1 電力變壓器常見的故障類型
電力變壓器是靜止的電氣設(shè)備，是供配電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電能輸送、電壓變換，滿足不同電壓等級(jí)負(fù)荷要求的核心器件，工廠里使用最多的是三相油浸式電力變壓器和環(huán)氧樹脂澆注式干式變壓器。工廠變電所中的電力變壓器屬于直接向用電設(shè)備供電的配電變壓器，其繞組導(dǎo)體材質(zhì)有銅繞組和鋁繞組兩種。低損耗的銅繞組變壓器現(xiàn)在得到了廣泛使用。
電力變壓器在運(yùn)行中，由于其內(nèi)部或外部的原因會(huì)發(fā)生一些異常情況，影響變壓器正常工作，造成事故。按變壓器發(fā)生故障的部位分，常見故障類型見表1。
2 變壓器故障原因
變壓器故障主要是因?yàn)榻^緣材料（絕緣油、絕緣紙及壓制板等）的劣化。其原因是由于正常及過(guò)負(fù)荷下的熱劣化，另外是水分和氧氣對(duì)熱劣化的促進(jìn)作用；由于沖擊等過(guò)電壓產(chǎn)生電場(chǎng)劣化造成絕緣材料的損傷，其征兆為局部放電和特征氣體產(chǎn)生；由外部短路的電磁機(jī)械力及振動(dòng)引起的機(jī)械劣化，使線圈及夾持件造成物理?yè)p傷和幾何位移等。
2.1 磁路中的故障原因
1）夾緊鐵芯芯柱和鐵軛疊片的穿心螺桿的絕緣件擊穿，引起鐵心疊片局部短路，從而產(chǎn)生很大的局部渦流；
2）鐵心夾件及連接鐵芯結(jié)構(gòu)的螺栓由于電磁力的作用而引起的振動(dòng)，將削弱鐵心絕緣和鐵心疊片之間的絕緣；
3）鐵心及鐵軛疊片的邊緣的毛刺，夾雜金屬物質(zhì)或鐵心疊片產(chǎn)生微小的彎折，可使鐵心疊片產(chǎn)生局部短路；
4）磁路中的高飽和磁密將產(chǎn)生相當(dāng)大的高次諧波電壓或電流；
5）鐵心疊片的材料和涂在硅剛片的絕緣變質(zhì)引起鐵損增加，使得變壓器的溫度升高從而損壞鐵心疊片。
2.2 繞組中的故障原因
1）繞組的紙包扁鋁線的棱曲率半徑較小；
2）矩形導(dǎo)線上繞包的絕緣紙達(dá)不到所要求的緊度，產(chǎn)生隆起，使導(dǎo)線形狀發(fā)生變形，引起匝間短路；
3）繞組的絕緣由于空氣帶入的水分或者油中帶有水分而受潮；
4）當(dāng)負(fù)荷發(fā)生迅速的波動(dòng)，繞組遭受電或磁的沖擊時(shí)，繞組導(dǎo)線的膨脹和收縮將使匝間絕緣上所受的機(jī)械力交替地增大和減小，使絕緣產(chǎn)生損壞；
5）多根并聯(lián)連續(xù)式繞組，它的幅向尺寸的比值過(guò)大，如果油道過(guò)窄，在繞組的內(nèi)側(cè)將產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)，使導(dǎo)線絕緣產(chǎn)生脆化，引起匝間短路；
6）繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接質(zhì)量不佳，接觸電阻較大，使繞組產(chǎn)生過(guò)熱，導(dǎo)致絕緣油的局部炭化；
7）繞組匝間短路及繞組對(duì)地短路的原因有三方面：
① 當(dāng)雷電及網(wǎng)絡(luò)的沖擊波侵入變壓器時(shí)，在變壓器與線路之間的過(guò)渡處沖擊阻抗有變化，繞組線端的端部線段容易產(chǎn)生電壓和電流傳輸波反射現(xiàn)象，其結(jié)果是在變壓器繞組中引起高電壓，繞組絕緣被擊穿。
?、?正常的開合閘、雷電沖擊或?qū)Φ鼗」夥烹姸伎赡墚a(chǎn)生沖擊波，由沖擊波引起的過(guò)電壓如加在絕緣導(dǎo)線的末端、串聯(lián)繞組的連線及中性點(diǎn)上，都可能引起匝間短路。
?、?當(dāng)把一只感應(yīng)繞組從線路中切除，或者迅速冷卻遮斷電?。ㄓ绕涫窃谧詈蟮陌雮€(gè)周期）時(shí)，會(huì)使鐵心中的磁通很快衰減，會(huì)在變壓器中產(chǎn)生高電壓。
8）嚴(yán)重的持續(xù)過(guò)載可在整臺(tái)變壓器中引起高溫，油道窄小加劇變壓器的過(guò)熱現(xiàn)象，造成絕緣變脆，同時(shí)可能產(chǎn)生導(dǎo)線絕緣脫落因而導(dǎo)致匝間短路；
9）用螺栓夾緊的載流接頭，如未采取有效的防松措施，則在變壓器運(yùn)行期間，將因振動(dòng)而發(fā)生松動(dòng)，接頭將因此迅速發(fā)熱，甚至使變壓器不得不暫時(shí)出運(yùn)行。
2.3 絕緣中的故障原因
1）由于變壓器沒有全密封，或者隔膜、膠囊漏氣，使潮濕空氣進(jìn)入絕緣油，降低了絕緣油的絕緣強(qiáng)度，引起繞組或引線對(duì)油箱或?qū)﹁F心構(gòu)件擊穿。
2）串聯(lián)使用的絕緣材料的厚度搭配不合理，因電暈放電或過(guò)熱可以導(dǎo)致某種絕緣材料的損壞。
3）絕緣油中懸浮物里的粒子在有電位差的裸導(dǎo)體之間形成“小橋”，引起暫時(shí)電氣擊穿。
4）變壓器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載可引起絕緣油的老化，油溫過(guò)高會(huì)加速油泥、水分及酸的形成。
5）在變壓器繞組表面及其身上可能會(huì)遺留下金屬材料，對(duì)爬電距離產(chǎn)生極大的影響。
6）絕緣成型件因其表面被污染而導(dǎo)致表面放電，使得絕緣材料失效。
2.4 結(jié)構(gòu)件中發(fā)生的故障原因
1）變壓器繞組上的壓緊力應(yīng)隨著變壓器運(yùn)行過(guò)程絕緣的收縮情況進(jìn)行調(diào)整，但必須采取適當(dāng)措施防止繞組壓緊裝置的任何部分或部件形成短路匝。
2）由于焊接質(zhì)量不佳、裝配不細(xì)、運(yùn)輸過(guò)程中粗心地吊放變壓器，會(huì)造成變壓器油箱漏油，如不及時(shí)維護(hù)，則變壓器將產(chǎn)生過(guò)熱和擊穿。
3）氣體繼電器內(nèi)未按規(guī)定充油和檢驗(yàn)時(shí)，繼電器可能產(chǎn)生誤動(dòng)作。另外，當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于缺乏正確保護(hù)，會(huì)造成變壓器嚴(yán)重?fù)舸?
4）變壓器不滿足并列運(yùn)行條件要求。
5）冷卻油及冷卻介質(zhì)故障原因。對(duì)于油浸變壓器油受潮、氧化、造成電氣絕緣性能下降；油泥沉積，阻塞，使散熱器性能變壞；油絕緣下降造成閃絡(luò)放電等。對(duì)于特種冷卻介質(zhì)的變壓器，如密封不嚴(yán)而滲漏，使氣壓下降，冷卻效果差，絕緣性能下降也導(dǎo)致故障發(fā)生。
6）制造工藝欠妥及修理方法不當(dāng)引起的故障原因選用材料不良（導(dǎo)電材料、磁性材料、絕緣材料）；設(shè)計(jì)和工藝質(zhì)量不好。在變壓器修造、組裝過(guò)程，由于不嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)，操作不當(dāng)，繞組繞制不規(guī)范，浸烘不透不干，組裝順序不統(tǒng)一，附件不標(biāo)準(zhǔn)、不合格，修造后變壓器存在的隱患，一旦投入運(yùn)行，容易產(chǎn)生各類故障。
7）運(yùn)行操作不當(dāng)、維護(hù)不周引起故障。
3 變壓器的故障檢測(cè)診斷方法
利用人的感官診斷變壓器故障。通過(guò)人們對(duì)聲音、振動(dòng)、氣味、變色、溫度等的感覺來(lái)判斷電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的各種現(xiàn)象的變化來(lái)分析故障發(fā)生的部位和程度。
變壓器產(chǎn)生“嗡嗡”聲的原因有：硅鋼片的磁滯伸縮引起的振動(dòng)；鐵心的接縫與疊層之間的磁力作用引起的振動(dòng)；繞組的導(dǎo)線之間或線圈之間的電磁力引起振動(dòng)；強(qiáng)迫冷卻式的變壓器，其風(fēng)扇和冷卻泵產(chǎn)生的噪音等。
3.1 油浸變壓器的外觀檢查
1）漏油：變壓器外面沾粘著黑色的液體或者閃閃發(fā)光的時(shí)候，首先應(yīng)該懷疑是漏油。大中型變壓器裝有油位計(jì)，可以通過(guò)油面水平線的降低而發(fā)現(xiàn)漏油。
2）變壓器油溫度。
3）呼吸器的吸濕劑嚴(yán)重變色。吸濕劑嚴(yán)重變色的原因是過(guò)度的吸潮、墊圈損壞、呼吸器破損、進(jìn)入油杯的油太多等。通常用的吸濕劑是活性氧化鋁（礬士）、硅膠等，并著色成藍(lán)色。然后當(dāng)吸濕量達(dá)到吸濕劑重量的20%～25%以上時(shí)，吸濕劑就從藍(lán)色變?yōu)榉奂t色，此時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行再生處理。吸濕劑再生處理應(yīng)加熱至100～140°C直至恢復(fù)到藍(lán)色。對(duì)呼吸器如果管理不善，就會(huì)加速油的老化。
3.2 機(jī)械類檢測(cè)裝置
1）瓦斯氣體繼電器
這種繼電器廣泛應(yīng)用于帶油枕的變壓器。第1對(duì)觸點(diǎn)供輕故障報(bào)警用，它是變壓器中絕緣材料，結(jié)構(gòu)件中的有機(jī)材料燒毀時(shí)，油的熱分解而產(chǎn)生的氣體進(jìn)入氣體繼電器的氣室，當(dāng)氣體積聚到一定時(shí)量，氣體繼電器輕瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作。第2對(duì)觸點(diǎn)用于重故障，它是在變壓器內(nèi)部因絕緣擊穿、斷線等而引起油中閃絡(luò)放電弧、變壓器內(nèi)部壓力劇增，油急速流向油枕時(shí)繼電器重瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作。
2）防爆裝置
防爆裝置是當(dāng)內(nèi)部壓力升高至一定的數(shù)值時(shí)發(fā)生動(dòng)作，使油箱內(nèi)部壓力向外部釋放的裝置，用于保護(hù)油箱和散熱器。
3.3 電氣類檢測(cè)裝置
1）差動(dòng)繼電器
差動(dòng)繼電器的動(dòng)作原理是：在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)分別安裝了按變壓器匝數(shù)比選定的電流互感器，利用變壓器產(chǎn)生匝間短路之類事故時(shí)所引起的電流差值，使繼電器動(dòng)作。因此，變壓器運(yùn)行中如果差動(dòng)繼電器發(fā)生動(dòng)作，一般都是匝間短路之類內(nèi)部故障。
2）過(guò)電流繼電器
這是在電力設(shè)備或線路發(fā)生短路事故，或者過(guò)負(fù)荷時(shí)進(jìn)行保護(hù)的繼電器。如果設(shè)備外部線路沒有相間短路，也沒有過(guò)負(fù)荷，就應(yīng)考慮是變壓器內(nèi)部短路。
檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障的其他方法還有分析溶于油中的氣體的方法，看溫度計(jì)的指示有否異?；蚋鶕?jù)內(nèi)部有否異常聲音而進(jìn)行檢查的方法等。
3.4 利用儀器儀表檢測(cè)診斷故障
保護(hù)繼電器動(dòng)作時(shí)或從外面觀察認(rèn)為內(nèi)部有異常時(shí)，首先應(yīng)查清當(dāng)時(shí)噴油的程度、響聲大小與部位，保護(hù)繼電器動(dòng)作狀態(tài)，負(fù)責(zé)情況和電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀等情況作為參考。同時(shí)通過(guò)變壓器的電氣試驗(yàn)，油中的含氣分析，變壓器總的絕緣性能試驗(yàn)，絕緣油試驗(yàn)等進(jìn)行綜合分析，以便對(duì)故障的部位和程度作出一定的檢測(cè)，都需要用專用儀器儀表進(jìn)行檢測(cè)診斷。
3.5 變壓器油中的氣體類別
氣相色譜法是對(duì)變壓器油中可燃性氣體進(jìn)行分析的最切實(shí)可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測(cè)量?jī)蓚€(gè)過(guò)程。將絕緣油中的氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等氣體從油中脫出并經(jīng)分析，證明它們的存在及含量，即可反映出產(chǎn)生這些氣體的故障類型和嚴(yán)重程度。油在正常老化過(guò)程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油絕緣中存在局部放電時(shí)（如油中氣泡擊穿），油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。在故障溫度高于正常運(yùn)行溫度不多時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷（CH4），隨故障溫度的升高，乙烯（C2H2）和乙烷（C2H6）逐漸成為主要物征氣體；當(dāng)溫度高于1000℃時(shí)（如在電弧弧道溫度300℃以上），油裂解產(chǎn)生的氣體中含有較多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固體絕緣材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）等。
