浅谈变压器异常运行分析

【摘 要】目前，许多电力变压器故障都是由于在安装、试验、运行不当引起，主要是在安装、试验、运行不规范或使用不当遗留隐患造成的，所以笔者对电力变压器在安装、试验、运行中经常出现的一些异常现象加以分柝并提出一些见解。

【关键词】变压器 安装 试验 运行 分析

【中图分类号】TM406【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0054-03

变压器是一种交流电能的变换装置，能将某一数值的交流电压、电流转变为同频率的另一数值交流电压、电流，使电能传输、分配和使用，做到合理、安全、经济。

变压器的工作原理：采用电磁感应原理。

一、变压器的种类：

1.按用途分类：有电力变压器、特种变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、冲击变压器、电抗器、互感器等。

2.按结构型式分类：有单相变压器、三相变压器及多相变压器。

3.按线圈数分：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器。

4.按铁心结构分：心式变压器和组式变压器。

5.按冷却方式分类：有自然冷式、风冷式、水冷式、强迫油循环风（水）冷方式、及水内冷式等。

6、按冷却介质分类：有干式变压器、液（油）浸变压器及充气变压器等。

7、按导电材质分类：有铜线变压器、铝线变压器及半铜半铝变压器、超导等变压器。

8、按调压方式分类：可分为无励磁调压变压器、有载调压变压器。

9、按中性点绝缘水平分类：有全绝缘变压器、半绝缘（分级绝缘）变压器。

10、按铁心型式分类：有心式变压器、壳式变压器及辐射式变压器等。

11、按容量分：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。

12、按工作性质分（电力变压器）：升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器、输电变压器。

二、变压器的结构

虽然变压器的种类依据不同方式进行分类，有很多种，但是一般常用的变压器的结构都很相似：

1、绕组（变压器的电路部分）：

绕组是变压器的电路部分，一般采用外包绝缘纸的铜线或铝线绕成，我国变压器大部分采用铝导体，根据线圈绕制的特点分为圆筒式、饼式、连续式、纠结式、螺旋式等几种。

2、铁芯（变压器的磁路部分）：

铁芯变压器的重要部件。变压器铁芯对材料的基本要求是：在一定频率及磁通密度下具有低的铁芯损耗，和在一定磁场强度下具有高的磁通密度。

变压器的发展过程中，曾经采用和目前应用的铁芯材料有：

（1）.纯铁、软钢和无硅钢：涡流、磁滞损耗大

（2）.硅钢片：有热轧、冷轧无取向、冷轧取向之分，现常用的是0.35mm的冷轧取向硅钢片

（3）.铁镍合金（坡莫合金）：有铜坡莫合金、钼坡莫合金、铬坡莫合金，因价高，很少采用

（4）.铁铝合金：在小型变压器、控制变压器、互感器和微特电机中得到了应用

（5）.非晶态合金：已用于冲制变压器铁心、三相电机定子铁心等

（6）.微晶合金：主要用于要求较高的电机、电器中

3、油箱：

变压器的外壳，内装满变压器油（绝缘、散热）；支持器身及附件的重量；

4、油枕（也称膨胀器或储油器）：

对油箱里的油起到缓冲作用，同时减小油箱里的油与空气的接触面积，保证油箱中始终充满油，使油箱里的油不易受潮和氧化，以防油质老化（大中型变压器通常采用隔膜密封装置）；

5、呼吸器：

利用硅胶吸收空气中的水分， 防止潮气侵入。

6、绝缘套管：

变压器的出线从油箱内穿过油箱盖时必须经过绝缘套管以使带电的引线与接地的油箱绝缘。

7、分接开关：

通过变换线圈的分接头位置（调节绕组匝数）实现电压的调节。

8、防爆管：

防止变压器内部出现故障时，当油箱内的压力达到0.8～1个大气压时防爆膜破裂，以免油箱爆裂；

9、瓦斯继电器：

安装于油箱与油枕的连接管上，当变压器内部因故障产生气体时发出信号或跳闸，保护变压器。

10、绝缘套管：

保证绕组引出线与油箱的绝缘，常用的有瓷绝缘套管、充油套管、电容式套管等；

除此之外，变压器还有很多小的附件，比如油位表、温度计、油标、净油器等。

三、变压器的技术参数

1、额定容量（kVA）：

在额定电压、额定电流下连续运行时，能输送的容量。

2、额定电压（kV）：

变压器长时间运行时所能承受的工作电压。

3、额定电流（A）：

变压器在额定容量下，允许长期通过的电流。

4、频率：

我国规定的标准工业频率为50Hz

5、空载损耗（kW）：

当以额定频率的额定电压施加在一个绕组的端子上，其余绕组开路时所吸取的有功功率。

6、空载电流（%）：

当变压器在额定电压下二次侧空载时，一次绕组中通过的电流。一般以额定电流的百分数表示。

7、负载损耗（kW）：

把变压器的二次绕组短路，在一次绕组额定分接位置上通入额定电流，此时变压器所消耗的功率（主要是铁心中的磁滞和涡流损耗，习惯上称为铁损，有时也称为不变损耗，单位为W或KW。可通过此值分析铁心质量或是否存在有缺陷）。

8、阻抗电压（%）：

把变压器的二次绕组短路，在一次绕组慢慢升高电压，当二次绕组的短路电流等于额定值时，此时一次侧所施加的电压.一般以额定电压的百分数表示（铜损或可变损耗，主要反映绕组的性能）。

9、连接组别：

表示变压器各相绕组的连接方式和一、二次线电压之间的相位关系。为了便于生产和应用，国家标准规定的标准连接组为（双绕组）Y，yn0、Y，d11、YN，d11、Y，y0及YN，y0五种。

四、变压器运行的几个问题

1、变压器的运行方式：

（1）正常运行方式——额定参数及以下运行，可长期运行；

（2）正常过负荷运行方式——负荷超过允许值时的运行，在绝缘和寿命不受影响的前提下，允许运行一定时间（依过负荷前的上层油温定）；

（3）事故过负荷运行方式——当电力系统发生事故时，为保证供电可靠性，变压器允许短时过负荷的能力。

2、变压器的并列运行：

优点——提高供电可靠性及运行的经济性；

条件——（1）接线组别相同；

（2）变比相同（允许有±0.5% 的差值

（3）短路电压相同（允许有±10% 的差值）：

3、变压器的调压：

变压器的电压调整是通过改变绕组的匝数完成的，一般无载的调整范围。

在±5%以内，有载的调整范围可达30%。

4、变压器的选择

容量及台数：容量太小，无法保证安全运行；太大，会降低运行效率、功率因数及供电电压质量，并造成容量的浪费。为保证可靠性，变电所一般选用两台。

五、变压器的异常现象及分析。

（一）、检查和检测变压器异常的一般方法：

1、听：有无机械响声，叮当、呼呼声，叭、叭爆裂声，吱、吱声，轰轰声，尖叫声，咕嘟声等。

2、观：负荷电流的大小及摆动幅度，三相电流是否均匀；油色的变化；外表有无异常情况。

3、测：测量三相直流电阻值；测试三相电流的平衡度及大小；测试绝缘电阻值。

（二）、变压器声音异常

变压器发出的异常声音因素很多，故障部位也不尽相同，只有不断地积累经验，才能作出准确判断，进行处理 。用木棒的一端顶在变压器的油箱上，另一端贴近耳边仔细听，据其异常声音可判断故障。

1、变压器发出很高而且沉重的“嗡嗡”声，这是由于过负荷引起的，可以从电流表判断出来。

2、变压器发出“叮叮当当”的敲击声或“呼…呼…”的吹风声以及“吱啦吱啦”的象磁铁吸动小垫片的声音，而变压器的电压、电流和温度却正常，绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化。可能是个别零件松动如铁芯的穿芯螺丝夹得不紧或有遗漏零件在铁芯上，这时应停止变压器运行，进行检查。

3、变压器发出"咕噜咕噜"的开水沸腾声。可能是绕组有较严重的故障，分接开关的接触不良而局部点有严重过热或变压器匝间短路，使其附近的零件严重发热而油气化。应立即停止变压器运行，进行检修。

4、变压器发出“噼啪”或“吱吱” 既大又不均匀的声，可能是变压器的内部接触不良，或绝缘有击穿现象。应将变压器停止运行，进行检修。

5、变压器发出“嘶嘶”或“哧哧”的声音，可能是变压器高压套管脏污，在气候恶劣或夜间时，还可见到蓝色、紫色的小火花，此时，应清理套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。

6、变压器发出像青蛙的“唧哇唧哇”的叫声，外部线路断线或短路；变压器发出“轰轰”的声音，低压线路发生接地或出现短路事故；变压器发出像老虎的吼叫声，短路点较近。

7、变压器发出连续的、有规律的撞击或摩擦声，可能是变压器某些部件因铁芯振动而造成机械接触，或是因为静电放电引起的异常响声，而各种测量表计指示和温度均无反应，这类声音虽然异常，但对运行无大危害，不必立即停止运行，可在计划检修时予以排除。

8、变压器发出的声音较平常尖锐，可能是电网发生单相接地或产生谐振过电压。应该随时监测。

9、变压器瞬间发出 “哇哇”声或“咯咯”间歇声，此时有大容量的动力设备起动，负荷变化较大，使变压器声音增大。

10、变压器发出“噼啪”噪音，严重时将会有巨大轰鸣声，系统可能有短路或接地。

（三）、变压器温度异常升高

运行时变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下，温度不断升高，应先查明原因，再采取相应的措施予以排除。如果是变压器内部故障引起的，应停止运行，进行检修。引起温度异常升高的原因有：

1、变压器绕组局部层间或匝间的短路，内部接点有故障，接触电阻加大，二次线路上有大电阻短路等等；

2、变压器铁芯局部短路、夹紧铁芯用的穿芯螺丝绝缘损坏；

3、因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热；

4、长期过负荷运行或事故过负荷；

5、散热条件恶化等。

（四）、油枕或防爆管喷油爆炸

喷油爆炸是变压器内部短路电流和高温电弧使变压器油迅速老化，而继电保护装置又未能及时切断电源，使故障较长时间持续存在，箱体内部压力持续加大，高压油气从防爆管或箱体其它强度薄弱处喷出造成事故。故障的原因有：

1、匝间短路等局部过热使绝缘损坏；变压器进水使绝缘受潮损坏；雷击等过电压使绝缘损坏等导致内部短路。

2、线组导线焊接不良、引线连接松动等因素在大电流冲击下可能造成断线，断点处产生高温电弧使油气化促使内部压力增高。

（五）、油色显著变化和严重漏油

1、绝缘油在运行时可能与空气接触，并逐渐吸收空气中的水份，从而降低绝缘性能。发现油内含有碳粒和水分，油色变暗，绝缘强度降低，易引起绕组与外壳击穿，应及时更换变压器油。

2、变压器焊缝开裂或密封件失效；运行中受到振动；外力冲撞；油箱锈蚀严重而破损等都会漏油。变压器在运行中渗漏油不严重，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。变压器油渗漏严重，或连续从破损处不断外溢，以致于油位计已见不到油位，应立即停止运行，补漏和加油。

（六）、绝缘瓷套管出现闪络和爆炸

1、套管密封不严，因进水或潮气浸入使绝缘受潮而损坏；

2、电容式套管绝缘分层间隙存在内部形成的游离放电；

3、套管表面积垢严重，以及套管上有较大的碎片和裂纹，在大雾或小雨时均会造成套管闪络和爆炸事故。

对套管上的尘埃，应定期予以清除。发现套管有裂纹或碰伤应及时更换。

（七）、分接开关故障

变压器油箱上有“吱吱”的放电声，电流表随声音发生摆动，瓦斯保护可能发出信号，油的闪点降低，都可能是分接开关故障。故障原因有：

1、分接开关触头弹簧压力不足，使有效接触面积减少，以及严重磨损等引起分接开关烧毁；

2、分接开关接触不良，经受不起短路电流的冲击而发生故障；

3、切换分接开关时，由于分头位置切换错误，引起开关烧坏；

4、相间距离不够，或绝缘材料性能降低，在过电压作用下短路。

测量分接头的直流电阻，若完全不通，是分接头全部烧坏；若分接头直流电阻不平衡，是个别触头烧坏。分接头全部烧坏时，应及时更换。

（八）、变压器着火

1、变压器着火的主要原因可能是：

（1）、套管的破损和闪络，油溢出后在顶部燃烧；

（2）、变压器内部故障，使外壳或散热器破裂，使燃烧的油溢出。

2、变压器着火后的处理措施：

（1）、确定变压器的着火部位，若上部着火或者内部着火时，应汇报上级，通知主控将故障的变压器停电。

（2）、拉开着火变压器两侧的刀闸，并断开变压器冷却装置电源。

（3）、若变压器的油溢出在顶盖上着火，应打开变压器下部放油阀放油，使油面低于着火处。

（4）、若因为变压器的内部故障引起着火，应禁止放油，防止变压器发生爆炸。

（5）、变压器灭火，应使用CO2、及1211喷雾器进行灭火。

（6）、变压器进行灭火时，应穿绝缘靴、戴绝缘手套，注意不得将液体喷到带电设备上。

（7）、按照安规的规定正确处理，并做好安全措施。

（九）、三相电压不平衡

1、三相负载不平衡引起中性点位移；

2、系统发生铁磁谐振；

3、绕组局部发生匝间和层间短路。

如果三相电压不平衡时，应先检查三相负荷情况。对/Y接线的三相变压器，如三相电压不平衡，电压超过5V以上则可能是变压器有匝间短路，须停电处理。对Y/Y接线的变压器，在轻负荷时允许三相对地电压相差10%，在重负荷的情况下要力求三相电压平衡。

六、变压器在运行中不正常现象的处理方法

（一）运行中的不正常现象的处理

1、值班人员在变压器运行中发现不正常现象时，应设法尽快消除，并报告上级和做好记录。

2、变压器有下列情况之一者应立即停运，若有运用中的备用变压器，应尽可能先将其投入运行：

（1）、变压器声响明显增大，很不正常，内部有爆裂声；

（2）、严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度；

（3）、套管有严重的破损和放电现象；

（4）、变压器冒烟着火。

3、当发生危及变压器安全的故障，而变压器的有关保护装置拒动，值班人员应立即将变压器停运。

4、当变压器附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对变压器构成严重威胁时，值班人员应立即将变压器停运。

5、变压器油温升高超过规定值时，值班人员应按以下步骤检查处理：

（1）、检查变压器的负载和冷却介质的温度，并与在同一负载和冷却介质温度下正常的温度核对；

（2）、核对温度装置；

（3）、检查变压器冷却装置或变压器室的通风情况。

若温度升高的原因由于冷却系统的故障，且在运行中无法检修者，应将变压器停运检修；若不能立即停运检修，则值班人员应按现场规程的规定调整变压器的负载至允许运行温度下的相应容量。

在正常负载和冷却条件下，变压器温度不正常并不断上升，且经检查证明温度指示正确，则认为变压器已发生内部故障，应立即将变压器停运。

6、变压器中的油因低温凝滞时，应不投冷却器空载运行，同时监视顶层油温，逐步增加负载，直至投入相应数量冷却器，转入正常运行。

7、当发现变压器的油面较当时油温所应有的油位显著降低时，应查明原因。补油时应遵守规程规定，禁止从变压器下部补油。

8、变压器油位因温度上升有可能高出油位指示极限，经查明不是假油位所致时，则应放油，使油位降至与当时油温相对应的高度。

9、铁芯多点接地而接地电流较大时，应按排检修处理。在缺陷消除前，可采取措施将电流限制在100mA左右，并加强监视。

（二）变压器跳闸和灭火

1、变压器跳闸后，应立即查明原因。

2、如综合判断证明变压器跳闸不是由于内部故障所引起，可重新投入运行。若变压器有内部故障的征象时，应作进一步检查。

虽然变压器出现的异常现象的原因比较多，但是只要我们在日常运行中多听、多看、多记，积累实际中的经验，对处理问题就有很大的帮助。同时除了依靠我们的日常积累的经验进行分析处理外，还有就是要依据当时的具体的故障现象、各个参数变化以及保护动作情况进行综合分析、判断、处理。

总之，变压器是整个风场的核心，如果出了问题，则风机发出的电也送不出去，影响整个风电场的运行，如果在安装、试验、运行中粗心大意，应付了事，是会影响安全、可靠运行的，会酿成大事故，甚至会造成严重的人身设备事故；所以，在变压器安装、试验、运行时会碰到很多意想不到的实际问题和困难，只有依托先进的测量仪器，将平常的安装、试验、运行过程中将所遇到的实际问题和困难，加以分析解决，举一反三，不断积累经验，在工艺上精益求精，保质保量，不留任何安全隐患；才能确保让变压器在整个电力糸统中安全、可靠、健康的工作。