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變壓器常見(jiàn)的過(guò)熱故障及處理對策

添加時(shí)間:2020-07-08 09:43:27   瀏覽次數: 次    【 】   打印   關(guān)閉窗口

  電力變壓器是電力系統中的重要設備,今天國電中星就電力變壓器過(guò)熱故障進(jìn)行分析,并對電力變壓器過(guò)熱故障的防范措施進(jìn)行探討,以減少變壓器過(guò)熱故障的發(fā)生,提高電網(wǎng)運行可靠性。

  電力變壓器是電力系統中非常重要的設備,它的運行與與否直接關(guān)系著(zhù)電網(wǎng)系統運行是否穩定。變壓器過(guò)熱故障是常見(jiàn)的多發(fā)性故障,他對變壓器的運行和使用壽命有著(zhù)嚴重的威脅。

  變壓器常見(jiàn)的過(guò)熱故障

  1、變壓器過(guò)熱故障的分類(lèi)

  變壓器運行時(shí)有空載損耗和負載損耗產(chǎn)生,這些損耗變壓器繞組、鐵心及結構件本身的溫度。這些損耗轉化為熱量后,提高了繞組、鐵心及周?chē)橘|(zhì)等溫度。發(fā)熱體周?chē)橘|(zhì)溫度的升高,再通過(guò)油箱和冷卻裝置對環(huán)境空氣散熱。

  當各部分的溫差大到能使產(chǎn)生的熱和散出的熱平衡時(shí),即達到了平衡狀態(tài),各部位的溫度不再變化;反之,變壓器中任何一個(gè)部位其發(fā)熱量與散熱量不能平衡時(shí),就產(chǎn)生了過(guò)熱。

  過(guò)熱故障按發(fā)生的部位可以分為內部過(guò)熱故障和外部過(guò)熱故障。內部過(guò)熱故障包括繞組、鐵心、油箱、夾件、有載分接開(kāi)關(guān)及引線(xiàn)等部件過(guò)熱;外部過(guò)熱故障包括套管、冷卻裝置、有載分接開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)控制裝置及其他外部組件過(guò)熱故障。

  根據變壓器過(guò)熱故障性質(zhì)可分為以發(fā)熱異常為主的發(fā)熱型過(guò)熱故障和以散熱為主的散熱異常型過(guò)熱故障,而發(fā)熱異常型過(guò)熱故障可分為電流(主要指環(huán)流和渦流)異常型過(guò)熱故障和電阻異常型過(guò)熱故障。

  2、變壓器過(guò)熱故障

  2.1鐵心過(guò)熱故障

  變壓器鐵心過(guò)熱故障是變壓器常見(jiàn)的一種故障,通常是由于設計、制造工藝等質(zhì)量問(wèn)題以及其他外界因素引起的鐵心多點(diǎn)接地或短路產(chǎn)生。

  2.2繞組過(guò)熱故障

  變壓器繞組損耗通常包括直流電組損耗、繞組附加損耗以及金屬構件中的雜散損耗。這些損耗不能滿(mǎn)足相關(guān)標準規定時(shí)會(huì )引起變壓器繞組過(guò)熱。

  2.3引線(xiàn)分流故障

  由于引線(xiàn)安裝工藝問(wèn)題,使高壓套管的出線(xiàn)電纜與套管內的銅管相碰,或接觸部位受力摩察等引起引線(xiàn)過(guò)熱故障。

  2.4分接開(kāi)關(guān)過(guò)熱故障

  分接開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭接觸不完全造成鋤頭表面腐蝕、氧化,使觸頭之間接觸電阻過(guò)大造成過(guò)熱事故。

  變壓器過(guò)熱故障原因分析

  1鐵心過(guò)熱原因

  鐵心多點(diǎn)接地造成鐵心過(guò)熱。變壓器正常運行時(shí),各繞組、引線(xiàn)與油箱間將產(chǎn)生不均勻電場(chǎng),鐵心和夾件等金屬結構件就處于該電場(chǎng)中,由于他們所處的位置不同,因此所有的懸浮電位也不同,當兩點(diǎn)間的懸浮電位達到能夠擊穿期間的絕緣時(shí)便產(chǎn)生火花放電。這種放電可以使變壓器油分解,長(cháng)此以往,會(huì )逐漸損壞變壓器絕緣,導致事故發(fā)生。

  為了避免這種情況的發(fā)生,國家標準規定,電力變壓器鐵心、夾件等金屬構件應通過(guò)又像可靠接地。當鐵心一點(diǎn)接地就可確保整個(gè)貼心處于零電位。而當鐵心兩點(diǎn)或兩點(diǎn)一上接地時(shí)則在接地點(diǎn)就會(huì )形成閉合回路,并與鐵心的交變磁通相交鏈而產(chǎn)生感應電壓,該電壓在鐵心及其它處于零電位的金屬結構件形成的回路中產(chǎn)生數十安的電流或環(huán)流,由此引起局部過(guò)熱,導致油分解,還可能使節底片熔斷或燒壞鐵心,產(chǎn)生放電。

  造成鐵心多點(diǎn)接地的主要原因有:

  1)鐵心夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮或損壞或箱底沉積污泥及水分,使絕緣電阻下降,引起鐵心多點(diǎn)接地;

  2)鐵心墊片邊緣有尖角毛刺、翹曲或不整齊和相鄰的夾件、墊腳安裝疏忽,使鐵心與相鄰金屬構件之間短接,形成環(huán)流引起局部過(guò)熱;

  3)變壓器運輸中,由于碰撞、振動(dòng)使部分鐵心疊片竄出或移位,導致與鄰近結構件祥鵬和多點(diǎn)接地;

  4)鐵心部分硅鋼片碰傷、翹曲或加工毛刺大,使鐵心疊片局部短路,產(chǎn)生渦流導致鐵心局部過(guò)熱;

  5)由于鐵心結構和加工質(zhì)量問(wèn)題,使鐵心接縫氣隙大,在鐵心結合部位產(chǎn)生磁通或諧波刺痛而引起局部磁通畸變和鐵心局部過(guò)飽和,而造成局部損耗增大鐵心過(guò)熱。

  2.繞組過(guò)熱的原因

  1)為了降低變壓器損耗,各制造廠(chǎng)采用了帶有統包絕緣的換位導線(xiàn)繞制變壓器繞組,由于換位導線(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)不成熟,導致?lián)Q位導線(xiàn)運行十年左右出現統包絕緣膨脹,段間油道堵塞、油流不暢,匝絕緣得不到充分冷卻,使之嚴重老化,以致發(fā)糊、變脆,在長(cháng)期電磁震動(dòng)下,絕緣脫落,局部漏銅,形成匝間(段間)短路,導致變壓器燒損事故。

  2)變壓器漏磁導致過(guò)熱。變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通,無(wú)論是主磁通或漏磁通,可以分為軸向分量和徑向分量,軸向分量分布較簡(jiǎn)單,沿繞組高度變化較小,徑向分量繞組高度分布復雜,由它引起的渦流損耗分布很不均勻,且隨變壓器容量的變化而變化,不僅隨繞組的軸向高度變化,也隨繞組的徑向尺寸變化。

  尤其在端部變化大,其大值出現在端部附近,由于變壓器的內繞組離鐵心近,漏磁的徑向值高于外繞組。在大型變壓器中,由于漏磁密度高,所以產(chǎn)生的雜散損耗很大,有時(shí)可達數百千瓦,導致過(guò)熱。

  3)繞組換位不合適,使漏磁場(chǎng)在繞組各種并聯(lián)導體感應電勢不同,各并聯(lián)導體存在電位差,產(chǎn)生環(huán)流,環(huán)流和工作電流在一部分導體中相加,在另一部分導體中相減,被疊加的導體電流過(guò)大,引起鐵心過(guò)熱。

  4)繞組匝間有小毛刺、漏銅點(diǎn)等材料本身的質(zhì)量不良問(wèn)題,雖不構成匝間短路,但會(huì )形成緩慢發(fā)熱,以致油溫升高,產(chǎn)生過(guò)熱。

  4分接開(kāi)關(guān)過(guò)熱的原因

  在有載調壓變壓器中,特別是調壓頻繁、負荷電流較大的變壓器,在頻繁調解過(guò)程中出現鋤頭之間的磨損、腐蝕,造成觸頭之間的接觸壓力下降,接觸壓力減小,使接觸電阻增大,導致觸頭發(fā)熱量增加,發(fā)熱又進(jìn)一步加速觸頭氧化腐蝕甚至機械變形,形成惡性循環(huán),若不及時(shí)處理,會(huì )造成變壓器燒毀事故。

  過(guò)熱故障的判斷

  1外觀(guān)檢查

  根據變壓器正常運行與異常時(shí)的聲音、氣味、外殼發(fā)熱情況以及變壓器外部保護裝置等信號來(lái)檢查。即檢查變壓器外觀(guān)各組部件所處的工作狀態(tài)(如溫度指示值的大小、儲油柜油位是否正常、氣體繼電器內是否有氣體、油箱有無(wú)滲漏油及主導流接觸部位有無(wú)松動(dòng)、變色等),并結合已取得的數據資料或歷史數據、出廠(chǎng)數據等進(jìn)行初步分析判斷。

  2內部故障判斷

  根據變壓器內部故障現象和外部檢查情況,可對外部組件本身或引線(xiàn)接頭不良等的外部缺陷進(jìn)行直接處理。對內部鼓掌通過(guò)對變壓器油色譜分析、電氣性能試驗、絕緣特性試驗等內容綜合分析判斷。

  2.1油中溶解氣體分析法

  絕緣油是有許多不同分子量的碳氫化合物組成的混合分子,當有電和熱故障時(shí)可以使某些C—H鍵和C-C鍵斷裂,伴隨生成少量的活潑的氫原子核不穩定的碳氫化合物的自由基,這些氫原子和自由基通過(guò)復雜的化學(xué)反應迅速重新化合形成烴類(lèi)氣體,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等,也可能生成碳的固體顆粒及碳氫聚合物(X-臘)。故障初期,所形成的氣體溶解于油中;當故障能量較大時(shí),也可能聚集游離氣體。

  乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度(大約為5000C)產(chǎn)生的,(在較低溫度時(shí)也有少量產(chǎn)生)。乙炔一般在8000C--12000C溫度下生成,而且溫度較低時(shí),反應迅速的被抑制,作為重新化合的穩定產(chǎn)物而積累。因此,大量以確實(shí)在電弧的弧道中產(chǎn)生。在較低溫度時(shí)也會(huì )有少量的乙炔生成。油氧化時(shí)會(huì )生成少量的CO和CO2,并且會(huì )長(cháng)期集聚,可以作為故障特征氣體。

  固體絕緣材料分解時(shí)生成大量的CO和CO2及少量烴類(lèi)化合物,同時(shí)油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。分解出的氣體形成氣泡,不斷溶解于油中。這些故障氣體的組成與含量與故障的類(lèi)型及其嚴重程度有密切的關(guān)系。

  電力變壓器過(guò)熱故障及預防措施

  根據國家標準DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》除了根據上述特征氣體法來(lái)推斷變壓器故障類(lèi)型,還可以通過(guò)三比值法(詳見(jiàn)標準):三比值編碼原則和三比值故障類(lèi)型判斷方法進(jìn)一步分析確定變壓器故障類(lèi)型及部位。

  應當注意的是當用三比值法診斷時(shí),有時(shí)會(huì )出現“編碼缺損”的情況,即根據編碼原則和分類(lèi)方法得到的編碼超出了已知編碼列表,特別是多種故障并存時(shí)很難判定故障性質(zhì),需進(jìn)一步借助判斷故障類(lèi)型的其他方法。例如:四比值法和模糊數學(xué)等方法。

  2.2電氣試驗

  1)測量繞組直流電組。通過(guò)測量繞組直流電組可以方便有效的檢查繞組縱絕緣和導電回路連接狀況,通過(guò)試驗發(fā)現變壓器繞組匝間短路、繞組斷股、分接開(kāi)關(guān)和導線(xiàn)接頭接觸不良等故障,同時(shí)還能判斷直流電組是否平衡、調壓分接開(kāi)關(guān)檔位是否有效。若將繞組直流電組織與往年試驗結果相比較,相互間差別應不大于2%,并且三相電阻實(shí)測值排序不應改變,由此可以判斷導電回路是否存在故障和缺陷。

  2)測量短路阻抗和負載損耗,通過(guò)所測數據與出廠(chǎng)試驗值相比較,可判斷變壓器繞組是否變形或錯位,結構件是否存在渦流或環(huán)流集中引起的過(guò)熱缺陷。通常阻抗電壓值不應超過(guò)出廠(chǎng)試驗值的-2%~+2%。

  3變壓器器身檢查

  利用上述方法診斷變壓器內部故障和部位,為驗證判斷結果和正確處理故障,須進(jìn)行變壓器內部故障檢查。對大型變壓器,由于受現場(chǎng)設備限制不能吊心時(shí),可以抽出一定數量的油從人控入內檢查;對小型變壓器,側可以通過(guò)吊心認真檢查。檢查是為了避免變壓器器身受潮,應盡量縮短器身暴露在空氣中的時(shí)間。內部檢查主要項目有:

  3.1繞組檢查

  1)檢查相間隔板和圍屏(宜解開(kāi)一相)有無(wú)破損、變色、變形、放電痕跡,如發(fā)現異常應打開(kāi)其它兩相圍屏進(jìn)行檢查;

  2)檢查繞組表面是否清潔,匝絕緣有無(wú)破損;

  3)檢查繞組各部墊塊有無(wú)位移和松;

  4)檢查繞組絕緣有無(wú)破損、油道有無(wú)被絕緣、油垢或雜物(如硅膠粉末)堵塞現象;

  5)檢查繞組絕緣繞組絕緣狀況。

  3.2鐵芯檢查

  1)檢查鐵芯外表是否平整,有無(wú)片間短路或變色、放電燒傷痕跡,絕緣漆膜有無(wú)脫落;

  2)檢查鐵芯上下夾件、方鐵、繞組壓板的緊固程度和絕緣狀況,絕緣壓板有無(wú)爬電燒傷和放電痕跡;

  3)檢查壓釘、絕緣墊圈的接觸情況;

  4)用專(zhuān)用扳手緊固上下鐵芯的穿心螺栓,檢查與測量絕緣情況;

  5)檢查鐵芯電場(chǎng)屏蔽絕緣及接地情況;

  6)檢查疊片有無(wú)竄動(dòng)、上下變形。

  2.3其他檢查

  1)檢查調壓開(kāi)關(guān)觸頭有無(wú)過(guò)熱、放電痕跡;

  2)引線(xiàn)接觸部位有無(wú)發(fā)熱痕跡,引線(xiàn)有無(wú)斷線(xiàn)、燒熔;

  3)有無(wú)金屬焊渣、粉末等異物。

  處理對策

  根據引起過(guò)熱的原因不同而采取不同的處理辦法。

  1由于繞組結構原因引起的低壓繞組過(guò)熱,宜將變壓器的低壓繞組改為雙螺旋結構;

  2正確連接引線(xiàn)和分接開(kāi)關(guān),上緊螺帽防止松動(dòng)、發(fā)熱;

  3對冷卻器管道堵塞引起的過(guò)熱,應定期用壓縮空氣或水清洗冷卻器管;

  4為避免引線(xiàn)和套管銅管靠接后出現過(guò)熱可采取以下兩種措施:

  4.1不改變目前引線(xiàn)絕緣包扎方式,在每臺產(chǎn)品試裝時(shí),準確裁截引線(xiàn)電纜長(cháng)度,做到引線(xiàn)長(cháng)度與套管的準確配裝。

  4.2改變電纜陰險的絕緣包扎方式。在總裝時(shí),保持引線(xiàn)電纜絕緣的完整,不允許有絕緣松脫露銅現象。這樣引線(xiàn)裝配后,即使引線(xiàn)和銅管靠接,回路將由絕緣隔開(kāi)而難于閉合,組織電流流通和過(guò)熱。

  5為防止漏磁而引起的過(guò)熱,可在變壓器油箱內壁及繞組鋼脫板上加裝磁屏蔽。這樣可以讓漏磁通盡可能的通過(guò)導磁性能較好的磁屏蔽裝置,而不穿入油箱內部的鋼板,從而避免了在油箱壁中產(chǎn)生大的損耗,引起油箱局部過(guò)熱。

  6加強管理,避免由于管理不善等原因而引起的過(guò)熱事故。對強油循環(huán)的冷卻系統有兩個(gè)可靠的電源,并有自動(dòng)切換裝置,定期進(jìn)行切換試驗,信號裝置齊全、可靠。


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