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电力变压器常见故障分析与检修

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维普资讯 http://www.cqvip.com 电力变压器常见故障分析与检修 变压器故障的种类多种多样,变压器投运时间各异,所经历 的过电压、过电流以及维护使用情况都不尽相同,故障发生的趋 势亦不同。由故障到损坏,常会有一个渐变的过程,只有充分了 解变压器的实际运行状态,综合应用各种在线及历史数据,并运 用各种诊断技术,才能及时发现故障隐患,提高检测和诊断故障 的准确性。 电力变压器故障的检查方法 1.看。通过观察故障发生时的颜色、温度、气味等异常现 象,由外向内认真检查变压器的每一处。 (1)渗漏油。变压器运行中渗漏油现象比较普遍,其外面闪 闪发光或黏着黑色的液体就可能是漏油。小型变压器装在配电 柜中,因为漏出的油流入配电柜下部的坑内,所以不易及时发 现。渗漏主要原因是油箱与零部件联接处密封不良、焊件或铸 件存在缺陷、运行中额外荷重或受到振动等。此外,内部故障也 会使油温升高,油的体积嘭胀,发生漏油。 (2)体表。变压器故障时都伴随着体表的变化。防爆膜龟 裂、破损。当呼吸口不灵,不能正常呼吸时,会使内部压力升高 引起防爆膜破损;当气体继电器、压力继电器、差动继电器等动 作时,可推测是内部故障引起的。 (3)因温度、湿度、紫外线或周围的空气中所含酸、盐等,会 引起箱体表面漆膜龟裂、起泡、剥离。因大气过电压、内部过电 压等,会引起瓷件、瓷套管表面龟裂,并有放电痕迹。瓷套管端 子的紧固部分松动,表面接触面过热氧化,会引起变色。由于变 压器漏磁的断磁能力不好及磁场分布不均,产生涡流,也会使油 箱的局部过热引起油漆变色。吸湿计变色是吸潮过度、垫圈损 坏、进入其油室的水量太多等原因造成的。通常用的吸湿剂是 活性氧化铅(矾土)、硅胶等,并呈蓝色。当吸湿剂从蓝色变为粉 红色时,应作再生处理。 2.听。正常运行时,由于交流电通过变压器绕组,在铁芯里 产生周期性的交变磁通,引起电工钢片的磁致伸缩,铁心的接缝 与叠层之间的磁力作用及绕组的导线之间的电磁力作用引起振 动,发出均匀的“嗡嗡”响声。如果产生不均匀响声或其他响声, 都属不正常现象。不同的声响预示着不同的故障现象。 (1)若声响比平常响声增大且尖锐,一种可能是电网发生过 电压,例如中性点不接地、电网有单相接地或铁磁共振时,会使 变压器过励磁;另一种可能是变压器过负荷,如大动力设备(大 型电动机、电弧炉等)负载变化较大,因谐波作用,变压器内会发 出低沉的如重载飞机的“嗡嗡”声。此时,再参考电压与电流表 的指示,即可判断故障的性质。然后,根据具体情况,改变电网 的运行方式与减少变压器的负荷,或停止变压器的运行等。 (2)若变压器发出较大的“啾啾”响声,并造成高压熔丝熔 困 iQ.Bmtl ̄tffU 2005№2 口王功胜 断,则是分接开关不到位;若产生轻微的“吱吱”火花放电声,则 是分接开关接触不良。出现该故障时,当变压器投入运行后一 旦负荷加大,就有可能烧坏分接开关的触头。遇到这种情况,要 及时停电修理。 (3)变压器发出“叮叮当当”的敲击声或“呼呼”的吹风声以 及“吱啦吱啦”的像磁铁吸动小垫片的响声,声响较大而噪杂时, 可能是变压器铁心有问题。例如,夹件或压紧铁心的螺钉松动, 铁心上遗留有螺帽零件或变压器中掉入小金属物件。出现该故 障时,仪表的指示一般正常;绝缘油的颜色、温度与油位也无大 变化,这类情况不影响变压器的正常运行,可等到停电时处理。 (4)声响中夹有放电的“嘶嘶”或“哧哧”的响声,晚上可以看 到火花时,可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果 是套管的问题,在气候恶劣或夜间时,还可见到电晕辉光或蓝 色、紫色的小火花,此时,应清除套管表面的脏污,再涂上硅油或 硅脂等涂料。如果是器身的问题,把耳朵贴近变压器油箱,则会 听到变庄器内部由于有局部放电或电接触不良而发出的“吱吱” 声或“噼啪”声,若站在变压器跟前就可听到“噼啪”声音,有可能 接地不良或未接地的金属部分静电放电。此时,要停止变压器 运行,检查铁心接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。 (5)变压器发出“咕嘟咕嘟”的开水沸腾声,可能是变压器绕 组发生层间或匝间短路而烧坏,使其附近的零件严重发热。分 接开关的接触不良而局部点有严重过热,必会出现这种声音。 此时,应立即停止变压器的运行,进行检修。 (6)当声响中夹有爆裂声,既大又不均匀时,可能是变压器 本身绝缘有击穿现象。导电引线通过空气对变压器外壳的放电 声;如果听到通过液体沉闷的“噼啪”声,则是导体通过变压器油 面对外壳的放电声。如属绝缘距离不够,则应停电吊心检查,加 强绝缘或增设绝缘隔板。声响中夹有连续的、有规律的撞击或 摩擦声时,可能是变压器的某些部件因铁心振动而造成机械接 触。如果发生在油箱外壁上的油管或电线处,可用增加其间距 离或增强固定来解决。 3.测。依据声音、颜色及其他现象对变压器事故的判断,只 能作为现场的初步判断,因为变压器的内部故障不仅是单一方 面的直观反映,它涉及诸多因素,有时甚至出现假象。因此必须 进行测量并作综合分析。才能准确可靠地找出故障原因及判明 事故性质,提出较完备合理的处理办法。 (1)绝缘电阻的测量。测量绝缘电阻是判断绕组绝缘状况 的比较简单而有效的方法。测量绝缘电阻通常采用绝缘电阻 表,3kV以上的高压变压器一般采用2500V的绝缘电阻表。 测量项目:测量绕组的绝缘电阻应测量高压绕组对低压绕组 及地、低压绕组对高压绕组及地、高压绕组对低压绕组等三个项 ——塑 隆量 维普资讯 http://www.cqvip.com 目。这里的“地’’并不是指真正的大地,而是指变压器金属外壳。 绝缘电阻合格值:绝缘电阻与变压器的容量、电压等级有 关,与绝缘受潮情况等多种因素有关。所测结果通常不低于前 (3)直流电阻的测量。变压器绕组是发生故障较多的部件 之一,当变压器在遭受短路冲击后,往往可能造成绕组扭曲变 形,而累积效应会使变形进一步发展;另外由于绕组绝缘损坏, 会造成匝间短路甚至是相间短路。变压器绕组可看作是由电 阻、电感、电容组成元源线性网络,其故障必然导致绕组上相应 部分的分布参数发生变化。绕组发生故障时,由于整体或局部 的拉伸和压缩造成匝间距离改变时,突出反映的是绕组的感性 次测量数值的70%即认为合格。 ̄(GB6451油浸式电力变压 器技术参数和要求》列出电力变压器绝缘电阻参考值及温度换 算系数,如表1、表2所示。 表1 油浸式电力变压器绝缘电阻参考值线圈电压 等级kV 10 220 45o 60o MQ 70 40 50 10o 测量温度20 130 30o 4O0 ℃ 50 l8 90 60 80 160 25 35 70 变化,当轻微匝间短路时电阻也会有变化,测量时,应分别测量 60 80 30 65 2oo 27O 540 40 35 l30 l8o 360 变压器高、低压绕组的直流电阻。对于三相电力变压器,由于高 压绕组上装有分接开关,因而要测量分接开关处于不同挡位时 O.4 3一lO 20~35 60~220 的高压绕组电阻值。为便于分析比较,所测数值应分别计算三 相电阻的误差AR。计算方法如下: AR:[(R 一R ),R ]100% 式中 尺一——最大一相电阻值,Q 尺 ——最小一相电阻值,Q R。——三相线电阻或相电阻平均值,Q 根据电力变压器制造厂的有关规定:630kV·A以上的变压 l20 240 l20o 80o 当油浸式电力变压器测量温度与产品出厂试验温度不相符 时,可按表2换算到同温度时数值进行比较,公式为: %= 1/K 器,各相绕组的直流电阻相互间的差别(元中性线引出时为线间 差别)不应大于三相平均值的2%;与出厂或交接时所测量的结 果比较。相对变化不应大于2%。630kV·A及以下的变压器,相 间差别不大于三相平均值的4%,线间差别不大于三相平均值 的2%。 式中 %、岛,——温度 、 时的绝缘电阻值,Q 例1某lOkV配电变压器高压侧对地的绝缘电阻值,出厂 试验时为50M ̄ ̄(75 ̄C时),今在25℃时测得其绝缘电阻值为 55M11。问其绝缘电阻是否符合要求? 变压器出厂试验数据中的直流电阻值,一般都是换算成 75 ̄C时数值,实测数值如果要与出厂数据比较,则必须换算成 75 ̄C的数值。换算关系为: R75=KR。 温差为75—25=50 ̄C,由表2查得K=7.5,则所测绝缘电 阻换算到75%时为R75=R25/K=55/7.5=7.33MQ,小于50× 70%=35MQ,说明该配电变压器绝缘电阻指标不符合要求。 (2)吸收比的测量。通过测量吸收比可以进一步检查变压 式中 R ——换算到75 ̄C时的电阻值,Q 换算系数,K=(口+75)/(口+ ) 器绕组的绝缘良好程度。尤其是绝缘材料的受潮程度。吸收比 的测量要用秒表计时间,当绝缘电阻表摇到额定转速(12Of/rain) 时,将绝缘电阻表接入(可用开关控制)并开始计时,15s时读取 a——温度换算系数,铝线为225,铜线为235 凡——测量时绕组温度为8(oC)时的电阻值,Q 影响三相电阻不平衡的因素是多方面的,特别是容量较大 的变压器。低压绕组截面较大,匝数又少,三相绕组中心点的焊 接稍有不良,即能造成三相不平衡。或者由于分接开关接触不 数值R 继续摇至60s时读取另一数值心。。R6D/R。 就是测 量的吸收比。吸收比的标准是R∞/R, ≥1.3,说明变压器没有 受潮,绝缘良好;若 /R, ≤1.2,说明变压器有受潮现象,绝缘 有缺陷,需要进一步检查。 良,个别分接开关电阻偏大,内部不清洁、电镀脱落、弹簧压力不 够等也会造成三相电阻不平衡。此外,由于变压器绕组使用导 表3铁心局部短路引起过热故障原因及排除方法 故障现象 运行中的变 压器过热,尤其 是局部铁心过 热,气体继电器 动作。经色谱 分析,特征气体 故障原因 排除方法 拨正紧固螺栓,加上绝缘套及 备注 紧固螺栓拧偏斜使铁心局部短路过热 穿心螺杆绝缘破裂或过热碳化引起铁心局部短路和过热 在处理该方面的故 绝缘垫后,再拧紧螺母 障时如因铁心因局部 更换破裂或碳化的穿心螺杆 短路过热使铁心本身 绝缘 铁质夹件夹紧位置不当碰到铁心,造成铁心局部短路和过热 产生缺陷时应采取修 松开铁夹件且调整位置后再 复措施;如为部分铁心 拧紧螺母 属异物 将穿芯螺杆座套卸下锯去叠片表面漆膜或氧化 则应将该部分 叠片抽出涂上一层薄 是C}I4、H2、 器身组装及变压器总装中,由于不细心,将焊渣、电焊条头或其 清除落人铁芯中的焊渣及金 膜脱落}I4及 H6, 他金属异物落在铁心上,使铁心局部短路 并且超标 穿心螺杆座套过长.座套与铁心碰撞,造成铁心局部短路 段安装接地铜片时,铜片下料过长,联接后铜片又触及另一部分 铁心叠片,形成两点或多点接地和短路,使铁心局部过热 将接地铜片取出,剪去多余长 烘干处理后再插好 度后,再插人叠片中固定牢 再装配好 薄的硅钢片绝缘漆。经 设置篁理与维售2005№2 咽 维普资讯 http://www.cqvip.com 线质量不同,线规有差异、某相绕组部 表4电力变压器铁心接地不良引起过热故障原因及排除方法 故障现象 有清脆的响声 故障原因 铁心叠片未紧固, 排除方法 松开夹件理顺松散处叠片,再 备注 分线匝短路(匝间短路)、三角形接线 相断线也是造成三相不平衡的重要 出现该故障时原因。 二、变压器温升过高的故障排除 从内部传出来;测 有松散现象 把夹件夹紧使铁一12,紧密 铁心局部过热有 绕组的介质损耗 铁芯叠片和接地 铁心叠片和接地铜片未夹紧, 特征气体出现且 变压器在运行中是有损耗的。损 角正切值偏大;气 铜片未夹紧 耗包括铁心的磁滞及涡流损耗、绕组 体继电器动作 的电阻损耗。这些损耗所产生的热 量,一方面通过变压器油、散热管、外 壳等的传导、辐射、对流方式传到周围 环境中去,另一方面使变压器温度升 高。经过一定的时间(小型变压器约 故障现象 变压器内部将产 放可重新紧固 变压器内部有间 低压引线对外壳 加绝缘套及绝缘管使绝缘良 电或对铁轭放电 好 歇放电现象 表5铁轭螺杆接地引起过热故障原因及排除方法 故障原因 铁轭绝缘损伤 排除方法 用新 备注 处理这类故障时要注意一点,就是螺杆 气体继 或移位,螺杆与轭 的铁轭 绝缘套长度(在铁轭孔内部分)不要高于 为|Oh,大型变压器约为24h),变压器 生特征气体、即达到稳定的温升。如果温升过高, 电器动作。如摇测对 部硅钢片碰在一 绝缘垫 铁轭高度,而应比铁轭高度短3~5mm,这 电阻 起 或者温升速度过快,或与同种产品相 地绝缘电阻时,换上 样拧紧螺母后,不会因绝缘套过长而挤 比温升明显偏高,就应视为故障表现。 温升过高是造成变压器寿命降低的重 值较低,变压器出现 局部过热等现象 螺杆外绝缘套 管破碎同规 裂、挤碎,造成螺杆接地;铁轭绝缘垫要放 要原因,也是变压器故障的主要表现。 表3 表l0列出引起过热的原因及排 除方法。 三、变压器输 正,紧固压力要均匀,如用力过猛、压力过 螺杆与硅 格的绝 钢片相碰 缘管 大,也会把铁轭绝缘挤破而部分脱落 表6电源电压高引起铁心发热故障原因及排除方法 故障现象 查看高压开关柜上 出电压异常的故障 排除 故障原因 其原因属电源线路电压 排除方法 调节变压器分接开关(一般调节5%左 备注 电压表、电流表,发现 偏高,变压器在高电压下 右),将分接开关由原额定挡位调到最高挡。 运行人员测量铁损 在正常情况 运行电压过高,超过 运行,铁心磁通高度饱和, 因分接调到105%挡,即此时绕组匝数增加 耗,发现铁损耗较大, 下,变压器输出电 额定电压7%.运行 使铁心过热显著,波及到 5%,一次绕组电阻也相应增加5%,而变压 说明铁耗使铁心发热 压应维持在一定范 的变压器箱体过热 油绕组和箱体过热 围内,偏低或偏高 器一次绕组通过的电流减少5%,结果变压 异常 器铜耗下降使铁损耗也下降 属异常现象。查找 这种故障,首先从 电源电压人手,电 故障现象 表7引线部分引起过热故障原因及排除方法 故障原因 排除方法 备注 源电压偏低或偏 三相直流电阻不平衡大 焊接不良、假焊、焊接面不够 重新焊接 在变压器故障中占的比例较大的是 高,使输出电压必 大超过4%,或某相根本 由于运输晃动或安装时器身不着 重新进行联 引线故障它所造成的后果除使变压 然偏低或偏高。对 不通。引线与套管下部联 箱底(器身摇铃) 接 器不能运行外引线与软铜片焊 由于较大时间过载引起引线松 这种情况,只要测 接不良、接不良或引线之间焊接不 动;低压引线故障的机会较大;尤以 平衡而烧毁用户电器设备为甚 严重的还可能危及用 使焊接面、 户,造成三相电压不平衡而烧毁用户 在检修和制造时应注意 量电源电压即可。 变压器中点开焊,造成三相电压不 引线截面加大 的用电设备,引起极不良的后果,因而 如果电源为高压, 良而造成过热或开焊 可通过电压互感器 进行测量比较。此 外,以下原因均可 表8分接开关故障引起过热故障原因及排除方法 故障现象 分接开关接 故障原因 结构与安装上存在缺陷, 排除方法 吊心检查,如开关触头仅发生过热(接触不 备注 测量不同分接头直流电 使变压器输出电压 异常。 1.分接开关挡 位不正确。对于高 压电力变压器,分 接开关是用来调压 的。lOkV配电变 触不良、触头 如弹簧压力不够、接触不可 良或轻微弧迹),可拆下检修后复用;如烧伤 阻。如果完全不通,是开 烧损、触头之 靠,使引线与开关紧固不良; 严重或触头之间或对地放电,应更换新开关; 关完全损坏;某分接头直 间短路或对地 运行维护不良,开关触头结 当触头之间或对地放电,一般可能引起高压 流电阻不平衡,是触头个 放电 垢,进水受潮;操作不当,开 线圈调压段线匝变形,严重的应检修线圈或 别烧毁。由于过热或电 关没有置于正确位置 重新绕制线圈 弧,绝缘油焦糊气味较重 压器分接开关有3挡,各挡的电压比见表l1,如果电源电压低, 而分接开关置于1挡,则输出电压必然低,反之则输出电压偏 高。 2.绕组匝间短路。变压器高压或低压绕组发生匝间短路, 实际上改变了高低压绕组的匝数比,即改变了电压比。若高压 绕组发生匝间短路,一次侧匝数Ⅳ 减少,变压器变比减小,输 囫 设备管理与维瘩20o5№2 。。 毽塑 垂塞篷 维普资讯 http://www.cqvip.com 表9线圈引起过热故障原因及排除方法 故障现象 故障原因 排除方法 备注 的是同一电流 = , ,铁心中的磁 通将发生变化。 相绕组串联的磁通 量为 ,一 ,由 于 、 经过的 变压器线圈故障大部分 由于制造和检修质量不良所造成的。在制 发生在高压侧,有匝间短 造和检修上绕线不均有罗匝现象;层间绝缘 吊心检查,确定故 通常发生线圈故障 路、层间短路或线圈对地 不足或破损线圈干燥不彻底、线圈主绝缘不 障情况和检修方法。 多出现储油柜喷油放电.还可能是由于变压 足、变压器结构强度不足等;运行维护不当, 如果只一相损坏可配 箱体胀鼓油味焦臭, 器发生外短路,使线圈受 变压器进水受潮,油质劣化,绝缘下降,造成 包。如故障严重,铜 可测量绝缘电阻和直 磁路不同,其值也 若绝缘电阻 也可能受雷击过压而击 相高压线圈,其位置正好处于储油柜连管下 应考虑全部线圈再 跑“零”就使得低压侧 直流电阻增 穿。线圈一旦出现故障. 部,进水受潮首当其冲,原因是有些储油柜连 生。对于储油柜及密 大并不稳定等相电压不为0。同 表示 绝大多数发生严重变形、 管未伸进筒内25mm上(水与沉积物进入变 封不严之处,进行技 线圈出现故障 样,也可以分析到 短路电流冲击,线圈变形, 线圈故障;配电变压器此类故障多发生在C 珠喷洒在各线圈中, 流电阻不会完全相等,这 绝缘烧损、线匝断裂 压器),或者呼吸孔直冲连管,吸潮器年久失 术改进 修所造成 低压侧的电压变 化。由于各种变压 器的铁心结构,绕 表10铁芯叠片周边毛刺大。缝隙不均造成铁心过热故障原因及排除方法 故障现象 故障原因 穿心螺杆上螺母松动,轭 排除方法 拆下穿心螺杆及夹件,取出一、二次绕组,对铁 这两例均属操作不 备注 组形式不同,所以 高压侧缺一相电, 低压侧的电压分布 将呈现不同的情 况。表12列出了 铁和边柱上下端部叠片有外 心进行全面检查,发现叠片毛刺较大,用千分尺测 张里凹现象,对接处缝隙不 量几十片叠片周边,毛刺最小处为0、08mm,最大 变压器在运行 均。叠片毛刺大,将造成铁 处达0.12mm,肉眼看得明显;手摸时划指皮,毛刺 当造成。毛刺大是由 铁心过热,测铁 的涡流使铁心局部过热 损耗时发现铁损 耗过大 漆烘干处理 0kV,10kV·A 中有较大响声, 片叠片局部短路,由此产生 明显超标;将叠片经去毛刺机打去边缘毛刺后涂 于剪切时,刀刃不锋 某1利或上下刀刃间间隙 配电变压器高压侧  叠放片前先校正好叠装台及定位装置,叠片时 过大;铁心叠装时,一 各相分别断相后,轭片和边柱、叠压时心柱 两人操作,一人站一边,边放片边查看叠片两端缝 是定位装置未调整 低压侧电压的分布 间缝隙大小不均,个别处还 隙,要求缝隙均匀;叠片放好后,穿入穿心螺杆时 好,四角不垂直,放片 情况,可供查找故 出现搭接.接缝处产生涡流, 一定要套入绝缘套管和垫上绝缘垫,拧螺母用力 不仔细,造成搭接和 障时参考。 促使铁心过热 不可过猛,边拧边用专用工具检测其水平及垂直 错位现象 方向尺寸,经调整无误,最后再拧紧螺母 变压器二次侧 的电势随一次侧电 势变化,所以在一 表l1 10kV变压器分接开关挡位对应的电压比 挡位 I Ⅱ 高压kV 低压v 次侧 相断后,二次侧的电压分别降到正常值的0.866倍。在 事故时,凡是接在U、V相的单相负荷运行电压降14%左右。因 此,对变压器在运行时无论是一次侧还是二次侧一相断开,都必 须引起高度重视。 表12某配电变压器高压侧缺相时低压侧各相电压分布 类别 Uuv Uw, 10.5 10.0 400 Ⅲ 9.5 出电压升高。若低压绕组发生匝间短路,二次侧匝数N2减少, 低压侧电压Uwc, v U N UwN UuN 变压器电压比增加,输出电压降低。匝间短路故障可通过测量 绕组直流电阻或变压比进一步查找。 3.三相负载不对称。配电变压器如果供给照明、电焊机类 正常值 u相断电 相断电 相断电 39O 205 320 39O 400 39O 420 420 39O 19O 39O 280 220 10 19O 155 227 20o 225 260 225 19O 240 20o 单相负载较多,这些负载不是三相对称的,则三相电流不对称, 从而引起变压器内三相阻抗压降不等,使三相输出电压不平衡。 三相负载不对称,最严重的情况是只有一相带有额定负载,其余 两相空载。这时,带有负载的相电压明显降低,空载的另外两相 电压明显升高,严重时,相电压可升高1.73倍。正是这种情况, 经常见到当某相电焊机工作时,其他两相上的灯泡明显变亮,甚 至烧毁,而有电焊机工作的那一相,灯泡明显变暗,其原因就在 这里。为了限制负载的不对称程度,有关规程规定,变压器零线 上的电流不得超过相线额定电流的25%。 除上述原因外,由于铁心和绕组存在某些缺陷.如漏磁阻抗 增加,负载电流流过这一阻抗时,电压降低很多,也可导致变压 器输出电压异常。 VV05.02—11 作者通联:佳惠机电设备维修中心 山西汾阳市西河北路 吉祥街44号032200 [编辑武明] 4.高压侧一相缺电。高压侧一相缺电,将引起低压侧输出 电压严重不平衡,假设 相断电,这时 =0,U、V两绕组流过 iQ.mlll ̄i!!tllt 2005 No2团 

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