电机变压器内部故障类型分析

霍谦

[摘 要]电机变压器是电力系统的重要组成部分，其运行情况直接关系着整个电力系统的运行状况。文章简要介绍了电机变压器的组成，重点分析了电机变压器内部放电故障和过热故障两种类型的表现与成因。

[关键词]变压器；内部故障；放电故障；过热故障

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.41.053

目前，各个领域、各个行业的用电需求越来越多，对我国电力系统的安全稳定供电提出了更高的要求。电机变压器是我国电力系统的重要组成部分，其运行情况直接关系着整个电力系统的运行状况。电机变压器一旦出现故障，将会给人们的正常生产、生活造成不便，给个人、企业和国家造成不同程度的经济损失。

电机变压器内部故障主要是指油箱内部发生的故障，油箱主要起绝缘和散热作用，发生的故障有内部放电故障和过热故障两种。电机变压器如果发生故障会使得电力系统运行不稳定，容易出现安全事故，给整个电力系统的正常运行造成不可逆的损害。因此，电力部门必须提高工作人员的安全意识水平，全员要高度重视电机变压器的内部故障，增强专业知识和相关经验，熟练掌握电机变压器的故障类型及其严重程度，对出现的故障能在早期发现并做出正确判断，采取科学合理的方式及时开展修复行动，保障电力系统安全可靠的运转，杜绝安全事故的发生。

电机变压器的组成成分之一是油箱。油箱内装满变压器油，变压器油是一种矿物质油，具有很好的绝缘性能，可以保护变压器免受电场、磁场的干扰。电机变压器内部发生故障与变压器油有关系，电机变压器内的变压器油与固体材料受到外界环境影响，如天气变化冷热不均、气候干燥潮湿、氧化风化作用、电场磁场作用等，这些因素会使得变压器内部发生各种物理变化和化学反应，逐渐分解、老化，生成各种气体，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等，溶解于变压器油中。受到外界环境刺激，如加热、闪电等，这些气体与变压器油相互作用就会产生大量的热能、电能，导致电机变压器发生故障。

根据故障性质不同，我们将电机变压器内部故障分为放电故障与过热故障两种类型。根据放电量的多少，将放电故障分为三种：电弧放电故障、火花放电故障、局部放电故障。下面对这几种故障一一作出说明。

1 电机变压器内部放电故障

1.1 电弧放电故障

是指两个电极在一定电压下由气态带电粒子（如电子或离子）维持导电的现象。这种故障最显著的外观特点是呈现明亮的弧光柱和电极斑点，它会出现在变压器的每一个部位。电机变压器内部发生这种故障时常常生成大量浓烈气体，这些气体没有足够的时间溶解于变压器油中，大量的气体不断上升，在气体继电器中聚集起来引发一系列动作，导致变压器油出现异常运动，电机变压器发生故障。具体来讲，发生电弧放电故障的原因主要有：过电压导致的内部绝缘闪络、因为引线断裂而造成的闪弧、线圈匝间的绝缘体被击穿、在似接未接情况下出现分接开关触柱间的飞弧等，这些因素都会引发电机变压器出现内部故障。由于电弧放电故障发生的比较突然，持续时间较短，往往在一瞬间完成，并且发生前没有明显的外观特征能及时预告故障的出现，因此对这类内部放电故障进行预诊断有一定的难度，几乎无法实现预诊断。目前技术只能支持在故障发生后检测变压器油中溶解的气体。由于电机变压器发生这类故障后变压器油中气体含有的总烃量较多，对气体成分进行分析可以判断是否为电弧放电故障及其故障严重程度，然后才能对故障采取有效措施减少损失。

1.2 火花放电故障

当高压电源的功率不太大时，高电压电极间的气体被击穿，由于正负电之间有势差，就会出现放电现象。由于气体被击穿后忽然由最佳绝缘体变为良导体，电流急剧增加，而电源功率不够，此时电压下降，放电暂时熄灭，等到电压恢复就会再次放电，所以火花放电故障的显著特征是具有间歇性。电机变压器内部一般在以下情形中会出现火花放电故障：两个或多个导电体之间的电位不同、悬浮体的电位不是固定的、绝缘体之间是相互接触的、所处的电场非常不均匀、电场出现畸形变化等等。电机变压器内部出现这种故障的原因主要有：铁芯片之间接触不良、铁芯接地片接触不好、沿围屏纸板表面出现爬电、套管均压球不牢固出现松动、分接开关操作柄的拨叉悬浮等，这些都会导致火花放电。与电弧放电故障相比，火花放电故障产生的能量较小、含有的总烃量较少。

1.3 局部放电故障

顾名思义，这种故障是由于局部原因造成的放电。该故障主要是由于具有导电性能的材料其表面出现尖角或具有绝缘性能的材料之间出现气隙，这就使得绝缘体的某些部位会出现连接，这些部位存在绝缘弱点，在电场畸变或有外施电压发生作用就会发生局部放电故障。随着放电时间的增加，局部放电不断发展，导致绝缘材料出现不同程度的损坏，如呈现出树形碳化痕迹或者被击穿。另外，如果变压器油中含有水分或杂质，泄漏的电流将其作为介质，电流流动产生的热量会将这些水分蒸发为气泡，这些热量还会裂解变压器油生成气体。当外界压力达到一定程度，生成的气泡或气体绝缘度较低时也会出现局部放电故障。局部放电故障的诊断方法较多，如利用脉冲、无线电、化学反应等。

2 电机变压器内部过热故障

电机变压器在工作过程中产生的热量主要来自绕组和铁芯的损耗，电机变压器的各个组成成分，如绕组、铁芯、变压器油等的温度升高就是由于这些损耗转化为热能导致的。对于各个部分的正常温升有统一的标准，绕组的标准温升是65K，变压器油的标准温升是55K。如果各个部分的温升超过国家标准就认为电机变压器出现了内部过热故障。

在电力系统日常运行中，电机变压器内部发生的故障多为过热故障，其危害程度一般要小于放电故障。但是如果此类故障发生后相关部门没有加以重视、判断不准确、处理不及时，同样会造成严重损害。例如高温使得绝缘材料发生分解、逐渐老化，过热故障转化为放电故障，持续的高温天气、居民用电量增加，这时甚至会转化为电弧放电故障。因此，工作人员对变压器内部过热故障要同样给予高度重视。

电机变压器内部过热故障有：引线过热故障，一般出现在套管上，表现为引线的接头、分流、断股过热；绕组过热故障，这是常见的电机变压器内部过热故障，包括绕组烫手、导线颜色发生变化、导线出现糊味儿等；漏磁过热故障，大型变压器的漏磁通温度较高，易发生这种故障；铁芯多点接地过热故障，导致油纸绝缘逐渐老化，铁芯片之间的绝缘层脱落，造成短路，芯片由于温度过高被烧毁；异物引起局部过热故障。

电机变压器内部过热故障的影响因素主要有：负载电流的导线接触不良，引线绝缘没有做到位，线段之间的油道比较小，套管导管与穿缆引线相互接触产生分流等。电力工作人员可通过液相和气相色谱分析法、直流电阻测量法等对过热故障进行诊断。

3 结 论

近年来，随着社会的快速发展，人们的生活水平逐步提高，全社会用电量急剧上升，城镇居民和农村居民用电量同比都有不同程度的增长，四大载能行业——化工行业、建筑行业、钢铁冶炼行业、有色金属行业的用电量不断增加。当前，我国居民用电和商业用电需求不断增加，电网负荷量越来越大，电力供需形势严峻，电力供需矛盾不容乐观。因此，保障电力系统正常运行、减少电力事故的发生、避免电机变压器出现故障势在必行。

参考文献：

[1]杨启平，薛五德.电力变压器过热故障的在线监测[J].上海电力学院学报，2008（4）.

[2]李小军，金正洪，师旭，等.变压器类设备油气分析、故障诊断技术发展与应用实例[J].变压器，2011（2）.