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摘要:由于变压器长期运行,故障和事故总不可能完全避免,且引发故障和事故又出于众多方面的原因。本文分析了油浸式电力变压器的常见故障、影响故障的主要因素,提出预防和技术改进措施。
关键词:油浸式电力变压器;短路故障;绝缘故障;放电故障;故障检测
作者简介:程蓉(1981-),女,四川成都人,四川电力职业技术学院电气一系,助教,主要研究方向;电子信息。(四川 成都 610072)
一、 油浸式电力变压器故障类型和改进措施
油浸式电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障有:各绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类。根据的能量密度不同,电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。如从回路划分主要有电路故障、磁路故障、油路故障。若从变压器的主体结构划分,可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障和附件故障。下面将几种常见的油浸式电力变压器故障类型以不同角度进行介绍。
1.短路故障
变压器短路故障主要指变压器出口短路,内部引线或绕组间对地短路、相与相之间发生的短路而导致的故障。据有关资料统计,近年来,一些地区110kV及以上电压等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故,约占总事故的一半以上,与前几年统计相比呈大幅度上升的趋势。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,应当引起足够的重视。出口短路对变压器的影响,主要包括以下两个方面。
(1) 短路电流引起绝缘过热。变压器突发短路时,其高、低压绕组可能同时通过额定值数十倍的短路电流,它将产生很大的热量,使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够,热稳定性差,会使变压器绝缘材料严重受损,从而形成变压器击穿及损毁事故。
(2) 短路电动力引起绕组变形。变压器受短路冲击时,如果短路电流小,继电保护正确动作,绕组变形将是轻微的;如果短路电流大,继电保护延时动作甚至拒动,变形将会很严重,甚至造成绕组损坏。变压器绕组在出口短路时,将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩,这种由电动力产生的机械应力,可能影响绕组匝间绝缘,对绕组的匝间绝缘造成损伤;而辐向电动力使绕组向外扩张,可能失去稳定性,造成相间绝缘损坏;电动力过大,严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。
技术改进和降低短路事故的措施:在电磁计算方面,在保证性能指标、温升限制的前提下,综合考虑短路时的动态过程,考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍,因此尽可能使作用在内绕组上的轴向外力方向与轴向力的方向相反;绕组结构方面,要保证绕组在短路时的稳定性,就要针对其受力情况,使绕组在各个方向有牢固的支撑;器身结构方面,设计时可以采用整体相套装结构,内绕组硬绝缘筒与铁心柱用撑板撑紧,以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上,合理布置压钉位置和选择压钉数量,并设计副压板,以减小压钉作用到绝缘板上的压强和压板的剪切应力;铁心结构方面,设计铁心各部分结构件时,强度要留有充分的裕度,各部件间尽量采用无间隙配合和互锁结构,使变压器器身成为一个坚固的整体;工艺控制和工艺手段方面,对一些关键工序,如垫块预处理、绕组绕制,绕组压装、相套装、器身装配时预压力控制等进行严格的工艺控制,以保证其满足设计要求。
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。放电故障对变压器绝缘的有两种破坏作用:一种是由于放电质点直接轰击绝缘,使局部绝缘受到破坏并逐步扩大,使绝缘击穿。一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮的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。放电故障的类型与特征主要有三种。
(1)变压器火花放电故障。一般来说,火花放电不致很快引起绝缘击穿,主要反映在油色谱分析异常、局部放电量增加或轻瓦斯动作,比較容易被发现和处理,但对其发展程度应引起足够的认识和注意,主要有悬浮电位引起火花放电和油中杂质引起火花放电两种原因。
(2)变压器电弧放电故障。电弧放电是高能量放电,常见的有绕组匝层间绝缘击穿,其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障,这种故障一般事先难以预测,也无明显预兆,常以突发的形式暴露出来。
(3)变压器局部放电故障。在电压的作用下,绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现象称为局部放电。造成局部放电的原因主要有变压器油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔、制造质量不良、金属部件或导电体接触不良而引起的。局部放电是一种低能量的放电,能量密度虽不大,但若进一步发展将会形成放电的恶性循环,最终导致设备的击穿或损坏,从而引起严重的事故。
3.绝缘故障
实践证明,大多数变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。据统计,因各种类型的绝缘故障形成的事故约占全部变压器事故的85%以上。对正常运行及注意进行维修管理的变压器,其绝缘材料具有很长的使用寿命。设计和现场运行的经验说明,维护得好的变压器,实际寿命能达到50～70年。而按制造厂的设计要求和技术指标,一般把变压器的预期寿命定为20～40年。因此保护变压器的正常运行和加强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。油浸式变压器中的绝缘故障主要有两种。
(1)固体纸绝缘故障。固体纸绝缘是油浸式变压器绝缘的主要部分之一,包括:绝缘纸、绝缘板、绝缘垫、绝缘卷等,这些老化产物大都对电气设备有害,会使绝缘纸的击穿电压和体积电阻率降低、介损增大、抗拉强度下降,甚至腐蚀设备中的金属材料。油浸式变压器固体绝缘材料应具有良好的电绝缘性能和机械特性,而且长年累月的运行后,其性能下降较慢,即老化特性好。
(2)液体油绝缘故障。从石油中提炼制取的绝缘油是各种树脂、酸和其他杂质的混合物,其性质不都是稳定的,在温度、电场及光合作用等影响下会不断氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢,如果维护得当甚至使用20年还可保持应有的质量而不老化,但混入油中的金属、杂质、气体等会加速氧化的发展,使油质变坏,颜色变深,透明度浑浊,所含水分、酸价、灰分增加,使油的性质劣化。
影响变压器绝缘故障的主要因素有三个。
温度的影响:温度升高,纸内水分要向泊中析出,反之,则纸要吸收油中水分,因此,当温度较高时,变压器内绝缘油的微水含量较大,反之,微水含量就小。变压器的寿命取决于绝缘的老化程度,而绝缘的老化又取决于运行的温度。
湿度的影响:绝缘油中微量水分的存在,对绝缘介质的电气性能与理化性能都有极大的危害,水分可导致绝缘油的火花放电电压降低,介质损耗因数增大,促进绝缘油老化,绝缘性能劣化。
过电压的影响:主要有暂态过电压、雷电过电压、操作过电压的影响。
二、变压器故障检测
变压器故障的检测技术是准确诊断故障的主要手段,根据电力设备预防性试验规程规定的试验项目及试验顺序,主要包括油中的气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损失角正切检测、油质检测、局部放电检测及绝缘耐压试验等。对变压器故障的综合判断,还必须结合变压器的运行情况、历史数据、故障特征,通过采取针对性的色谱分析及电气检测手段等各种有效的方法和途径,科学而有序地对故障进行综合判断。
三、结束语
综上所述,电力变压器的绝缘性能及合理的运行维护,直接影响到变压器的安全运行、使用寿命和供电可靠性。电力变压器是电力系统中重要而关键的设备,作为变压器的运行维护人员和管理者,必须要了解和掌握电力变压器的绝缘结构、材料性能、工艺质量、维护方法及科学的诊断技术,并进行优化合理的运行管理,才能保证电力变压器的使用效率、寿命和供电可靠性。
参考文献:
[1]杨敏.变压器故障问题分析及其解决办法[J].中国高新技术企业,2009,(22).
[2]韩毅.浅谈变压器故障的分析处理与预防措施[J].读与写杂志,2007,(7).
(责任编辑:刘辉)
关键词:油浸式电力变压器;短路故障;绝缘故障;放电故障;故障检测
作者简介:程蓉(1981-),女,四川成都人,四川电力职业技术学院电气一系,助教,主要研究方向;电子信息。(四川 成都 610072)
一、 油浸式电力变压器故障类型和改进措施
油浸式电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种。内部故障有:各绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类。根据的能量密度不同,电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。如从回路划分主要有电路故障、磁路故障、油路故障。若从变压器的主体结构划分,可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障和附件故障。下面将几种常见的油浸式电力变压器故障类型以不同角度进行介绍。
1.短路故障
变压器短路故障主要指变压器出口短路,内部引线或绕组间对地短路、相与相之间发生的短路而导致的故障。据有关资料统计,近年来,一些地区110kV及以上电压等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故,约占总事故的一半以上,与前几年统计相比呈大幅度上升的趋势。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,应当引起足够的重视。出口短路对变压器的影响,主要包括以下两个方面。
(1) 短路电流引起绝缘过热。变压器突发短路时,其高、低压绕组可能同时通过额定值数十倍的短路电流,它将产生很大的热量,使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够,热稳定性差,会使变压器绝缘材料严重受损,从而形成变压器击穿及损毁事故。
(2) 短路电动力引起绕组变形。变压器受短路冲击时,如果短路电流小,继电保护正确动作,绕组变形将是轻微的;如果短路电流大,继电保护延时动作甚至拒动,变形将会很严重,甚至造成绕组损坏。变压器绕组在出口短路时,将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩,这种由电动力产生的机械应力,可能影响绕组匝间绝缘,对绕组的匝间绝缘造成损伤;而辐向电动力使绕组向外扩张,可能失去稳定性,造成相间绝缘损坏;电动力过大,严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。
技术改进和降低短路事故的措施:在电磁计算方面,在保证性能指标、温升限制的前提下,综合考虑短路时的动态过程,考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍,因此尽可能使作用在内绕组上的轴向外力方向与轴向力的方向相反;绕组结构方面,要保证绕组在短路时的稳定性,就要针对其受力情况,使绕组在各个方向有牢固的支撑;器身结构方面,设计时可以采用整体相套装结构,内绕组硬绝缘筒与铁心柱用撑板撑紧,以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上,合理布置压钉位置和选择压钉数量,并设计副压板,以减小压钉作用到绝缘板上的压强和压板的剪切应力;铁心结构方面,设计铁心各部分结构件时,强度要留有充分的裕度,各部件间尽量采用无间隙配合和互锁结构,使变压器器身成为一个坚固的整体;工艺控制和工艺手段方面,对一些关键工序,如垫块预处理、绕组绕制,绕组压装、相套装、器身装配时预压力控制等进行严格的工艺控制,以保证其满足设计要求。
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。放电故障对变压器绝缘的有两种破坏作用:一种是由于放电质点直接轰击绝缘,使局部绝缘受到破坏并逐步扩大,使绝缘击穿。一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮的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。放电故障的类型与特征主要有三种。
(1)变压器火花放电故障。一般来说,火花放电不致很快引起绝缘击穿,主要反映在油色谱分析异常、局部放电量增加或轻瓦斯动作,比較容易被发现和处理,但对其发展程度应引起足够的认识和注意,主要有悬浮电位引起火花放电和油中杂质引起火花放电两种原因。
(2)变压器电弧放电故障。电弧放电是高能量放电,常见的有绕组匝层间绝缘击穿,其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障,这种故障一般事先难以预测,也无明显预兆,常以突发的形式暴露出来。
(3)变压器局部放电故障。在电压的作用下,绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现象称为局部放电。造成局部放电的原因主要有变压器油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔、制造质量不良、金属部件或导电体接触不良而引起的。局部放电是一种低能量的放电,能量密度虽不大,但若进一步发展将会形成放电的恶性循环,最终导致设备的击穿或损坏,从而引起严重的事故。
3.绝缘故障
实践证明,大多数变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。据统计,因各种类型的绝缘故障形成的事故约占全部变压器事故的85%以上。对正常运行及注意进行维修管理的变压器,其绝缘材料具有很长的使用寿命。设计和现场运行的经验说明,维护得好的变压器,实际寿命能达到50～70年。而按制造厂的设计要求和技术指标,一般把变压器的预期寿命定为20～40年。因此保护变压器的正常运行和加强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。油浸式变压器中的绝缘故障主要有两种。
(1)固体纸绝缘故障。固体纸绝缘是油浸式变压器绝缘的主要部分之一,包括:绝缘纸、绝缘板、绝缘垫、绝缘卷等,这些老化产物大都对电气设备有害,会使绝缘纸的击穿电压和体积电阻率降低、介损增大、抗拉强度下降,甚至腐蚀设备中的金属材料。油浸式变压器固体绝缘材料应具有良好的电绝缘性能和机械特性,而且长年累月的运行后,其性能下降较慢,即老化特性好。
(2)液体油绝缘故障。从石油中提炼制取的绝缘油是各种树脂、酸和其他杂质的混合物,其性质不都是稳定的,在温度、电场及光合作用等影响下会不断氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢,如果维护得当甚至使用20年还可保持应有的质量而不老化,但混入油中的金属、杂质、气体等会加速氧化的发展,使油质变坏,颜色变深,透明度浑浊,所含水分、酸价、灰分增加,使油的性质劣化。
影响变压器绝缘故障的主要因素有三个。
温度的影响:温度升高,纸内水分要向泊中析出,反之,则纸要吸收油中水分,因此,当温度较高时,变压器内绝缘油的微水含量较大,反之,微水含量就小。变压器的寿命取决于绝缘的老化程度,而绝缘的老化又取决于运行的温度。
湿度的影响:绝缘油中微量水分的存在,对绝缘介质的电气性能与理化性能都有极大的危害,水分可导致绝缘油的火花放电电压降低,介质损耗因数增大,促进绝缘油老化,绝缘性能劣化。
过电压的影响:主要有暂态过电压、雷电过电压、操作过电压的影响。
二、变压器故障检测
变压器故障的检测技术是准确诊断故障的主要手段,根据电力设备预防性试验规程规定的试验项目及试验顺序,主要包括油中的气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损失角正切检测、油质检测、局部放电检测及绝缘耐压试验等。对变压器故障的综合判断,还必须结合变压器的运行情况、历史数据、故障特征,通过采取针对性的色谱分析及电气检测手段等各种有效的方法和途径,科学而有序地对故障进行综合判断。
三、结束语
综上所述,电力变压器的绝缘性能及合理的运行维护,直接影响到变压器的安全运行、使用寿命和供电可靠性。电力变压器是电力系统中重要而关键的设备,作为变压器的运行维护人员和管理者,必须要了解和掌握电力变压器的绝缘结构、材料性能、工艺质量、维护方法及科学的诊断技术,并进行优化合理的运行管理,才能保证电力变压器的使用效率、寿命和供电可靠性。
参考文献:
[1]杨敏.变压器故障问题分析及其解决办法[J].中国高新技术企业,2009,(22).
[2]韩毅.浅谈变压器故障的分析处理与预防措施[J].读与写杂志,2007,(7).
(责任编辑:刘辉)