變壓器過熱故障是常見的多發(fā)性故障，對變壓器的安全運行帶來嚴(yán)重威脅，因此引起現(xiàn)場的廣泛關(guān)注。

變壓器過熱的原因

⑴繞組過熱

近十幾年來，為降低變壓器損耗，各制造廠先后采用了帶有統(tǒng)包絕緣的換位導(dǎo)線繞制變壓器繞組。由于早期國內(nèi)對換位導(dǎo)線生產(chǎn)技術(shù)尚未全面掌握，使之采用換位導(dǎo)線的變壓器在運行十年左右出現(xiàn)了統(tǒng)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(yán)重老化，以致發(fā)糊、變脆，在長期電磁振動下，絕緣脫落，局部露銅，形成匝間(段間)短路，導(dǎo)致變壓器燒損事故。例如，東北電網(wǎng)某臺240MVA的升壓變壓器，正常運行負(fù)荷率為90%左右，上層油溫一般不超過70℃。1988年以來，對該變壓器進(jìn)行糠醛分析，發(fā)現(xiàn)絕緣有老化現(xiàn)象。運行中油色譜分析表明， CO和 CO2的絕對值及增長率均比較高。1992年6月在正常運行中，主變壓器輕、重瓦斯保護動作，防爆筒噴油，吊出高壓繞組檢查后發(fā)現(xiàn)：故障發(fā)生在 A相低壓繞組下數(shù)第3～4段最外一組換位導(dǎo)線，有數(shù)根燒熔。經(jīng)進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)低壓繞組上、下兩端 l～5段均有燒焦痕跡，并有露銅現(xiàn)象。導(dǎo)線段間絕緣紙均已燒糊，第6～8段絕緣呈深紅色。此單半螺旋繞組半螺旋處1.5mm油道已全部堵死，4.5mm油道也僅能插進(jìn)1.4mm紙板。

另外，繞組材料本身的質(zhì)量不良，也會導(dǎo)致過熱現(xiàn)象。例如，某局的一臺 SF7一8000/35型變壓器，1994年安裝并投運后發(fā)現(xiàn)：該變壓器所帶的負(fù)荷與5600kVA變壓器相同的情況下，其溫度比5600kVA的變壓器高10℃左右，在環(huán)境溫度高于5℃時，只要變壓器投人，不論負(fù)荷大小(最大負(fù)荷4500kW〕，風(fēng)扇電機一直啟動(啟動風(fēng)扇溫度整定為50℃，此時變壓器油溫高于50℃)，這說明該變壓器一直存在隱性過熱故障。吊罩后，解體拔包檢查發(fā)現(xiàn)，B相低壓側(cè)繞組第 l、4餅有明顯過熱現(xiàn)象，絕緣紙已變?yōu)榘岛稚?，拆開檢查，發(fā)現(xiàn)匝間有小毛刺漏銅點，但匝間并沒有完全短路，所以，故障電流并不大，緩慢發(fā)熱，以致油溫升高。

⑵分接開關(guān)動、靜觸頭接觸不良

在有載調(diào)壓變壓器中，特別是調(diào)壓頻繁、負(fù)荷電流較大的變壓器，在頻繁的調(diào)動中會造成觸頭之間的機械磨損、電腐蝕和觸頭污染，電流的熱效應(yīng)會使彈簧的彈性變?nèi)?，從而使動、靜觸頭之間的接觸壓力下降。接觸壓力減小，會使觸頭之間的接觸電阻增大，從而導(dǎo)致觸頭之間的發(fā)熱量增大，由于發(fā)熱又加速觸頭表面的氧化腐蝕和機械變形，形成惡性循環(huán)，如不及時處理，往往會使變壓器發(fā)生損壞事故。例如，某化工廠的800OkVA有載整流變壓器，由于疏忽了有載分接開關(guān)粗調(diào)部分的接觸問題，接觸電阻不斷增大、發(fā)熱，逐漸形成動、靜觸頭之間的金屬熔化、蒸發(fā)，環(huán)氧樹臘絕緣支架碳化，最后在調(diào)壓過程中起弧引起相間短路，變壓器爆炸起火，而發(fā)生變壓器損壞事故。

在無載調(diào)壓變壓器中，分接開關(guān)接觸不良，也會使其觸頭表面腐蝕、氧化，或觸頭之間的接觸壓力下降使接觸電阻增大，而形成變壓器的過熱性故障。例如某局的一臺35kV、18MVA變壓器，曾發(fā)生過因分接開關(guān)接觸不良、發(fā)熱，最后導(dǎo)致變壓器分接開關(guān)燒流，變壓器氣體繼電器動作，迫使變壓器停運。

⑶引線故障

①引線分流故障

這種故障較多，東北電網(wǎng)1989～1993年的統(tǒng)計，約占總故障的10%。這些故障多發(fā)生在66kV套管上，一方面66kV側(cè)電流較大，另一方面66kV引線大多不是直順套管方向進(jìn)入導(dǎo)管，因此，未包任何絕緣的引線與導(dǎo)管接觸，造成分流，產(chǎn)生熱故障。其原因如下：引線電纜外表半疊包的白布帶，經(jīng)過制做中工序的傳遞和引線裝配，多數(shù)已不緊密和不完整。某些制造廠，甚至完全不要這一層白布帶。而對較長的引線，在裝配時，如電纜施壓后造成裸銅絞線與套管的銅管內(nèi)壁靠接，這就形成了一個閉合回路。當(dāng)引線中通過電流時，引線周圍便有磁場且有磁通，引線的交變電流產(chǎn)生交變磁通，即會在這個回路中感應(yīng)出電勢。由于大容量變壓器每相的電流很大，相應(yīng)的引線周圍的磁通以及感應(yīng)的電勢也比較大。閉合回路，由于路徑較短，而導(dǎo)線截面較大，即電阻較小，流過回路的電流較大。

相對來講，回路中裸露電纜與銅管靠接的局部接觸電阻是比較大的，當(dāng)很大的回路電流通過時必將發(fā)熱。由故障實例可知，銅管熔成凹形坑現(xiàn)象，說明過熱點的溫度已達(dá) l000℃以上。

②引線接頭過熱

引線接頭(將軍帽)過熱也是多發(fā)性故障。例如，東北電網(wǎng)某局的一臺主變壓器，總烴為455.9μl/l，乙快為4.23μl/l。吊檢發(fā)現(xiàn)66kV A相套管穿纜引線頭過熱，焊錫流出滴到夾件和壓件上;又如，某臺主變壓器， B相套管頭部發(fā)熱，經(jīng)檢查，將軍帽螺扣配合不良，將螺扣燒壞5～6扣，造成過熱。

③引線斷股

某臺DFL一60000/220型單相變壓器，1990年5月開始發(fā)現(xiàn)色譜分析結(jié)果異常，熱點溫度可能高于 l000℃，直到1993年5月進(jìn)行大修時才發(fā)現(xiàn)，該變壓器中性點套管內(nèi)的引線有兩股燒斷、三股燒傷(共35股、截面240mm2，其原因是在1989年5月檢修中，更新該中性點套管時引線(銅辮子)向上拉比較別勁，使引線外層半迭繞白布帶脫落，裸辮子引線與套管內(nèi)的銅管內(nèi)壁相碰，發(fā)生分流、放電、過熱。

⑷漏磁導(dǎo)致過熱

變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無論主磁通或漏磁通，可分為軸向分量和徑向分量。軸向分量分布較簡單，沿繞組高度變化較小。徑向分量沿繞組高度分布復(fù)雜，由它引起渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器的容量變化而變化，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.其最大值出現(xiàn)在端部附近。由于變壓器的內(nèi)繞組離鐵芯近，漏磁的徑向值高于外繞組。若變壓器繞組為低、中、高排列，則低壓繞組的徑向漏磁高。

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，有時可達(dá)數(shù)百千瓦，導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象。例如，某臺SFPS—120000/220型變壓器出現(xiàn)的過熱現(xiàn)象就是低壓側(cè)j箱壁漏磁嚴(yán)重所致。又如，某 SZL7一6300/35型變壓器，由雜散磁通在鐵芯上、下夾件拉桿上的個別部位形成磁密高度集中，產(chǎn)生局部過熱，并導(dǎo)致絕緣油色譜分析結(jié)果異常。

⑸冷卻裝置風(fēng)路堵塞

冷卻裝置風(fēng)路堵塞引起的過熱現(xiàn)象也時有報導(dǎo)。例如，某臺 OSFPSL—120000/220型變壓器，運行11年均正常。1992年8月28日油溫突然上升，由原來的42℃左右增加到90℃左右。與同容量的變壓器比較溫升相差很大，但電氣試驗結(jié)果正常。通過對外觀檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷卻器散熱管的翅片間積滿了灰塵(長期運行從未清洗過)，已將間隙堵死，電風(fēng)扇的風(fēng)已無法吹到教熱管上，致使變壓器的溫度不斷升高。經(jīng)沖洗后油溫一直在40℃左右。又如，某臺DSFPSL一90000/220型變壓器，上層油溫偏高，曾達(dá)80～90℃，檢查發(fā)現(xiàn)散熱器風(fēng)道縫隙被雜物堵塞，影響正常散熱，用高壓水槍沖洗后，油溫降到60℃，恢復(fù)正常。

⑹風(fēng)扇工作不正常

風(fēng)扇工作不正常主要包括，

①風(fēng)扇反轉(zhuǎn)

某局的一臺主變壓器，由于冷卻系統(tǒng)在檢修時將電源接反，造成風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，使冷卻效果降低，油溫比帶同樣負(fù)載的另一臺主變壓器高15℃，查明原因糾正后，溫度恢復(fù)正常(兩臺主變壓器溫度只差1℃)。

②啟動風(fēng)扇設(shè)定值錯誤

某臺SFY7一63000/110型主變壓器(法國專利)，運行在某牽引變電所。在運行中發(fā)現(xiàn)其CO/CO2=0.68，屬于異常?？扇夹詺怏w總量也屬“注意值”之列，且其增加趨勢已為異常。顯然，主變壓器存在早期熱性故障。檢查發(fā)現(xiàn)，啟動風(fēng)扇的溫度為75℃(在 ASEA圖紙上也是75℃CONTROL)。它不符合鐵道部頒發(fā)的《牽引變電所運行檢修規(guī)程》，規(guī)程第36條規(guī)定：風(fēng)冷式變壓器當(dāng)其上層油溫超過55℃時應(yīng)啟動風(fēng)扇。本臺主變壓器為油浸風(fēng)冷式，由于啟動風(fēng)扇的設(shè)定值錯誤，導(dǎo)致主變壓器不能風(fēng)冷散熱。因而出現(xiàn)熱性故障。

③風(fēng)扇等失去電源

某發(fā)電廠的一臺主變壓器為三側(cè)三繞組強迫油循環(huán)風(fēng)冷有載調(diào)壓變壓器，三側(cè)容量比為180000/120000/180000kVA，三側(cè)電壓比為231土8×1.25%/121/13.8kV，B級絕緣，允許最高溫度為120℃。在運行中發(fā)現(xiàn)釋壓閥動作噴油，主變壓器本體上層油溫超過l00℃。反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)，主變壓器冷卻器電源的 B、C相保險熔斷，而使其風(fēng)扇和潛油泵停止運轉(zhuǎn)。但由于溫度過高，發(fā)信號回路的保險熔斷不能正常發(fā)信號。最后導(dǎo)致主變壓器過熱冒油。

⑺漏硅膠造成堵塞

某電廠一臺 SFL一630O0/110型主變壓器，連續(xù)兩年高溫過熱。最后吊罩發(fā)現(xiàn)，油箱的底盤上堆滿硅膠，約200kg，在鐵芯底面與底盤問約1.2cm縫隙全部被堵死，經(jīng)過檢查，原因是凈油器濾網(wǎng)不嚴(yán)密，有一較大縫隙，經(jīng)過18年運行使硅膠大量進(jìn)入油箱，阻擋了油的循環(huán)通路，使循環(huán)不良，引起主變壓器高溫過熱。

⑻異物引起局部過熱

變壓器內(nèi)部殘留的異物不僅可能造成繞組匝間短路，引起局部過熱，而且也可能在異物中形成環(huán)流，引起局部過熱。例如，某臺DFL一60000/220型主變壓器的 A相 (單相變壓器)，1960年投運后正常，但在1982年換油時沖洗過繞組和鐵芯，一個月后發(fā)現(xiàn)總輕由100μl/l增加到300μl/l，一年后，總烴增加到 1125μl/l。用三比值法判斷故障性質(zhì)為300～700℃中等溫度范圍的熱故障。但通過試驗檢查不出異常.最后進(jìn)行解體大修，為期3個月。由于該變壓器是沈陽變壓器廠的早期產(chǎn)品，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，不但變壓器分相，而且每相變壓器的鐵芯也分內(nèi)外框。在大修時.先將鐵芯上扼拆除，高低壓繞組吊走，再將內(nèi)外框分開，發(fā)現(xiàn)在鐵芯柱底部內(nèi)外框之間的油道中有一顆直徑為15mm左右的黑色球狀炭粒，粘在硅鋼片上。測量炭粒電阻為5Ω，經(jīng)鑒定為電焊渣，其附近有3張硅鋼片局部過熱、發(fā)藍(lán)。

分析認(rèn)為該電焊渣是廠家在裝配時落入內(nèi)外框間的油道中，由于所處位置湊巧，20多年來未發(fā)生異常。后來換油沖洗時該電焊渣沿著油道被沖到某一位置;由于硅鋼片疊壓參差不齊，該位置較窄，就會碰到內(nèi)外框鐵芯。在運行中，該點的內(nèi)外框之間存在著磁位差，形成環(huán)流，造成局部過熱。經(jīng)修復(fù)后運行正常。

⑼鐵芯多點接地引起的過熱

變壓器過熱性故障的診斷

⑴色譜分析法

氣相色譜分析是診斷變壓器過熱故障的重要方法。實踐表明，在局部過熱的情況下，變壓器油中含有大量的CH4和C2H4，故障涉及固體絕緣時，油中還含有大量的CO和CO2，基于此特性，可以用氣體圖形法和比值法來判斷故障的性質(zhì)。

①氣體圖形法

以最大濃度為1，畫出氣體組分的相對濃度，即為氣體圖形。

②氣體組分比值法

a 判斷故障性質(zhì)。

判斷故障性質(zhì)的比值法有三比值法和四比值法。比較上述比值法，可以看出，C2H2/C2H4和CH4/H2兩比值對確定故障性質(zhì)是有效的。對過熱故障，在三比值編碼中C2H2/C2H4的編碼為0，CH4/H2的編碼為2;在四比值編碼中C2H2/C2H4的編碼為0，CH4/H2的編碼為1或2。據(jù)此提出以下判據(jù)：

C2H2/C2H4<0.1 且 CH4/H2&ge;1

滿足上述判據(jù)即為過熱性故障。

過熱故障的溫度可分為低溫、中溫和高溫三個范圍。三比值法詳細(xì)地列出了這種診斷結(jié)果。

b 判斷熱故障回路。診斷時，將三比值法與四比值法相結(jié)合，可區(qū)分過熱故障發(fā)生在磁回路還是導(dǎo)電回路。

在四比值法中，當(dāng) CH4/H2=l～3，C2H6/CH4

由上述可知，磁回路過熱判據(jù)與三比值法比較，有三個比值項是共同的。在這三個比值項中，磁回路過熱判據(jù)基本上與三比值法的比值組合0、2、2相同。因此當(dāng)基于三比值法判斷為 0、2、2熱故障后，再將其中的CH4/H2的比值按 l～3和≥3劃分為

CH4/H2=l～3，編碼記為2c(C一磁);

CH4/H2≥3，編碼記為2D(D一電)。

這樣，當(dāng)比值組合為：

0、2c、2時為磁回路過熱性故障;

0、 2D、2時為導(dǎo)電回路過熱性故障。

例如，某變電所一臺120MVA主變壓器的色譜分析結(jié)果表 l所示。

表1 色譜分析結(jié)果(μl/l)

由表中數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用三比值法編碼為0、2、2，其中CH4/H2=3.2>3，可將編碼記為0、2D、2，即為導(dǎo)電回路過熱性故障。進(jìn)一步檢查確認(rèn)為分接頭開關(guān)接觸不良。

③CO和CO2含量曲線法

根據(jù)色譜分析結(jié)果給出的CO和CO2含量，可以判斷變壓器繞組絕緣是否存在過熱性故障。東北電力科學(xué)研究院對東北電管局直屬局、廠約150臺220kV及以上隔膜式(含膠囊)密封變壓器進(jìn)行油中CO和CO2含量分析，并提出初步判據(jù)。

判斷方程式為

CO含量 yco=133十407&radic;X

CO2含量 yco2=1896十1042X

式中X——運行年限。

將上述回歸方程式繪成曲線，當(dāng)變壓器油中CO和CO2超過曲線上相應(yīng)值或產(chǎn)氣速率大于曲線的斜率時，一般認(rèn)為變壓器可能存在異常。

例如，某260MVA變壓器的油中CO和CO2的含量曲線，無論從CO和CO2增長速率，還是其絕對值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了判斷所示曲線。中間下降是處理油的結(jié)果，但下降后仍按較高速度增長，只是運行年限較少，其絕對值尚未足夠積累。

由此，結(jié)合變壓器繞組結(jié)構(gòu)，便能分析判斷該變壓器可能存在的過熱性故障。

⑵測量直流電阻

測量直流電阻可以對導(dǎo)電回路熱性故障作進(jìn)一步判斷。上述兩例都是根據(jù)直流電阻作進(jìn)一步判斷的。前者為分接頭開關(guān)接觸不良，后者為低壓繞組匝間短路。

處理對策

根據(jù)引起過熱故障的不同原因采取不同的處理對策。

⑴由于繞組結(jié)構(gòu)原因引起的低壓繞組過熱，宜將變壓器的低壓繞組改為雙螺旋結(jié)構(gòu)。

⑵對冷卻器組管堵塞引起的過熱故障，應(yīng)定期(l～3年)用壓縮空氣或水清洗冷卻器組管，清洗工藝如下：

①清洗前，使冷卻器停止運行，拆下風(fēng)扇保護罩和風(fēng)扇葉片，這樣冷卻器的前后都能徹底清洗。

②先用吸塵器在進(jìn)風(fēng)側(cè)從上至下吸掉灰塵、雜物，而后在出風(fēng)側(cè)用壓力為0.1MPa壓縮空氣吹組管，邊吹邊吸(因鄰近冷卻器正在運行中)，這樣可提高清洗效率2倍。

③去灰塵后，用自來水沖洗。沖洗時同樣由出風(fēng)測往進(jìn)風(fēng)側(cè)方向沖，勿使雜物進(jìn)人中間管族，以免雜物落人死區(qū)。

⑶正確連接引線和分接開關(guān)，上緊螺帽，避免松動而發(fā)熱。

⑷為避免引線和套管銅管靠接后出現(xiàn)過熱，可采取以下措施：

①不改變目前引線絕緣包扎方式，而只在每臺產(chǎn)品試裝時，準(zhǔn)確裁截引線電纜的長度，做到引線長度和套管準(zhǔn)確的配裝。這可以消除電纜太長而與銅管內(nèi)壁靠接的不良后果。但這樣做對以后備品套管的更換的準(zhǔn)確裝配造成困難。

②改變引線電纜的絕緣包扎方式。如把目前的只用白布帶半疊包一層，改為先用0.1mm×30mm皺紋紙正反兩個方向半疊包各一層后，再用白布帶半疊包一層。在總裝套管時，要保持引線電纜絕緣的完整，不允許有絕緣松脫露銅的現(xiàn)象。這樣，引線裝配后，即使引線和銅管靠接，回路將由絕緣隔開而難于閉合，阻止了電流的流通和過熱。

⑸為防止漏磁引起的過熱故障，可在變壓器油箱內(nèi)壁及繞組鋼托板上加裝磁屏蔽。設(shè)置磁屏蔽的目的就是讓漏磁通盡可能地通過導(dǎo)磁性能較好的磁屏蔽裝置，而不穿入油箱壁的鋼板，從而避免了在油箱壁中產(chǎn)生大的損耗，引起油箱局部過熱。

在大型變壓器中，為降低由漏磁通在油箱上引起的損耗，在特定的面積上(如套管安裝部位)有時用不導(dǎo)磁鋼板來代替普通鋼板。但對大面積的油箱內(nèi)壁采用安裝磁屏蔽的方法則更為經(jīng)濟合理。對大電流變壓器，其繞組的端部漏磁較為嚴(yán)重。在繞組下端的鋼托板上加裝磁屏蔽，能使鋼托板表面的磁密變得很小，從而降低繞組端部的漏磁損耗，防止繞組端部絕緣過熱故障。某電廠的SSPL一260000/220型主變壓器，在改造過程中，在油箱內(nèi)壁及繞組的鋼托板上加裝磁屏蔽收到良好的效果，曾幾次經(jīng)受系統(tǒng)諧波沖擊的影響，始終穩(wěn)定運行。例如，1993年因系統(tǒng)諧波的影響，另一臺未經(jīng)改造的變壓器油箱局部過熱，上下油箱的連接螺絲燒紅，燒毀密封膠墊，造成變壓器大量漏油，重瓦斯保護動作跳閘，被迫停運檢修，但經(jīng)過改造的這臺變壓器卻安然無事。經(jīng)過長達(dá)4年多的油色譜跟蹤監(jiān)視，其分析結(jié)果穩(wěn)定。變壓器改造后總烴及 CO、CO2含量都大幅度下降并且一直穩(wěn)定。

⑹加強管理，避免由于管理不善等原因而引起的過熱性故障。對強油循環(huán)的冷卻系統(tǒng)必須有兩個可靠的電源，并定期進(jìn)行切換試驗，信號裝置齊全、可靠。