配电变压器故障原因分析及防范措施

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  【摘 要】通过对油浸式配电变压器历年的事故和故障处理,着重分析了油浸式配电变压器故障的几种主要原因,提出了具体的防范措施,为防止发生配电变压器烧毁故障提供借鉴。
  【关键词】变压器;故障;原因分析;防范措施
  前言
  配电变压器是配电系统中最关键的设备之一,它承担着电压变换,电能功率的传输和分配,并直接为广大电力客户提供电力服务。因此,变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证,随着配变容量的不断增大,变压器发生故障后停用的户数必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生,有效避免大面积停电事件的发生。但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。通过近几年梳理配电变压器的运行参数和事故分析报告,结合配电变压器的运行环境和故障原因分析,采取相关的防范措施,预防变压器事故的发生。
  1、城市配网变压器的运行情况
  目前,城区运行的配电变压器共计276台,其中柱上配电变压器215台,箱式变压器61台,总容量为102755KVA;共担负着为4万多用户的供电任务,随着用户用电量的大幅增加和优质服务工作的深入开展,变压器故障带来的负面影响越来越大,对变压器的运行维护提出了更高的要求。
  1.1、运行环境
  日益增长的用电负荷对城市配网的要求越来越高,灵活的城市配电网络要求线路或设备故障后负荷能够快速的转移,来保证城市配网的供电要求。同样,配电变压器通常运行在城市的负荷中心,新增负荷不宜控制,配变布点困难,负荷高峰期,大多数配电变压器通常在满负荷或短时过负荷状态下运行,对变压器的油、导电回路和线圈绝缘造成不必要的损伤,再加上三相用电负荷不平衡造成的局部发热,接地网运行时间长,接地电阻超标导致的低压侧零线电流增大引起的局部过热,都对变压器的运行寿命产生影响。
  1.2、运行维护
  配电变压器是城市配电网络重要的电气设备,运行维护工作的不到位,容易引起变压器的缺陷长时间得不到消除,发生变压器故障;变压器高低压熔丝配置不合理,变压器或低压线路发生故障后熔丝不能快速熔断,导致变压器的故障不能长时间切除,容易发生故障的扩大,严重会烧毁变压器;外力破坏或杆基下沉导致变压器高低压引线端子受力,变压器运行时间长,套管密封老化,导致漏油或进水等缺陷,如果没有及时发现或处理,都会导致变压器烧毁。
  1.3抽检检查或定期检查不到位
  配电变压器在城市配网中用量较大,加上招标采购的变压器厂家众多,质量参差不起,加强配电变压器出厂的抽检和定期检查实验是预防变压器故障的主要手段,由于变压器投运前抽检工作不到位或每年变压器定期实验工作不到位,致使变压器潜在的缺陷不能及时发现,发展为变压器的故障。
  1.4常见的故障类型
  从近几年配电变压器故障的类型来看,变压器的绝缘故障、分接开关故障、二次短路故障、维护不到位造成的缺陷不能及时消除造成的故障、过负荷故障、其它原因造成的故障分别占比40%、10%、10%、30%、10%,由此看出,变压器的绝缘降低和过负荷发热引起的故障是造成配电变压器故障的主要原因,需要我们分析和加以防范的。
  2、原因分析
  2.1 绝缘故障
  2.1.1绝缘件故障
  固体绝缘件是油浸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、绝缘绑扎带等,其主要成分是纤维素。绝缘纸老化后,其聚合度和抗张强度将逐渐降低,并生成水、CO、CO2,其次还有糠醛(呋喃甲醛)。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,甚致腐蚀设备中的金属材料。另外由于过热而产生悬浮碳粒和纤维素,在油道中搭成小桥而影响油的性能。固体绝缘具有不可逆转的老化特性,其机械和电气强度的老化降低都是不能恢复的。所以配电变的定期大修应仔细检查固体绝缘部件的状况,大小修中色谱分析测量油中糠醛含量,以便于分析变压器内部存在故障是否涉及固体绝缘或是否存在引起线圈绝缘局部老化的低温过热,或判断固体绝缘的老化程度。在运行维护中,应注意控制变压器额定负荷,运行环境空气流通、散热条件好,防止变压器温升超标和箱体缺油。还要防止油质污染、劣化等造成纤维的加速老化,损害变压器的绝缘性能、使用寿命和安全运行。案例:公司配电变在秋检中发现低压侧直阻不平衡,对地绝缘电阻较往年明显大幅降低,吊芯检查发现低压侧A相引出线焊接部位有发热迹象,绝缘夹块老化变色,重新焊接引线,更换绝缘夹块,直阻、绝缘电阻正常。
  2.1.2绝缘油故障
  2.1.2.1绝缘油变质。包括它的物理和化学性能都发生变化,从而使其电性能变坏。通过测试绝缘油的酸值、界面张力、水溶性酸值等项目,可判断是否属于该类缺陷,对绝缘油进行再生处理,可能消除油变质的产物,但处理过程中也可能去掉了天然抗氧剂。
  2.1.2.2绝缘油进水受潮,由于水是强极性物质。在电场的作用下易电离分解,而增加了绝缘油的电导电流,因此,微量的水分可使绝缘油介质损耗显著增加。同时油中的水分当以游离态存,极易在电极之间搭成小桥,从而使有的击穿性能明显下降。在时通过测试绝缘油的微水,判断是否属于该类缺陷。对绝缘油进行压力式真空滤油,一般能消除水分。通过油耐压试验可以知道,对于正常的变压器油打耐压时可以到45KV,而往油杯中滴入少量水或杂质,则其击穿电压将明显降低,击穿电压将低于15KV。
  2.1.2.3含有极性物质的醇酸树脂绝缘漆溶解在油中。在电场的作用下,极性物质会发生极化,在交流极化过程中要消耗能量,所以使油的介质损耗上升。虽然绝缘漆在出厂前经过固化处理,但仍可能存在处理不彻底的情况。变压器运行一段时间后,处理不彻底的绝缘漆逐渐溶解在油中,使之绝缘性能逐渐下降。该类缺陷发生的时间与绝缘漆处理的彻底程度有关,通过一两次吸附处理可取得一定的效果。   2.1.2.4油中混有水分和杂质。变压器未投入前,潮气侵入使绝缘受潮;或者变压器处于潮湿场所、多雨地区,湿度过高。在储存、运输、运行过程中维护不当,水分、杂质或其他油污混入油中,使绝缘强度大幅降低。制造时,绕组内层浸漆不透,干燥不彻底,这种污染情况并不改变油的基本性质。对于水分可用干燥的办法加以排除;对于杂质可用过滤的办法加以清除;油中的空气可通过抽真空的办法加以排除。
  2.2 分接开关故障
  2.2.1 高温过热
  正常运行中的变压器分接开关,长期浸在高于常温的油中,运行于过负荷状态,会引起分接开关触头出现碳膜和油垢,触头发热后又使弹簧压力降低,特别是触环中弹簧,由于材料和制造工艺差,弹性降低很快;或出现零件变形,分接开关的引线头和接线螺丝松动等情况,即使处理,也可能使导电部位接触不良,接触电阻增大,产生发热和电弧烧伤,电弧还将产生大量气体,分解出具有导电性能的碳化物和被熔化的铜粒,喷涂在箱体、一/二次套管、绕组层间、匝层等处,引起短路,烧坏变压器。
  2.2.2 本身缺陷
  分接开关的质量差,结构不合理,触头弹簧压力不足或滚轮压力不均,压力不够,接触不可靠,外部字轮位置与内部实际位置不完全一致,引起动、静触头有效接触面积减小,错位的动、静触头使两抽头之间的绝缘距离变小,并在两抽头之间发生短路或对地放电,短路电流很快就把抽头线圈匝烧坏,甚至导致整个绕组损坏。
  2.2.3 人为原因
  无载调压开关的原理不清楚,出现调压不正确,导致动静触头部分接触等;安装工艺差,对变压器各部位紧固螺栓的检查不仔细,造成变压器箱体进水,使分接开关绝缘、绕组绝缘受潮;运行维护不到位,没有严格执行《变压器运行规程》,多数变压器从安装到变压器烧毁期间,一直未进行过常规维护与污垢处理,导致变压器散热条件变差甚至烧毁。
  2.3铁芯多点接地
  铁芯夹板穿心螺栓套管损坏后与铁芯接触,形成多点接地,造成铁芯局部过热而损坏线圈绝缘;
  铁芯与夹板、钢构件之间有金属异物或金属粉末,在电磁力的作用下形成“金属桥”,引起多点接地;铁芯与夹板之间的绝缘受潮或多处损伤,导致铁芯与夹板有多点出现低电阻接地。
  虽然硅钢片之间涂有绝缘漆,但其绝缘电阻小,只能隔断涡流而不能阻止高压感应电流。当硅钢片表面上的绝缘漆因运行年久,绝缘自然老化或损伤后,将产生很大的涡流损耗,增加铁芯局部发热,使高、低绕组温升加剧,造成变压器绕组绝缘击穿短路而烧毁。因此,对配电变压器应定期进行吊芯检测,发现绝缘超标时,及时处理。
  2.4 二次侧短路
  当变压器发生二次侧短路、接地等故障时,二次侧将产生高于额定电流20~30倍的短路电流,而在一次侧必然要产生很大的电流来抵消二次侧短路电流的消磁作用,如此大的电流作用于高电压绕组上,线圈内部将产生很大的机械应力,致使线圈压缩,其绝缘衬垫、垫板就会松动脱落,铁芯夹板螺丝松弛,高压线圈畸变或崩裂,导致变压器在很短的时间内烧毁。
  2.5 其它故障
  2.5.1由于变压器的一/二次侧引出均为铜螺杆,而架空线路一般都采用铝芯导线,铜铝之间在外界因素的影响下,极易氧化腐蚀。在电离的作用下,铜铝之间形成氧化膜,接触电阻增大,使引线处铜螺杆、螺帽、引线烧毁。
  2.5.2套管闪络放电也是变压器常见异常之一。造成此种异常的原因有:制造中有隐伤或安装中碰伤;胶珠老化渗油后遇到空气中的导电金属尘埃吸附在套管表面,当遇到潮湿天气、系统谐振、雷击过电压等,就会发生套管闪络放电或爆炸。
  2.5.3检修或安装过程中,紧固或松动变压器引出线螺帽时,导电螺杆跟着转动,导致一次侧线圈引线断线或二次侧引出的软铜片相碰造成相间短路。在吊芯检修时,有时不慎将线圈、引线、分接开关等处的绝缘破坏或工具遗留在变压器内。在变压器上进行检修时,不慎跌落物件、工具砸坏套管,轻则发生闪络,重则短路接地。
  2.6过负荷故障
  2.6.1城市配网变压器由于布点困难等原因,通常容量较大,带的用户较多,况且低压用户的用电负荷不能控制,在负荷高峰期,容易发生配变过负荷,导致变压器油和导电部分、线圈过热,引起变压器烧毁;低压用户三相用电不均匀,可能发生某相负荷过大,三相负荷不平衡,导致低压零线电流过大,引起变压器局部发热严重;接地网运行时间长,接地体锈蚀严重,接地电阻超标,变压器接地接触不良等原因,都会导致变压器故障。
  3、防范措施
  配电变压器烧坏的事故,有相当部分是完全可以避免的,还有一些只要加强设备巡视,严格按章操作,随时可以把事故消除在萌芽状态。
  3.1投运前检测
  3.1.1油枕上的油位计是否完好,油位是否清晰且在与环境相符的油位线上。过高,在变压器投入运行带负荷后,油温上升,油膨胀很可能使油从油枕顶部的呼吸器连接管处溢出;过低,则在冬季轻负荷或短时间内停运时,可能使油位下降至油位计看不到的位置。
  3.1.2盖板、套管、油位计、排油阀等处是否密封良好,有无渗油现象。否则当变压器带负荷后,在热状态下,会发生更严重的渗漏现象。
  3.1.3防爆管(安全气道)的防爆膜是否完好。
  3.1.4呼吸器的吸潮剂是否失效。
  3.1.5变压器的外壳接地是否牢固可靠,因为它对变压器起着直接的保护作用。
  3.1.6变压器一/二次出线套管及它们与导线的连接是否良好,相色是否正确。
  3.1.7测量变压器的绝缘,用1000~2500MΩ表测量变压器的一/二次绕组对地绝缘电阻(测量时,非被测量绕组接地),以及一/二次绕组间的绝缘电阻,并记录测量时的环境温度,绝缘电阻的允许值没有硬性规定,但应与历史情况或原始数据相比较,不低于出厂值的70%(当被测变压器的温度与制造厂试验时的温度不同时,应换算到同一温度进行比较)。
  3.1.8测量变压器组连同套管的直流电阻,根据GB50150-1991《电器装置安装工程电气设备交接试验标准》第6.0.2条的有关规定:配电变压器各相直流电阻的相互差值应小于平均值的4%,线间直流电阻的相互差值应小于平均值的2%。
  若以上检查全部合格,则先将变压器空投(不带负荷)。检查电磁声有无异常,测量二次侧电压是否平衡。如平衡说明变压器变比正常,无匝间短路,变压器可以带负荷正常运行。
  3.2运行中注意事项
  3.2.1在使用配电变压器的过程中,一定要定期检查三相电压是否平衡,如严重失衡,应及时采取措施调整。同时,应经常检查变压器的油位、油色,有无渗漏,发现缺陷及时消除,避免分接开关、线圈因受潮而烧坏。
  3.2.2定期清理配电变压器上的污垢,检查套管有无闪络放电,接地是否良好,有无断线、脱焊、断裂现象,定期遥测接地电阻不大于4Ω,或者采取防污措施,安装套管防污帽。
  3.2.3在接/拆配电变压器引出线时,严格按照检测工艺操作,避免引出线内部断裂。合理选择二次侧导线的接线方式,如采用铜铝过渡线夹或线板等。在接触面上涂上导电膏,以增大接触面积与导电能力,减少氧化发热。
  3.2.4在切换无载调压开关时,每次切换完成后,首先应测量前后2次直流电阻值,做好记录,比较三相直流电阻是否平衡。在确定切换正常后,才可投入使用,在各档位进行测量时,除分别做好记录外,注意将运行档直流电阻放在最后一次测量。
  3.2.4定期对变压器进行红外测温和开展变压器负荷测试工作,及时对变压器负荷进行调整,对变压器发热部位的缺陷进行处理;同时,加强变压器的运行维护,对于长期过负荷的变压器及时安排更换,合理配置高低压跌落的熔丝,预防由于运行维护不到位引起的变压器故障。
  3、结束语
  配电变压器在城市配电网中担负着重要的作用,其安全稳定运行直接影响到用户的可靠优质用电,加强变压器的运行维护,利用先进的带电检测技术预先发现变压器存在的缺陷和故障,是配变变压器可靠,安全运行的重要手段,提高运维人员的技术素质和检修技能,才是配电变压器安全运行的重要保证。
  作者简介:
  李应时,男,1972年----,长期从事配网运行维护工作。
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