性的采取措施，预防事故的发生。这是运维人员的责任和义务。本次论文中我对变压器常见故障和异常进行了分析，提出了处理方法和预防措施。我想随着科技的不断进步，新的保护预警装置、检测装置将不断的更新，从而将事故消灭萌芽状态，使变压器乃至整个电力系统能够更加安全稳定地运行。由于本人的知识水平有限、工作经验不足，文章尚有不足之处，希望得到大家批评指教。

参考文献
[1] 上海超高压输变电公司 变电运行 中国电力出版社 2005
[2] 艾新法 变电站异常运行处理及反事故演习 中国电力出版社 2009
[3] 兰州 超高压输变电公司 变电运行规程（试行） 超高压输变电公司总经理工作部2008
[4] 国家电网公司人力资源部 变电运行（330kV） 中国电力出版社 2010

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