变压器内部故障分析及预防措施研究

曹荣辉

（西山煤电（集团）有限责任公司发电分公司，山西 太原 030053）

电力变压器大多是油浸式变压器，变压器内部故障一般是变压器本体内的故障，一般有短路故障、接地故障、气体超限故障等。变压器内部故障按性质可分为热故障和电故障，它们均会引起绝缘损坏。变压器绝缘损坏往往是不可逆的，一旦变压器主绝缘或匝间绝缘出现问题，变压器往往需要大修甚至失去使用价值，还会对供电系统造成安全隐患。因此，了解变压器故障发生的原因，掌握常见变压器故障的类型，对运维人员日常巡视、维护、检修变压器具有重要意义。本文从分析变压器内部故障产生原因的角度出发，列举了引起变压器绝缘故障的各类原因，并对变压器绝缘故障预防提出了自己的看法。

引起绝缘故障的原因有短路故障击穿绝缘、放电故障击穿绝缘、变压器内部固体绝缘纸老化和液态绝缘油污染（如油中混入了水分或杂质、液态绝缘油劣化或发生了氧化反应等）。过负荷引起高温会致使绝缘损害。过电压会引起绝缘层被破坏。铁芯故障如铁芯多点接地会在变压器内部形成环流，导致铁芯局部温度过高而损坏绝缘。分接头相间距不够时会引起分接开关故障。变压器还可能发生渗漏故障等。

1 短路故障

变压器发生短路故障时，绕组会通过额定电流成倍数的短路电流，并且电流的热效应会使变压器温度急剧升高，严重时甚至引起火灾，数值巨大的短路电流还会产生很大的电动力，造成绕组拉扯变形，这对变压器的损坏是不可逆转的，会极大地妨碍变压器的安全运行。

短路故障的主要预防措施如下：

（1）对变压器进行短路试验。运维人员了解变压器运行状况的方法通常是通过试验的方法得到结论，变压器短路试验可以有效地判断变压器在短路状态下机械性能的稳定性，但是短路试验并不能判断变压器的抗热性能。

（2）对变压器绕组进行变形试验。幅频响法是测量绕组变形的主要方法，观察绕组对地电容的变化情况来判断绕组状态。另外，短路阻抗法根据变压器绕组电容改变量来判断绕组是否变形，能够作为幅频响应法的有益补充。

（3）检查继电保护与重合闸系统的相互配合情况。使用年限长的变压器自身承受短路电流冲击的能力较弱，如果重合闸系统自动重合或强行重合有可能造成变压器绝缘击穿，失去维修的价值。因此对变电站临近线路可以考虑不用或恰当延长合闸响应时间，以降低短路故障下重合闸没有成功而可能引起的二次事故的概率，不仅如此，变压器短路故障发生后应首先对短路跳闸的变压器进行试验查找问题，测算短路电流值，根据实验结果再决定是否恢复送电。

2 放电故障

放电故障可以造成变压器绝缘击穿，也可以间接地产生热量或者带有腐蚀性质的活性气体造成局部绝缘遭受腐蚀，以致进一步导致变压器介质损耗加剧，最终结果还是造成绝缘击穿。

放电故障的主要预防措施如下：

（1）加强变压器油的监测。如果变压器油内水分含量超过1/10000，变压器介电强度就会下降50%，绝缘油击穿试验可以对变压器油的绝缘可靠性有效校验，对主要供电变压器进行绝缘油击穿试验非常重要。

（2）避免变压器表面脏物。大多数电力变压器安装在户外场所，不可避免的会受到浮沉、雨雪、风沙造成的脏物附着，检修人员应利用检修时机彻底清除变压器本体附着的污渍、油渍，尤其是绝缘子和套管尽可能保持干净，否则会出现爬电现象，严重会引起闪络，此外还要经常检查变压器散热器是否出线锈迹，散热是否正常，及时清理散热器污垢和渗漏。

（3）完善在线监测系统。对主变压器进行在线监测可实时了解变压器运行状态，及时发现变压器异常。在线监测结合专家系统可有效发现变压器早期问题，将问题扼杀在萌芽状态。

（4）国家能源局《二十五项电网重大反事故措施》要求，电力设备预防性试验要增加红外成像测温检测内容，红外检测可系统性地对变压器“探伤”，如直流电阻超标、套管介质损耗超标等，尤其是因为绝缘受潮、裂化引起的电压制热损伤，由于其温差变化仅有1-3k，运行中很难依靠其他手段发现，故试验中积极引进红外监测内容非常有必要。

3 绝缘纸老化

固体绝缘纸主要成分是聚酰胺纤维（PA）或聚酯无纺布和聚酯薄膜复合（DMD）制作的，其聚合度通常在1.3*104左右，随着时间积累绝缘纸的聚合度有可能下降，当其聚合度下降至300左右时，其机械强度已经下降超过了50%。绝缘纸老化后，不仅耐张强度降低，还会产生水及多种气体，这些多余产物不仅会使绝缘纸的击穿电压和电阻率降低、介质增大、强度下降，还可能腐蚀设备中的金属部件。

绝缘纸老化故障的主要预防措施如下：

（1）避免频繁进行绝缘油采样，引起变压器内部负压使外部空气和水分进入变压器本体造成绝缘受潮。

（2）加强巡视，定期对变压器试验。绝缘纸的老化是随着变压器运行不可避免的，我们只有在日常巡检、维护过程中注意观察变量，如气体继电器是否有气体、呼吸器硅胶颜色是否变化等，及时发现问题，尽早更换或维修，延长变压器使用寿命。

4 绝缘油污染、劣化

污染是油中出现水或杂质，这些不是氧化的产物，杂质可使绝缘油性能降低，介损角增大，易被击穿。绝缘油的劣化是油发生氧化反应并且产生了气体，同样可能是绝缘油耐压能力降低，介质角增大，易被击穿。

绝缘油污染、劣化故障的主要预防措施如下:

（1）设备密封及防潮。及时更换变压器呼吸器硅胶以避免水分进入，大修后的变压器可进行抽真空保压，这不仅可以防止空气进入也可检查变压器的密封是否良好。

（2）提高氧化的稳定性。在变压器绝缘油中适当添加抗氧化剂可有效延缓变压器油的氧化，保持绝缘油的绝缘性能。

（3）通过预防性试验及早发现问题。变压器油应按照预防性试验规程所规定的试验周期或在必要时进行简化实验、色谱试验，同时在变压器运行过程中保持冷却装置的正常投用，使绝缘油表面温升控制在55℃以下。

5 过负荷、过电压引起的绝缘故障

变压器长期过负荷运行会造成变压器损耗增加，输出电压也会随之降低。当输出的电流增大到短路电流时其电压会降为零。同时，变压器内部温度升高，会加速绝缘的劣化；变压器正常运行时其内部只需考虑电阻和电感，电阻和电感在变压器内部是平均分布的，当出现操作过电压时，其电压值可以达到额定电压的很多倍，而变压器绝缘强度耐压性一般只能达到额定电压二点五倍左右，所以过电压可引起变压器绝缘损坏。

过负荷、过电压引起的绝缘故障的主要预防措施如下：

（1）开关柜增加避雷器防止操作过电压，35千伏电压互感器采用VV型接法防止谐振过电压，增大变压器匝间电容等措施都可以有效避免过电压。

（2）注意变压器低压绕组测抽头与中性点之间的距离。

（3）注意负荷分配方式，防止变压器长时间过负荷运行。

6 结论

引起变压器故障的原因有电气量和非电气量原因，变压器故障的原因分析需要参考的各类参数也非常繁多，处理起来难度很大，我们只有不断总结经验，不断学习，细致搞清楚每次故障的根由，才能在变压器故障发生时占据主动，及时排除故障，才能确保电力系统的稳定运行。