电力变压器的故障原因及类型分析.doc

电力变压器的故障原因及类型分析XXXX（XXXX电业局 123000）摘 要：本文通过对电力变压器的各类故障的发生原因及其类型进行深入的分析，找出了变压器故障的主要原因和类型，有利于在变压器的生产制造、运行维护过程中发生的各种故障的原因进行诊断、分析并解决。 关键词：变压器 故障 过电压 绝缘 引言 电力系统的生产和供销特点决定，发电、供电和用电过程将构成不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。据资料统计从2000年到2010年，我国主要电网有近1/3的电网事故的直接起因是设备自身故障所造成的，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的26.3%，由此可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全支持和关键因素。 电力变压器是电力系统的主要设备之一，保证大型变压器的安全运行在电力系统中占有极其重要的地位。为了提高对变压器故障监测和诊断水平，需要对变压器故障有一个系统的认识，这不仅有助于预防变压器自然发生的故障，同时也有利于阻止人为因素可能引发故障的过失行为。下面对变压器的故障及其原因进行深入、细致的分析。一、变压器发生故障的原因分析根据对变压器故障类型的统计和分析，总结出变压器的故障原因如下：1. 变压器的制造工艺存在缺陷。如设计不合理、原材料质量低劣及加工不精细等，因此而造成了变压器在投入运行后发生故障。2. 变压器缺乏良好的管理及维护。如在生产运行中变压器检修后干燥处理不充分，安装不细心，操作不当，以及由于检测能力有限导致某些故障未能及时发现而继续发展，或故障设备修复不彻底等。3. 变压器的绝缘老化。变压器在正常运行中，由于长期受到热、电、机械应力以及环境因素的影响，会发生一些不可逆的变化过程，使绝缘老化，通常这一过程非常缓慢。但当设备发生某些异常情况时，则会加速绝缘老化过程，迅速形成故障。4. 恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及长期超过技术规定所允许的负荷范围运行而造成的故障，这类情况往往是直接导致故障的重要起因。不同的运行条件会导致不同的故障，以下的表1是各种运行情况下的故障统计。表1 运行条件引起的变压器故障运行条件条件特性原 因引起的故障负载条件工作过程特性经常过载绕组过热、绝缘老化、分接烧损停运时间过长绝缘受潮操作过电压或雷电过电压主绝缘、纵绝缘损伤或击穿系统近区短路绕组变形、绝缘损伤、绕组及分接开关过热烧蚀环境条件工作现场特点高温过热、绝缘老化低温外绝缘及橡胶垫圈劣化有害气体结构件、外绝缘腐蚀地理、气象特点高湿度绝缘受潮、击穿海拔大于1000米允许温升降低污染情况污秽、粉尘套管表面绝缘电阻降低，漏泄电流增加二、电力变压器故障类型分析变压器从结构上看主要包括铁芯、一、二、三次绕组、引出端子和冷却系统等，有时还带有辅助的外部冷却器及分接变换装置。原则上讲，所有这些组、部件都有可能发生故障，但其发生的概率差异很大，为了保证分析的有效性，我们将研究的范围限制在较为常见的故障类型上。变压器故障分析是其可靠性设计、制造、试验与运行的基础。在这里我们借助于故障树(Fault Tree)形式，可以将变压器故障直观地逐级划分为基本故障类型。这不仅有利于故障原因的分析，对改进设计和制造工艺均有帮助。我们根据对变压器故障以及事故的统计分析，建立了电力变压器故障树。将威胁大型变压器安全运行并需尽快安排检修的情况作为顶故障。导致顶故障发生的中间级故障是按变压器主要组件故障划分的，变压器主故障树结构如图1所示。变压器故障绕组故障铁芯故障主绝缘故障引线故障套管故障分接故障图1 大型电力变压器主故障树进一步根据故障间的因果关系，可以分别找出导致中间级故障的更基本的故障原因，因而形成一系列故障子树如图2所示。绕组短路绕组断线绕组匝间短路绕组低温过热绝缘老化绕组变形出口短路累积短路局部放电绝缘受潮浸渍不良过电压雷电波操作波短路应力焊接不良油道堵塞长期老化制造不良谐波(a) 绕组故障树铁芯故障铁芯故障铁芯多点接地导电异物影响迭片间绝缘破损振动老化散热不良磁饱和悬浮放电接地不良接地片熔断(b) 铁芯故障子树结构不合理围屏放电绝缘受潮异常电压主绝缘故障绝缘击穿绕组变形异常电压油流带电油速过快管道狭窄引线断股焊接不良短路冲击引线故障对地闪络绝缘受潮局部露铜引线过热焊接不良负荷过载 (c) 主绝缘故障子树 (d) 引线故障子树触头烧损油泥沉积拨叉接触不良拨叉放电限流电阻断开引线断开断线系统短路分接故障过热接触不良负荷不均衡(c) 主绝缘故障子树套管故障均压球悬浮放电结构不合理套管闪络绝缘受潮异常电压套管过热导杆接触不良外部短路长期过负荷导管分流引线绝缘受潮引线绝缘受损(d) 套管故障子树图2 电力变压器各主要组件故障子树结构图据资料统计，辽宁省电力有限公司从2000年到2008年间共发生220kV 及以上电压等级的变压器事故16次，以数量计的年平均事故率0.375%，其中2000年和2008年66kV及以上变压器异常情况按其发生的部位统计的情况如表2、表3所示。表2 1998年辽宁省公司66kV及以上变压器异常情况统计异常形态套管介损大有载开关总烃超标油污染轻瓦斯信号频繁套管接头过热台数49116411比例%68.115.38.35.61.41.4表3 2008年辽宁省公司66kV及以上变压器异常情况统计异常形态套管缺陷本体绝缘不良股间短路本体油缺陷有载开关线圈放电铁心多点接触油泵浇损异常5264155241形态58.436.744.4916.865.622.254.491.12 由表2、表3可以看出，套管缺陷和有载调压开关故障是变压器异常的主要部位，统计结果显示2007年套管缺陷占总事故的68.1%，20008年占58.4%，连续三年成为故障最突出的组件，2008年还发生了两起因套管局部放电导致电容屏击穿而引起的爆炸事件，主要缺陷是介损超标；分接开关事故率也居高不下，1998、1999年分别占总事故的16.3%和5.62%，多为机构、支架强度不足、触头接触不良所致；变压器油污染比较严重，主要表现为介损升高，严重时变压器主绝缘降低，威胁安全运行；铁芯故障在现场比较常见，但一般多属慢性故障，运行中坚持定期色谱分析和铁芯接地电流测量，可以尽早发现，因而引发的事故较少，2008年发现4台次缺陷，但没有引发事故。另外，不明原因引起的事故也占有相当大的比例，这从侧面反映出变压器故障诊断是一项极为复杂、艰难的工作，有时即使在吊芯之后对发生事故的原因仍难以准确判定。三、不同历史时期变压器的主要事故分析变压器事故与生产工艺和运行环境密切相关，由于不同历史时期设计的变压器结构特点的不同，引发变压器故障类型也在逐渐变化，国产大型变压器在不同历史时期主要的事故原因如下。a. 20世纪70年代因变压器电压等级提高，高压绕组结构由连续式改为纠结式，相邻匝间的工作场强由原来的220300V/mm升高到20003000V/mm，开始时的设计仍采用较薄的绝缘结构，加之铝导线制造工艺不佳，致使在正常运行条件下匝间短路事故屡有发生。1978年原机电部规定将220kV等级变压器的匝绝缘由0.951.35mm提高到1.95mm，从而使匝间短路事故大幅度降低。b. 20世纪80年代初由于变压器套管的“将军帽”密封结构不合理，沿穿缆引线进水，使引线应力锥受潮，进而波及到首端线段绝缘，造成击穿事故的情况发生较多。据有关资料介绍仅19801989年间东北电管局直属厂局就有6次绕组事故是由上述原因所引起的，占总事故率的23%。其后，变压器的制造厂对 “将军帽”的结构进行了改进，此后基本杜绝了这类事故的发生。c. 20世纪80年代中、后期，长垫块引起的围屏放电事故逐渐增加。据有关资料统计19841989年间东北电管局围屏放电事故占总事故率的30.8%，同时期全国其他局也相继报道了类似事故多起。围屏放电不仅使高压侧相间绝缘受到严重损坏，而且由于这种故障发生后会产生相间或相对地电弧放电，极易引起油箱变形，甚至引起火灾，危害很大。1999年7月，鞍山局红旗堡一次变2号主变发现色谱成绩持续增长，吊罩检查发现V、W相间围屏纸板树枝放电严重，几乎贯穿。经过对事故原因的分析，发现造成这类事故的主要原因有两个，一是结构设计不合理，局部场强过高；二是绝缘构板受潮，沿面放电电压降低。d. 1989年以来，500kV变压器因油流带电引发的事故率逐渐升高，据1996年资料统计，在国产500kV电力变压器事故中有58.3%与油流静电有关。事故统计表明，油流荷电量与变压器的结构特点有关，由于问题的复杂性很难把它作为一种单一因素来判断事故的原因。根据目前的普遍认识，降低油流速度是避免油流静电的有效措施之一。e. 近年来，系统短路冲击强度随系统容量的增大而不断增强，甚至达到设备难以承受的程度，变压器抗短路能力不足已成为突出问题。据资料统计1994年全国110kV及以上电压等级的变压器因系统短路引起的损坏事故达21台，容量为2471MVA，占当年事故总台数的37%，总容量的45%。有的新变压器经外部短路1次即遭损毁，其中以双绕组变压器的低压绕组和三绕组变压器（三次绕组无负载）的中压绕组损坏尤甚。以上统计数字还不包括在变压器检修过程中发现和消除的缺陷。三 结论 综上所述，我们从分析中可以看出变压器事故的多样性和复杂性，在主要矛盾解决后，次要矛盾就会上升为主要矛盾；而且不同厂家的产品在不同的运行条件下，事故的原因也会有所差异。鉴于这些情况，要求相应的变压器的故障诊断方法也必须要不断地改进和完善。通过对电力变压器故障原因、故障类型和故障特点的深入全面地分析所得出的结果，