变压器故障类型和原因及检测方法的探讨

浅谈变压器故障类型和原因及检测方法
摘要:本文就变压器一些常见故障进行介绍和分析,针对变压器常见的故障提出相应的检测方法
关键词:变压器故障原因检测
1.引言
变压器是电网中的重要设备之一。

虽配有避雷器、差动、接地等多重保护,但由于内部结构复杂、电场及热场不均等诸多因素,维护不当事故仍然会发生。

经常对设备进行检测,并加强日常的维护和保养,会对电力设备起到极其重要的作用,从而使电力供应更加安全可靠。

2.变压器常见故障类型和原因
变压器故障类型较多,及面较为广泛。

综合划分为多种方式，按回路划分为电路故障、磁路故障、油路故障。

按变压器结构划分为油箱外的故障和油箱内的故障；油箱内的故障可划分为绕组故障、铁芯故障，油质故障和附件故障，油箱外的故障主要套管故障。

根据故障易发区划分为绝缘故障、铁心故障、分接头开关故障。

2.1短路故障
变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组层间和匝间短路和对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的故障。

变压器正常运行中由于受出口短路故障的影响，遭受损坏的情况较为严重。

这类故障的案例很多，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，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此，应引起足够的重视。

短路故障的原因主要变压器受到短路冲击，如果短路电流小，继电保护正确动作，绕组变形轻微；如果短路电流大，继电保护有可能拒动，变形将会很严重，甚至造成绕组损坏。

对轻微的变形，应及时检修，采取必要措施，如紧固绕组压钉及铁轭的拉板、拉杆，加强引线的夹紧里等。

2.2放电故障
根据放电的能量密度的大小，变压器的放电故障常分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型。

放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接冲击绝缘，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，使绝缘击穿；另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。

放电故障主要原因是因为变压器(油式)中含有水分、气泡、化学纤维。

化学纤维的介电常数比油大，使得纤维端部油中的的电场强度升高导致这部分开始放电。

2.3绝缘故障
目前应用最广泛的电力变压器是油浸变压器和干式树脂变压器
两种，电力变压器的绝缘即是变压器绝缘材料组成的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料（即油纸或树脂等）的寿命所决定的。

实践证明，大多变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。

因此，保护变压器的正常运行和加强对绝缘系统的合理维护，很大程度上可以保证变压器具有相对较长的使用寿命，而预防性和预知性维护是提高变压器使用寿命和提高供电可靠性的关键。

2.4铁芯故障
变压器铁芯和绕组是传递、交换电磁能量的主要部件，铁心的好坏决定变压器正常运行的关键。

引起铁芯的原因主要两个方面：一是施工工艺不良造成短路；二是由于附件和外界因素引起多点接地。

铁芯的故障可分为铁芯多点接地，铁芯接地不良、铁芯片间短路。

引起铁芯故障的原因有很多种，一般归纳为如下几种：
（1）变压器铁芯夹件肢板距离铁芯柱太近、铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到肢板，形成多点接地。

（2）铁轭螺杆的衬套过长，与铁轭叠片相碰，构成新的接地点。

（3）变压器油箱内的温度计座套过长，与上夹件或铁轭、旁柱边沿相碰，构成新的接地点。

（4）油浸落入油箱内金属异物，这类金属异物使得铁芯叠片和油箱接通，形成接地。

（5）下夹件与与铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多的油泥，使得绝缘电阻值降为零，构成多点接地。

2.4过热故障
过热故障产生的气体主要是甲烷与乙烯，而乙烯是主导成分。

若涉及固体绝缘材料，则会产生较多的CO、CO2。

若无CO、CO2，就可能属裸金属局部过热性故障。

3 变压器故障诊断方法
3．1 有无故障的诊断
（1）测定故障特征气体含量（分析数据）并与油中溶解气体含量的留意值进行比较。

若气体浓度达到留意值（总烃、氢留意值均为150ppm，乙炔的留意值为5ppm），就应引起留意，加强跟踪分析，查明原因。

（2）固然留意值在反映故障的概率上有一定的可参考性，但由于受到油中气体含量、变压器容量、运行方式、运行年限等相关因素的影响，仅仅根据留意值的分析结果还难以正确诊断变压器故障的严重性，不能作为划分设备有无故障的唯一标准。

在此基础上，还应充分考虑产气速率等方面的影响，对所诊断的变压器和查对的特征气体应有所侧重、有所区别。

只有这样，我们才可根据分析进一步确定变压器有无故障，并对故障的性质作出初步的估计。

（3）产气速率与故障能量大小、故障部位以及故障点温度等情况直接相关。

通过测定故障气体产气速率，便可对变压器内部状况做进一步的诊断。

（4）为弄清气体产生的真正原因，避免非故障原因所带来的误判定，在变压器故障诊断时，我们还应全面了解所诊断变压器的结构、制造、安装和运行、检验以及辅助设备等诸多方面的情况，结合色谱分析数据进行综合分析，以便正确诊断变压器有无故障。

3.2 用三比值法（五种特征气体的三对比值）来诊断变压器故障类型
三比值法实际上是罗杰斯比值法的一种改进方法。

通过计算，
C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的值，将选用的5种特征气体构成三对比值，对应不同的编码，分别对应经统计得出的不同故障类型。

应用三比值法应当注意的问题：
（1）对油中各种气体含量正常的变压器，其比值没有意义。

（2）只有油中气体各成份含量足够高（通常超过注意值），气体成分浓度应不小于分析方法灵敏度极限值的10倍，且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一步用三比值法分析其故障性质。

如果不论变压器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能将正常的变压误判断为故障变压器，造成不必要的经济损失。

（3）三比值法的编码规则和判定方法详见表1和表2所示。

表1 三比值法的编码规则
(4)表2中每一种故障对应于一组比值，对多种故障的联合作用，可能找不到相对应的比值组合。

表2 判断故障的三比值法
3.3应用举例
2006年4月30号，对某110KV变电站2#主变差动、瓦斯动作跳闸，油色谱分析报告为：
分析结果：变压器差动、瓦斯继电器同时动作，甲烷、乙烯、乙炔、氢气、总烃含量均超过注意值数倍，可直接采用三比值法判断故障类型。

查编码为102，属高能放电故障，可能会出现工频续流放电、绕组之间或绕组对地之间的绝缘油发生电弧击穿、调压开关切断电源等；结合外部电气试验测得B相高压绕组直流电阻不平衡率达25%，初步判断为B相绕组有严重电弧故障。

吊罩检查发现B相高压绕组中性点处出现严重匝间短路，并有电弧放电痕迹，主变本体损坏严重。

4.综合分析判断
(1)与设备结构联系。

熟悉和把握变压器的内部结构和状态是变压器故障诊断的关键，如变压器内部的绝缘配合、引线走向、绝缘状况、油质情况等。

又如变压器的冷却方式是风冷还是强迫油循环冷却方式等，再如变压器运行的历史、检验记录等等，这些内容都是诊断故障时重要的参考依据。

(2)与外部条件相结合。

诊断变压器故障的同时，一定要了解变压器外部条件是否构成影响，如是否发生过出口短路；电网中的谐波或过电压情况是否构成影响；负荷率如何；负荷变动幅度如何等等。

(3)与规程标准相对照。

与规程规定的标准进行对照，假如发生超标情况必须查明原因，找出超标的根源，并进行认真的处理和解决。

(4)与历次数据相比较。

仅以是否超标准为依据进行故障判定，往往不够正确，需要考虑与本身历次数据进行比较才能了解潜伏性故障的起因和发展情况，例如，试验结果尽管数值偏大，但一直比较稳定，应该以为仍属正常；但试验结果虽未超标而与上次相比却增加很多，就需要认真分析，查明原因。

(5)与同类设备相比较(横向比较)。

—同容量或相同运行状态的变压器是否有异常因的影响还是内在的变化。

当变压器发现异常时，应在同一地点和另一台变压器相结合分析有利于正确判定故障现象。

(6)与自身不同部位相比较。

对变压器本身的不同部位进行检查比较。

如变压器油箱箱体温度分布是否变化均匀，局部温度是否有突变。

又如用红外成像仪检查变压器套管或油枕温度，以确定是否存在缺油故障等。

再如测绕组尽缘电阻时，分析高对中、低、地，中对高、低、地与低对高、中、地是否存在明显差异，测绕组电阻、测套管C 及tgδ时，三相间有无异常不同，这些也有利于对故障部位的正确判定。

5.总结
变压器是电力系统的重要设备之一，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行产生严重影响。

因此，开展变压器故障诊断，对保证变压器长期安全可靠运行，减少不必要的停用，防止异常情况的发展具有极为特殊的意义。

参考文献
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