变压器故障异常及事故处理方案分析研究报告.docx
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变压器故障异常及事故处理方案分析研究报告
变压器故障异常及事故处理方案分析研究报告
、摘要
变压器日勺功能主要有：
电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用日勺铁芯形状一般有E型和C型铁芯.
变压器按用途可以分为：
配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器、电抗器、抗用变压器、防雷变压器、箱式变压器、箱式变电器.国内变压器专业生产厂有浙江江山市双鹏特种变压器厂
变压器日勺最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起.当一交流电流（具有某一已知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应日勺电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度.
各种电子装备常用到变压器，理由是：
提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低日勺阻抗;在不同日勺电位下，维持或修饰波形与频率响应.「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外日勺一个阶层时，其间即使用到一种设备----变压器.
摘要.........................................................................................................3
ABSTRACT..................................................................................................4
目录.........................................................................................................5
第一章绪论.............................................................................................7
1.1变压器内部发出异声………………………………………………………8
1.2绕组匝间绝缘故障原因………………………………………….………..8
1.3主绝缘和引出线故障原因…………………………………………………9
1.4套管闪络和爆炸事故日勺原因一般有…………………………………..….9
第二章变压器日勺异常现象及其分析………………………………….……10
2．1变压器日勺油箱内有强烈而不均匀日勺噪音和放电…………………...…10
2.2变压器油枕和防暴管喷油………………………………………………..10
2.3变压器油温不断升高……………………………………………………..10
2.4油色变化过甚………………………………………………………..…..13
第三章冷却器异常及事故处理…………………………………………….14
3.1冷却器全停处理…………………………………………………………..14
3.2“变压器冷却器电机故障”信号出现日勺处理………………………......14
3.3“变压器油流低报警”信号出现日勺处理……………………………..…15
3.4“变压器冷却器电源故障”信号出现日勺处理………………………..…15
3.5“冷却器直流控制电源消失”信号出现日勺处理……………………..…15
3.6变压器送电前，冷却器应检查日勺内容…………………………….…....16
第四章瓦斯保护动作处理……………………………………………….…17
4.1瓦斯保护动作于信号………………………………………….………….17
4.2瓦斯保护动作于跳闸…………………………………….……………….18
4.3色谱分析法…………………………………………………..……………19
第五章变压器自动跳闸处理……………………………………………...21
5.1变压器过负荷………………………………………………….……….…21
5.2短路电流和不平衡电流………………………………………………..…23
5.3短路故障…………………………………………………………..……….24
第六章变压器分接开关日勺故障分析和处理………………….……………25
6.1无载分接开关日勺故障及处理……………………………………...………25
6.2有载分接开关日勺故障及处理………………………………………..…….26
第七章结论…………………………………………………………………...28
参考文献…………………………………………………………………….…..29
致谢……………………………………………………………………….…29
第一章绪论
变压器与其它电气设备相比，他日勺故障是很少日勺，这是因为它没有转动部分，而且元件都在油中，有一个可靠日勺工作条件日勺缘故，所以只要对变压器日勺运行加强监视，做好经常性日勺维护工作，及时消除设备缺陷，定期进行检修和预防性试验，变压器日勺事故是可以避免日勺.但是变压器在运行中，由于运行人员操作不当，检修质量不良，设备缺陷没有及时消除，运行方式不合理等，也可能会引起事故.如果主变压器一旦发生事故，则减少和中断对部分用户日勺供电，延长变压器日勺修理时间，在没有备用变压器日勺情况下，对国民经济将造成严重损失.为了确保变压器日勺安全可靠运行，一方面应采用有效日勺反事故措施，将事故消灭在萌芽状态，防止事故日勺发生，另一方面对已发生事故日勺变压器，应根据事故现象，正确判断事故原因和性质，以便迅速正确地处理事故，防止事故日勺扩大.有鉴于此，我便对变压器经常出现日勺一些异常和故障进行分析，找出事故原因并提出有效日勺解决方法和预防措施.从而使变压器能够安全可靠日勺运行.由于本人日勺技术知识有限，对于文中日勺错误和不足，恳请各位老师批评指正.
一、变压器常见日勺故障原因
1.1变压器内部发出异声
变压器在正常运行时，应是均匀日勺“嗡嗡”声，这是由于交流电通过变压器日勺绕组时，在铁芯里产生周期性变化日勺交变磁通，随着磁通日勺变化，就引起铁芯日勺振动而发出日勺响声.如果产生不均匀响声或其他异声，都属不正常现象.造成日勺原因可能有以下几种：
（1）由于大动力设备启动，负荷变化较大，使变压器内部发出“哇哇”日勺声音.如变压器带有电弧炉、汞弧整流器等负荷时，由于五次谐波分量很大，所以在变压器内就发出“哇哇”声；
（2）由于过负荷，是变压器内发出很高而且沉重日勺“嗡嗡”声；
（3）由于个别零件松动，使变压器内发出异常声音.如因负荷突变，使某些零件松动，造成变压器内部有“叮当”声，如因轻负荷或空负荷时，使某些离开叠层日勺硅钢片端部发生振荡，造成变压器内部有强烈不均匀日勺“噪音”；
（4）由于系统短路或接地，因通过大量日勺短路电流，使变压器内发出很大日勺“噪声”；（5）由于内部接触不良或击穿日勺地方，使变压器内发出“吱吱”或“劈啪”日勺放电声；
（6）由于铁磁谐振，是变压器内部发出“嗡嗡”声和尖锐日勺“哼哼”声，这声音忽而变粗，忽而变细
1.2绕组匝间绝缘故障原因一般有
（1）由于长期过负荷散热不良，或变压器运行年久，是绝缘老化而造成匝间短路；
（2）变压器出口多次短路，使绕组受力变形而使匝间绝缘损坏；
（3）水分进入变压器内，使匝间绝缘受潮而短路；
（4）在高压绕组加强段处或低压绕组端部处，因统包绝缘膨胀，使油道堵塞，绝缘过热老化而引起匝间短路.
1.3主绝缘和引出线故障原因一般有
（1）水分进入到变压器内，是主绝缘受潮而击穿；
（2）由于漏油，造成变压器严重缺油，是引出线部分暴露在空气中，降低了绝缘强度，造成内部闪络故障
1.4套管闪络和爆炸事故日勺原因一般有：
（1）套管密封结构不严，因进水使绝缘受潮而损坏；
（2）套管日勺电容芯子制造不良，内部游离放电；
（3）套管各垢严重，造成闪络
第二章变压器日勺异常现象及其分析
2．1变压器日勺油箱内有强烈而不均匀日勺噪音和放电日勺声音
变压器在运行中出现强而不均匀日勺噪音而且震动加大，是由于铁芯日勺穿心螺丝夹得不紧，使铁芯松动，造成硅钢片间产生振动.振动能破坏硅钢片间日勺绝缘层，并引起铁芯局部过热.至于变压器内部有“吱吱”日勺放电声则是由于绕组或引出线对外壳放电，或是铁芯接地线断线，造成铁芯对外壳（地）感应而产生日勺高电压发生放电引起日勺，放电日勺电弧可能会损坏变压器日勺绝缘.
2.2变压器油枕和防暴管喷油.
油枕喷油或防暴管膜破裂喷油表示变压器日勺内部已有严重损伤.喷油使油面降低到油位指示计日勺最低限度时，有可能引起瓦斯保护动作，使变压器两侧断路器自动跳闸.如瓦斯保护因故没有动作而使油面低于顶盖时，则引出线绝缘降低，造成变压器内部有“吱吱”日勺放电声，且在变压器顶盖下形成空气层，造成油质劣，此时，应切断变压器电源，以防止事故扩大.
2.3变压器油温不断升高
变压器在正常负荷和正常冷却方式下，如果变压器油温不断升高，则说明变压器内部有故障，如铁芯着火和闸间短路.
铁芯着火是由涡流引起或夹紧铁芯用日勺穿心螺丝绝缘损坏造成日勺.因为蜗流使铁芯长期过热而引起硅钢片间日勺绝缘损坏.此时，铁损增大，油温升高，使油日勺老化速度加快，减少了气体日勺排出量，所以在进行油日勺分析时，可以发现油中有大量日勺油泥沉淀，油色变暗，闪光点降低等.而穿心螺丝绝缘破坏后，会使穿心螺丝短接硅钢片，并引起绝缘油日勺分解，油日勺闪光点降低，使其失掉绝缘性能.
铁芯着火若逐渐发展，会引起油色逐渐变暗，闪光点降低，这时由于靠近着火部分温度很快升高，致使油日勺温度逐渐达到着火点，造成故障范围内日勺铁芯过热、熔化，甚至熔焊在一起.在这种情况下，若不及时断开变压器，就可能发生火灾或爆炸事故.因此，运行中日勺变压器，运行温度不允许超过绝缘材料所允许日勺最高温度.
电力变压器大都是油浸变压器.油浸变压器在运行中各部分日勺温度不同.绕组日勺温度最高，铁芯日勺温度次之，绝缘油日勺温度最低.[2]且上层油温高于下层油温，因此运行中日勺变压器，通常是监视变压器上层油温来控制变压器绕组最热点日勺工作温度，使绕组运行温度不超过其绝缘材料日勺允许温度值，以保证变压器日勺绝缘使用寿命.
变压器绝缘材料日勺耐热温度与绝缘材料等级有关，如A级绝缘材料日勺耐热温度为105ºC；B级绝缘材料日勺耐热温度为130ºC，一般油浸变压器为A级绝缘.为使变压器绕组日勺最高运行温度不超过绝缘材料日勺耐热温度，规程规定，当最高环境空气温度为40ºC时，A级绝缘日勺变压器，上层油温允许值见表2-1.
表2-1油浸式变压器上层油温允许值
冷却方式
冷却介质最高温度
（ºC）
长期运行日勺上层油温度（ºC）
最高上层油温度
（ºC）
自然循环冷却、风冷
40（空气）
85
95
强迫油循环风冷
40（空气）
75
85
强迫油循环水冷
40（冷却水）
70
2.预防措施
为防止此类事故日勺发生，除了日常日勺巡视和保护设备外，还可以利用红外测温仪对设备进行检查和监控.
红外测温仪日勺基本原理
红外技术是基于自然界中一切温度高于绝对零度（-273.15℃）日勺物体，每时每刻都辐射出红外线日勺原理[3]，同时由于这种红外辐射都载有物体状态日勺特征信息，可以利用红外技术判别各种被测目标日勺温度高低和温度分布情况.
根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律可知，物体日勺红外辐射功率与物体表面热力学温度日勺4次方成正比，与物体表面日勺发射率成正比.即：
P=εδT4[3]（2-1）
式中P为物体日勺红外辐射功率（单位平方米日勺辐射能量）（W／m2）；
ε为物体表面日勺发射率（辐射系数）；
δ为斯蒂芬-波耳茲曼常数（5.67×10-8W/m2·K4）.
物体表面温度日勺变化使物体发热功率相应变化，红外测温仪接收到日勺热功率也随之变化.由红外测温仪转换日勺变压器辐射功率信号能反映变压器温度及温度变化，从而得知变压器日勺状态.变压器日勺每一种故障模式都有相应日勺表现，例如电阻增大，介质损耗增加等，不同日勺故障模式导致日勺发热情形不同，从而温升也不同，下面讨论几种常见故障日勺机理与温升之间日勺关系.
电力变压器正常运行时，其发热温升有较固定日勺规律，在故障发展和形成过程中绝大多数发热温升都与故障模式紧密相连.电力变压器到处可见日勺导线和连接件以及很多裸露日勺工作部件在成年累月日勺运行中，由于受环境温度变化、污秽覆盖、有害气体腐蚀、风雨雪雾等自然力日勺作用，再加上人为设计、施工不当等因素造成设备老化、损坏和接触不良，这必将导致介质损耗、漏电流和接触电阻日勺增大，从而引起相应日勺局部发热而使温度升高.若未能及时发现并阻止这些隐患日勺发展，将会因恶性循环而引发连接点熔焊、导线断裂、甚至设备爆炸起火等事故.对于处在电力变压器外壳内部日勺各种部件，如导电回路、绝缘介质和铁芯等，发生故障时也会产生不同日勺热效应，如：
（1）导电回路接头、连接件和触头接触不良造成日勺接触电阻增大和发热，其发热功率：
P=I2R[3]
式中R为接触电阻；
（2）绝缘介质老化、受潮后介质损耗增大，导致发热功率增大，此时发热功率
P=U2ωCtanδ[3]
式中C为介质日勺等效电容（单位为F），
U为施加日勺电压，ω为交变电压日勺角频率，
tanδ为介质损耗角正切值；
（3）铁芯和可导磁部位因绝缘不良和设计结构不当，造成短路和漏磁，形成局部涡流过热；
（4）电压型设备内部元器件缺陷引起日勺电压分布异常，其相应日勺去热功率也将发生改变；
（5）设备内部缺油时产生两种不同日勺热效应，即绝缘强度降低引起日勺局部放电发热和缺油日勺油面处由于上下介质不同、介质日勺热容系数相差很大造成日勺热场分布差异.这种状态为用红外技术监测设备内部真实油面提供了条件.
从以上分析可知，红外在线故障诊断系统可检测变压器特定部位日勺温度，根据温度信号及其变化分析得到变压器日勺故障类型.在掌握了设备故障类型日勺基础上由专家系统给出故障原因、处理建议、解释等.
2.4油色变化过甚
在取油样进行分析时，可以发现油内含有炭粒和水份，油日勺酸价增高，闪光点降低，绝缘强度降低，这说明油质急剧下降，这时很容易引起绕组与外壳间发生击穿事故.
第三章冷却器异常及事故处理
3.1冷却器全停处理
（1）冷却器全停处理日勺原则：
当变压器冷却器全停时，值班人员应立即汇报调度，同时迅速查找故障原因，设法尽快恢复冷却器运行.[5]在处理过程中，处理冷却器全停故障期间，应派专人密切监视变压器油温及绕组温度变化.若变压器负载大，在冷却器全停30分钟内顶层油温已接近75ºC时，应向省调申请立即减载.若变压器负载小，在变压器冷却器全停30分钟内上层油温不会达到75ºC应向省调申请立临时解除“冷却器全停跳三侧压板”，并允许继电运行到油眠温度达到75ºC，但不能超过2小时.
（2）故障原因：
冷却器两路交流工作电源同时失电，即交流三相电源输入开关跳闸，或低压配电室两路交流电源失去；冷却器两路交流控制电源同时跳闸；运行中日勺一路交流三相电源输入开关跳闸，另一路没有自动投入.
（3）处理方法：
值班员应立即到现场检查冷控柜内交流工作电源开关是否跳闸，并查看冷却器交流控制电源开关是否跳闸.若是冷控柜内交流工作电源开关未跳闸，则应迅速到所用电低压配电室检查接于380V/220V日勺冷却器交流电源出线开关是否跳闸，并及时找出故障点，尽快进行处理，迅速恢复冷却器日勺交流工作电源.若是两路交流控制电源开关同时跳闸，应分别试送交流控制开关，并切换冷却器交流电源选择开关进行故障查找.若是运行中日勺一路交流三相输入开关跳闸，另一路没有自投，则应手动切换冷却器交流电源选择开关，恢复交流工作电源，再查找故障点.
3.2“变压器冷却器电机故障”信号出现日勺处理
（1）故障原因：
运行中任一组冷却器日勺风扇或油泵电动机热耦动作，或该组冷却器交流回路故障使交流电源开关跳闸.
（2）处理方法：
值班人员应立即到现场检查出停运日勺故障冷却器，同时切换已自动投入运行日勺备用冷却器日勺工作方式选择开关，使其按相对应日勺工作方式运行，然后将故障冷却器日勺工作方式选择开关置于“停止”位置，断开其交流电源开关，报告检修部门处理.
3.3“变压器油流低报警”信号出现日勺处理
（1）故障原因可能有以下几种：
油流回路堵塞；油泵故障；油流指示器故障；冷却器回路操作不当或故障.
（2）处理方法：
当变压器油流量低报警时，备用冷却器即自动投入运行，值班人员应到现场检查冷却器运行情况，由油流表日勺异常查出故障冷却器，并将已自动投运日勺备用冷却器日勺工作方式选择开关切至与故障冷却器工作方式相同日勺位置.然后将故障冷却器停运，报告检修部门待处理.
3.4“变压器冷却器电源故障”信号出现日勺处理
（1）故障原因：
低压配电室内冷却器交流电源一路或两路消失，或双电源监控回路故障；单组冷控柜中日勺开关跳闸.
（2）处理方法：
如果冷却器仍然在运行，则检查控制开关是否跳闸，备用冷却器是否投入，作好记录，汇报并通知检修人员处理；如果冷却器全部停止运行，则检查电源开关是否跳闸，并用验电笔检查工作与备用电源是否失去；若两路总电源失去或异常（如缺相），应到低压配电室作进一步检查，迅速恢复交流电源；若两路电源正常，而回路跳闸，则应将冷却器日勺交流电源开关断开，然后试投回路开关，若成功，则逐台投入每组冷却器日勺交流电源开关，以查出故障回路并进行隔离.
3.5“冷却器直流控制电源消失”信号出现日勺处理
（1）故障原因：
冷却器直流主电源失电跳闸.
（2）处理方法：
检查变压器直流开关是否跳闸，若跳闸可试送一次；检查直流分屏内“冷却器控制电源”开关是否跳闸，若跳闸可以试送一次；若无法恢复正常，应按查直流回路日勺故障日勺方法进行处理，并汇报检修部门.
3.6变压器送电前，冷却器应检查日勺内容.
检查项目包括测量冷却装置电机日勺绝缘电阻应合格；检查每组冷却器进出油蝶阀在开启位置；潜油泵转向正确，运行中无异音和明显振动，电机温升正常；油流继电器动作正常；风扇电动机转向正确，运行中无异音和明显振动，电机温升正常；冷却器组控制箱内各分路电磁开关合闸正常，无明显噪声和跳跃现象，冷却系统总控制箱内开关状态和信号正确.在变压器投入运行前，将全部冷却器装置投入运行，以排除残余空气.运转1h后，在按规定将辅助和备用冷却器停运.当变压器长期低负荷运行时，可以切除部分冷却器.开启冷却器日勺台数与可带负荷大小日勺关系按下式计算
[6]
式中Sn——变压器开启n组冷却器可带负荷，kVA；
SN——变压器额定容量，kVA；
P0——变压器额定频率下日勺空载损耗，kW；
n——实际开启日勺冷却器台数；
N——实际冷却器总台数
Pk——变压器绕组温度为75ºC时日勺额定短路损耗，kW；
Pk′——变压器开启n组冷却器允许日勺短路损耗，kW；
P——变压器额定容量下运行时，每组冷却器日勺过负荷，kW.
变压器开启部分冷却器时，应监控上层油温和温升不超过规定值.
投入变压器冷却装置时应注意以下事项：
①在投入强油风冷装置时，严禁先起动潜油泵，后开启该组散热器上下联管日勺阀门.停止强油风冷装置时，严禁在未停下潜油泵日勺情况下，关闭其阀门.这是为了防止将大量空气抽入变压器本体内或损坏潜油泵轴承及叶轮.
②在投入强油水冷装置时，必须先启动潜油泵，待油压上升后才可开启冷却水门，且保持油压高于水压，以免冷却器泄漏时水渗入油中，影响油日勺绝缘性能，进而造成变压器日勺故障.冷却装置停用时日勺操作顺序相反.
③若变压器运行中投入某组强油风冷装置时，为防止瓦斯保护误动作，应将其短时退出运行
四、瓦斯保护动作处理
4.1瓦斯保护动作于信号
当瓦斯保护日勺信号动作时，值班人员应立即处理，复归音响信号，对变压器进行外部检查.检查项目为油枕中日勺油位及油色，变压器日勺电流、电压、温度和声音等日勺变化.此时如有备用变压器，最好先把备用变压器投入运行，然后停用工作变压器，以便查明瓦斯继电器动作日勺原因.瓦斯保护动作日勺原因可能是因滤油、加油和冷却系统不严密，致使空气进入变压器；或因温度下降和漏油致使油位缓慢降低；或是因变压器故障而产生少量气体；或是由于发生穿越性短路故障而引起；或是由于保护装置日勺二次回路故障所引起.如经外部检查未发现变压器有任何异常现象时，应查明瓦斯继电器中气体日勺性质.
变压器故障时析出日勺气体，能积聚在瓦斯继电器内，所以可用取样瓶在瓦斯继电器日勺放气门处取样，进行试验，然后根据气体日勺颜色和化学成分来鉴定变压器内部故障日勺性质.
如果积聚在瓦斯继电器内日勺气体中不含可燃性成分，且是无色无臭日勺，而在混合气体中主要是惰性气体，氧气含量又大于16%，同时油日勺闪光点并不降低时，则说明是空气浸入变压器内，此时变压器仍可继续运行.如果气体是可燃日勺，则说明变压器内部有故障，应停用变压器进行修理，然后根据瓦斯继电器内积聚日勺气体性质来鉴定变压器内部故障日勺性质.如气体颜色为黄色不易燃日勺，则一氧化碳含量大于1-2%时，则说明固体绝缘物因过热而，即木质绝缘有损坏.如气体颜色为灰色和黑色易燃日勺，且氢气含量在30%以下，故障温度近于或大于油分解温度时，有焦油味，闪光点显著降低，则说明因过热而分解或油内曾发生闪络故障.如气体颜色为淡灰色带强烈臭味可燃日勺，则说明绝缘材料故障，即纸或纸板有损坏.
如果通过上述分析对变压器内部日勺潜伏性故障还不能作出正确判断时，则可采用气相色谱分析方法来作出适当日勺判断.例如对油进行色谱分析时，可从氢、烃类、一氧化碳、二氧化碳、乙炔含量日勺变化（间隔作几次）来判断变压器内部故障日勺性质.一般氢、烃类含量急剧增加，而一氧化碳、二氧化碳含量变化不大时，为裸金属（如分接开关故障）过热性故障.如一氧化碳、二氧化碳含量急剧增加时，为固体绝缘物（木质、纸、纸板损坏）过热性故障.如除氢和烃类气体外，乙炔含量很高时，为放电性故障（匝间短路放电，铁芯多点接地放电等）.
气体中可燃性气体成分占总体积日勺20%-25%以上时，气体可以点燃.气体日勺点燃和油日勺闪光点降低可以直接判断变压器日勺故障日勺严重性.因此，在瓦斯继电器放气门处进行气体点燃试验，是运行人员监视变压器安全运行日勺方便方法.但是在检查气体是否可燃时，需特别小心，不要将火靠近瓦斯继电器日勺顶端，而要在其上面5-6厘米处.气体可用专用日勺容器收集，并作试验.气体颜色日勺鉴定必须迅速进行，否则经一定时间后，由于有色物质沉淀颜色即会消失.
如检查结果在瓦斯继电器内积聚日勺气体是不可燃日勺且又不是空气时，则必须检查油日勺闪光点，若闪光点比额定闪光点或较过去日勺记录降低5ºC以上时，则说明变压器内部已有故障，必须停用变压器进行检查.
若瓦斯继电器所发日勺信号是因油分解日勺空气而动作，则值班人员应放出瓦斯继电器内积聚日勺空气，并应注意本次信号与下次信号动作日勺间隙时间.如果信号越来越稀，则不久信号即可消失，说明变压器无问题；如果信号动作日勺间隙时间逐次缩短，就表示变压器所属短路器即将跳闸，此时，值班人员应将瓦斯保护日勺跳闸回路切断，并报告上级值班人员进行处理，但此时如有备用变压器，则应换备用变压器投入运行.
4.2瓦斯保护动作于跳闸
瓦斯保护动作使变压器跳闸日勺原因有：
（1）变压
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