水电站主变压器电气保护存在的问题及对策

梁 军

广东省源天工程有限公司，广东 广州 511340

0 引言

水电站主变压器在运行过程中常会出现故障，如短路、断路、着火等，进而损害部件，加速部件老化。因此，有必要对主变压器采取电气保护措施，在选材、设备安装、运行过程等方面加强保护，并做好主变压器的日常养护工作。

1 水电站主变压器常见故障及其原因分析

1.1 绝缘材料老化引起故障

为了避免发生触电事故，水电站所使用的主变压器内部采用了一定数量的绝缘材料，其中包括绝缘层与绝缘油。绝缘材料的主要功能是防止主变压器内部金属设施氧化，并且降低电离强度，避免变压器内部出现短路现象。但是随着主变压器的长期运转，内部的绝缘层会由于氧化、磨损等出现老化现象，绝缘材料表面会出现发黄、发黑等现象，韧性也会有所下降。绝缘油在长期使用过程中，会与空气、水分等接触，其绝缘性也会有所下降，如果继续使用绝缘性能下降的绝缘油，主变压器内部可能会出现短路、着火等问题。

经研究结果显示，当主变压器超负荷运行时，其内部所使用的绝缘材料就会加速老化。在变压器制造行业，对其所使用的绝缘材料有所限定，绝缘材料的寿命应当在15～20年，若过度使用，则会使其使用寿命缩短约20%。主变压器在运行过程中，内部加上安全工作电压，当绝缘材料老化时，其所能能承受的电压强度会下降，可能导致绝缘材料被击穿。除此之外，绝缘层与绝缘油氧化过程中，表层还会粘上其他杂质，杂质会导致主变压器内部出现腐蚀现象，严重情况下，可能会致使整个变压器功能丧失。

1.2 绕组部位出现故障

绕组部位是主变压器的重要部件，其主要功能是实现电压的改变，是整个主变压器的核心部件。绕组部件在主变压器运行过程中承担的功能性任务较多，也较为容易出现故障，其常见故障为绕组短路、绕组断路、绕组金属丝变形松动，以及物理因素所导致的绕组金属丝损坏。

（1）当绕组部件内部出现短路时，其金属丝两段所加电压数值会极速上升，部件温度也随之上升，短路极有可能导致部件烧损，在严重情况下，绕组部件还有可能发生爆炸。因此，在处理绕组短路故障时，应当立刻予以断电操作。

（2）绕组断路则是在电力系统中发生的另外一种故障，其主要表现为绕组部件两段所加电压变为零，整个主变压器停止工作。导致绕组断路的原因有很多，主要原因是内部金属丝断裂、导线断裂等。绕组断路会影响主变压器的正常运行，进而会对水电站的工作进度造成干扰，因此，一旦出现绕组断路，应当立刻对故障区域进行排查。

（3）绕组内部的金属丝也容易出现故障。为了保持良好的导电性质，对于金属丝的材质与直径大小都有较为具体的规定，由于高负荷运转导致的磨损或者外界的震动，会导致绕组部件内部的金属丝发生变形、松动的现象，金属丝的变形与松动会使绕组内部阻值大小发生改变，进而出现类短路现象与类断路现象。

（4）许多物理因素也可能会导致绕组内部金属丝或者导线出现损坏现象，这些情况都会导致主变压器产生故障，因此，在主变压器的日常养护过程中，应当定期对绕组部件及其内部金属丝进行故障检测。

1.3 运行电压、电流及温度导致的故障

除了主变压器内部部件损害导致的故障现象，主变压器上施加的运行状态也会导致严重的故障现象。

（1）主变压器上所施加的电压会出现过载现象，根据产生原因的不同可以分为内部电压过载与外部电压过载。其中，内部电压过载是指人为地在主变压器上施加的电压过大或者因电力故障而导致两端电压突然超出额定工作范围。外部电压过载大多体现为雷击，主变压器在运行过程中，周围含有较多的电离因子，在雷电天气，云层与空气中会含有大量的电离因子，其较容易与主变压器周围的电离因子发生反应。主变压器出现电压过载现象时，可能产生部件烧损的现象，在所施加的运行电压数值过高时，还可能出现部件爆炸现象。

（2）主变压器上所施加的电流会出现过载与低载现象，这两类故障都会影响主变压器的正常运行。主变压器上的电流产生过载现象的原因有两个：电压过载和内部阻值降低。根据欧姆定律可以得出电压、电流与电阻三者之间的关系。当主变压器两端所施加的电压过载时，内部阻值一般不会变化，其两端所加电流则会增大，电流过载会导致部件损坏；当主变压器内部阻值因绕组金属丝变形或松动变小时，在施加同样电压的情况下，主变压器两端电流也会增大。

（3）除了电压与电流会对主变压器的运行状态产生影响，主变压器的运行温度也会对设备的正常运行产生消极影响[1]。当主变压器的散热系统异常、所承载的负荷较大或者所处的环境温度异常时，设备的温度会极速上升。主变压器的铭牌上对其正常运行温度有所标注，超出额度温度，不仅会对运行效率造成影响，还极有可能导致部件出现损坏现象。

2 水电站主变压器电气保护问题的解决策略

2.1 设置主变压器自我保护系统

在大型机械设备或电力设备中，采取安装自我保护系统的方式能够为设备本身提供更加可靠的保护措施。例如，可以通过电子监测系统对主变压器运行过程中的各项参数进行实时监测，一旦出现持续时间长达5～10 s的异常状态，就立刻向控制系统发送警报信号，并执行操作人员所下发的操作指令。电子监测系统能够对主变压器的运行状态进行24 h监控，在某种程度上是对人力施工的解放，并且能够在故障发生之后的较短时间内对系统状态作出调整，有效防止主变压器出现烧坏现象。

另外，还可以根据水电站主变压器常见故障现象设置独立的警报系统。例如，当绕组出现故障时，可以将其编号为000，并将绕组金属丝内部的故障现象编号为000-1；当运行温度较高时，可以将其标号为001；当运行电压与电流出现故障时，可以分别标号为002-1和002-2。通过对故障类别进行编号，当电子监测系统监测到故障现象时，可以通过前端系统将故障类别一同返回给系统管理员，这样能够获取到故障的具体部位，有效提高故障检修效率[2]。

2.2 对主变压器的设备与油料开展定期检查

在主变压器中有一些故障现象可以通过加强日常养护与检修来避免，因此必须定期对主变压器的设备状态及所使用的油料状况进行检查。一般情况下，可以每个月对主变压器进行小型故障排除检测工作，每半年对主变压器进行大型故障排除检测工作。每次检测结束之后，都应当记录好检测数值、设备状态及部件更换情况，便于后期排查。

除了上述操作，还要定期对主变压器的主流系统进行养护管理。可以在变压器转轴、齿轮咬合处涂抹润滑油与隔离涂料，前者能够降低接触层的摩擦力，提高设备运行效率，后者能够有效防止金属层与空气中的水分、氧气等物质发生氧化反应，进而产生锈迹，最终出现金属层脱落的现象。除此之外，还要定时监测主变压器所处的环境，在雷雨天气更要重视其运行状态，避免出现外部电压过载现象[3]。

2.3 处理主变压器着火、断路、短路等故障

由于主变压器是电力系统中的核心部件，其会出现着火、短路及断路等故障，在水电站应当配备相应的消防系统，在出现主变压器着火现象时，应当对起火原因进行判断，并且查看绝缘油是否出现泄露，然后选择合适的灭火材料减弱火势。当主变压器出现短路现象时，可以利用电力检修工具判断短路故障的发生区域，一一排除短路原因，并锁定导致短路的主要原因，在必要情况下，可以暂停主变压器的运行，对其进行拆解分析。在排除短路问题之后，应当对短路发生线路进行标记，并将其记录在主变压器电力系统检修手册上。

处理主变压器断路问题与短路故障的处理手法相似。出现断路故障时，应当关闭整个电力系统的总开关，并锁定断路区域，就其产生断路的根本原因进行分析。除此之外，还可以重新排设主变压器的电路系统，将主变压器的电力系统独立出来，当出现电路故障时，可以仅关闭主变压器的电力系统，这样能够降低故障检修对水电厂工作进度的影响。独立运行的电力系统在维护过程中工作量更小，而且检修安全性更高，水电站可以就电力系统进行改善。

3 结束语

水电站主变压器是整个水电站电力系统中最为重要的一部分，其常见故障多源于型号匹配故障、安装错误、过度运行等方面。因此，在提升水电站主变压器的电气保护措施实际效力的过程中，应当注重设备选材、设备安装及使用频率和运行时长等因素。除此之外，还要定期对主变压器进行检修与维护，避免长期运行而导致大型故障出现，进而导致水电站电力系统瘫痪。