变压器过热故障分析石培杰

变压器过热故障分析石培杰

石培杰

（国网河北省电力有限公司检修分公司河北省石家庄市050000）

摘要：近年来，随着我国经济快速发展，人们的物质生活水平不断提高，电器的使用率也大幅增加。因此，人们对供电质量及安全的要求更加严格。变压器过热故障是一种非常常见的变压器故障类型，直接威胁着变压器的运行效率和运行安全，从而对整个电网造成严重危害。因此，诊断并预防变压器过热故障变得非常有必要。

关键词：变压器；过热故障；原因；措施

1变压器过热故障描述

变压器过热故障是指变压器工作异常而出现过热现象，并导致变压器工作故障，无法正常、安全运行。常见的变压器过热故障主要有铁芯、绕组、引线和分接开关的过热故障。变压器发生过热故障的情况下，其外壳发热严重，绝缘物质也会因此而受到影响，从而导致绝缘性能和耐用性能降低，使得变压器很容易受到损害。据国际电工委员会提出的“变压器运行6℃法则”所述，变压器运行温度在80℃—140℃之间时，一旦升高6℃，那么其绝缘材料的使用寿命损耗速度就会变为原来的两倍。在变压器中有局部温度升高到140℃的情况下，会出现大量气泡，对变压器造成严重的破坏。

2变压器过热故障成因分析

2.1变压器内部存有异物

如果变压器中掺入了其它东西，往往会使得变压器在运行时出现过热的情况，并引起故障。例如当金属颗粒或者其它杂质在进入变压器的内外框铁芯之后，变压器一旦开机运作，就很容易使得内外框因金属颗粒等异物而存在磁位差。并会因此出现环流，产生大量的热，使得变压器出现热故障。

2.2变压器绕组问题

变压器绕组过热一般是因为变压器使用时间较长及换位导线生产技术问题而造成换位导线老化严重所引起的。除此之外，绕组换位不合适以及绕组匝本身质量问题都很容易引起绕组过热，并进一步造成变压器过热故障。

2.3变压器漏磁现象

磁通是变压器正常工作必不可少的。不过，磁通也可能引起变压器发生热故障。变压器中含有漏磁通，漏磁通的轴向分量均分布简单，不存在太大的变化。不过漏磁通的径向分量情况就要复杂得多，因此，漏磁损耗情况也要更为多变，并且变压器的体积越大，其损耗量也更多。在变压器绕组端部的涡流损耗是最大的，这就使得内绕组漏磁的径向值远远高于外绕组漏磁径向值。当变压器体积较大时，漏磁密高，损耗的大量能量会转化成热能，使得变压器内部温度升高，从而容易造成变压器过热故障。

3变压器过热性故障分析方法

3.1用三比值法来判断故障性质

检测变压器运行状态的重要方法是“三比值法”。变压器的绝缘主要是由绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料所组成。绝缘油属于矿物质油，它是石油的分镏产物，其主要成分是烃类化合物。有机绝缘材料其主要成分是纤维素。在设备的正常运行过程中，固体绝缘和绝缘油正常性老化、变质，会分解产生少量的气体(主要有氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等)。当变压器内部发生过热性故障或放电性故障时，这些气体的产量会急速增加。“三比值法”就是把上述气体中的5种特征气体（氢、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）构成三对特定的比值，然后根据特定的编码规则，把这些比值以不同的编码表示，然后将三个值组成编码组，最后查表找出对应的故障类型。

3.2故障气的出气速率分析特征

气体的色谱分析能够准确判断变压器内部发生的故障，却很难对故障的严重性和发展趋势作出正确判断。变压器发生故障时，油中产气速率能够直接反映故障的发展趋势，故障能量的大小、故障的部位、故障点的温度等都和产气率有直接关系。所以为了进一步判明故障的危害性，判断故障点的发展趋势，产气速率应该受到密切关注并记录。下面是产气速率的计算公式如下：相对产气速率×100%绝对产气速率×(m/ρ)将计算出来的相对出气率和绝对产气率，与国标规定的注意值进行比较，以此来判断严重程度和故障趋势等。在进行产气速率分析时应该考虑到其他因素对分析的影响，例如负载的变化可能会导致正常产气速率的变化。还可以通过计算不同种类气体的产气率，来为后面的故障部位的估算定位提供依据。

3.3对故障部位的估算定位

变压器绝缘是由不同化学键碳氢化合物分子构成的，在高温时会产生裂解，其裂解顺序为：烷烃、烯烃、炔烃、焦炭。当热点只对绝缘油的分解有影响，而与固体绝缘的裸金属无关时，气体的主要成分为低分子的烃类气体，其中特征气体甲烷和乙烯就能站到总量的的80%以上，当热点温度较低时，甲烷所占的比例较大，但随着热点温度的升高，一般到500℃以上时，就会产生大量乙烯和氢。当热点温度上升到800℃以上时，开始产生少量乙炔，但其最大含量不会超过乙烯含量的10%；当热点影响到固体绝缘时，除了产生以上的低分子烃类气体外，还会产生较多的一氧化碳、二氧化碳，且随着温度的不断上升，其含量也将会不断增大。所以，我们可以通过不同故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体归纳以及结合特征气体的产气速率来对故障部位估算定位。下面列出了几种不同故障类型与之相对应的主要特征气体和次要特征气体：

“油过热”的主要特征气体是甲烷、乙烯，次要特征气体是氢气、乙烷。

“油和纸过热”的主要特征气体是甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳，次要特征气体是氢气、乙烷。

“油和纸绝缘中局部放电”的主要特征气体是氢气、甲烷、一氧化碳，次要特征气体是乙炔、乙烷、二氧化碳。“油中火花放电”的主要特征气体是氢气、乙炔。

“油中电弧放电”的主要特征气体是氢气、乙炔，次要特征气体是甲烷、乙烯、乙烷。

“油和纸绝缘中电弧放电”的主要特征气体是氢气、乙炔、一氧化碳、二氧化碳，次要特征气体是甲烷、乙烯、乙烷。

4变压器内部过热的维护处理对策

4.1磁路故障

铁芯多点接地的检测主要是测量绝缘电阻是否符合规定。若绝缘电阻低，可采取“交流电烧熔法”或“直流电容器储能脉冲法”；若绝缘电阻不低，可少量放油后，打开接地套管检查，判定夹件是否触及铁芯，并进行绝缘包扎。也可以检测接地电流，一般在0.5A左右或更小。若接地电流大，串入电阻减少流过硅钢片的电流，降低铁芯发热程度。另外，要合理选择夹紧方式，充分考虑电磁振动、运输受力等原因，避免铁芯多点接地。分接开关接触性故障，测试分接开关回路的接触电阻，可以分析判断触头磨损、接触压力、机构转动是否正常。

4.2引线连接故障

为避免引线和套管铜管靠接后出现过热，若不改变绝缘包扎方式，则要准确截取引线的长度，使之与套管准确配套；若改变绝缘包扎方式，则要保持引线电缆绝缘完整，做到完全没有绝缘松脱、露铜等现象。另外，需正确连接引线，上紧螺帽，避免松动而发热。

4.3绕组过热线圈及其绝缘是否遭到破坏

可以采取油色谱分析或直流电阻测量进行分析判断。一旦确定绕组变形和绝缘材料损坏，应尽快修整或更换线圈，并采取有效的防受潮和干燥等措施。由于低压绕组间的短路阻抗最小，一般低压线圈损坏的几率最大，宜将变压器的低压绕组改为双螺旋结构。

4.4漏磁引起过热故障

在变压器油箱内壁上加装磁屏蔽装置，压板、夹件等其他结构件中采用低磁钢，以减少附加的杂散损耗。采取三相电流迭加原理设计变压器结构，尽量避免多路同相电流并联引出，防止漏磁密度过大。

结束语

在对电网运作质量和安全要求越来越高的今天，保证变压器的正常工作非常重要。针对变压器过热故障这一常见问题，发现并分析造成变压器过热故障的原因，并及时采取相应的措施进行诊断和防范，能有效减少变压器过热故障的几率。

参考文献

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