一起试验变压器故障分析与对策

李清峰

株洲中车时代电气股份有限公司装备事业部 湖南省株洲市 412001

摘 要：通过对试验变压器的拆解，分析了变压器烧损的原因，并针对设计、制造工艺、试验过程，增加保护装置，加强维护保养方面提出了改进措施，为同类产品提供指导建议和风险预警。

关键词：试验变压器；绝缘击穿；烧损故障

一 概述

2019年5月14日，某试验中心，试验变压器在现场经过几次空载试验后，准备进行负载试验。使用人员在给试验变压器送电时，出现了变压器的保护断路器跳闸故障。约10分钟后，使用人员重新给变压器送电，合闸瞬间变压器出现了放电击穿。打开变压器柜体后，发现变压器的高压线圈内部烧损碳化，确认变压器烧损。

二 故障现象

该变压器为干式三相多档位变压器，其结构较为复杂。对变压器进行电压变比测试，A、C相变比在正常合格范围，B相变比严重超出允差范围，确认B相线圈损坏。拆除变压器的分接开关及铁芯上轭后，发现B相线圈烧损碳化严重（见图1），同时对铁芯形成了严重放电。

图1 试验变压器B相线圈烧损碳化

针对B相线圈进行拆解，最外线圈正常，绝缘完好，未发现有损坏痕迹。在高压线圈的中上部位出现了严重的烧损，其中有7层形成了连续烧穿的熔洞，最大熔洞在第3、4层位置，直径约20mm（见图2）。

图2 试验变压器B相线圈烧穿溶洞

三 故障原因分析

变压器的层间位置击穿后，形成了较大短路电流，使得铜箔熔化，出现较大熔洞，进一步故障扩大到相邻层间。从熔洞的大小来判断，起始位置为第三层，然后向相邻层扩散，共有7层铜箔烧穿。

变压器采用双层绝缘、铜箔绕制，结构合理。变压器经过标准出厂例行试验，其试验结果均合格，表明无明显的绝缘缺陷。

1）变压器的高压绕组在制造工艺存在缺陷，造成变压器绕组击穿、烧损。

变压器的高压绕组在制造工艺存在缺陷，如原材料铜箔上面有毛刺，车间操作员工在绕制时没及时发现。即使在制造时层间已做加强，但故障产生部位在转弯处，绕制时此转弯部位受力过大，造成层间绝缘只刺穿一部分，还存在一部分绝缘。因此，该变压器在出厂例行试验是无法查出绝缘损坏的情况。当变压器到了试验现场进行合闸时，此薄弱的地方受到合闸电流冲击而造成另一部分绝缘击穿，进一步发生匝间短路故障。

2）变压器在合闸时存在较大操作冲击过电压。

变压器在空载合闸时存在较大操作冲击过电压，该操作冲击过电压的高频分布梯度主要集中在电压施加部位的起始层位置。在起始层间形成很高的层间过电压，致使在层间绝缘相对薄弱处首次击穿，并形成层间短路电流。在保护开关跳闸前，短路故障进一步扩大，出现连续7层击穿，进一步在高电场作用下线圈对铁芯之间产生放电飞弧通道，使得熔铜聚集在铁芯上。

4 预防试验变压器烧损的对策

4.1 完善设计、制造工艺和试验过程

1）变压器在设计阶段，设计人员应当充分考虑其使用工况，并留有裕量，如变压器的容量、绕组的线径、绝缘层的层数、绝缘距离等，保证变压器设计阶段的可靠性。

2）变压器在制造工艺阶段，制造人员应当保证变压器的线圈、磁芯、骨架结合紧密，无松动、无歪斜；变压器的线圈表面必须光滑、洁净、无油污、无气泡、无伤痕和裂纹；变压器的铁芯层叠整齐，表面洁净、无油污、无伤痕和裂纹。变压器制造完成后，质量管控部门对制造人员的生产质量再进行监督。

3）变压器在试验阶段，应按照GB 1094《电力变压器（所有部分）》进行出厂试验。为保证变压器的可靠性，考虑在耐压试验时，适当增加施加电压，即高于国家标准进行考核，出厂试验合格后再投入运行。

4.2 增加变压器的保护装置

1）增加避雷器限制操作过电压。

在变压器高压侧增加避雷器，用于限制大气过电压和操作过电压，以免在出现过电压时造成变压器绕组绝缘击穿。

2）增加过流保护装置。

试在变压器高压侧增加过电流保护装置，并调整设置好保护参数, 动作可靠,以免出现绝缘损伤时扩大故障；在低压侧可以增加熔断器，并配置合适的熔丝，保证在发生故障时及时断开试验回路。

4.3加强对变压器的维护保养

1）定期对变压器进行清扫，包括变压器柜体的进出风口、进出线孔的清洁和变压器线圈的清洁，从而避免导体或异物掉入线圈内，造成层间短路。

2）定期检查变压器的分接开关及触头是否有脱落、灼伤、切换档位不灵活等现象。如有，需及时更换，保证试验变压器的正常档位切换。

3）定期检查散热风机有无损坏、堵转等异常现象，避免散热不及时导致绕组烧断的情况。

五 结束语

本文介绍了一起试验变压器的典型故障，与传统发生的层间绝缘击穿导致线圈烧毁故障相似。通过对烧损变压器的拆解，确定了变压器烧损的主要原因：变压器的线圈在制造工艺存在缺陷，造成层间绝缘损坏，薄弱的地方受到合闸电流冲击而造成绝缘击穿，进一步发生层间短路故障。因此，结合变压器烧损现象，从设计、制造工艺、试验过程，增加保护装置，加强维护保养方面提出了改进措施，为同类产品提供指导建议和风险预警。

参考文献

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