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电力变压器在电厂有着很重要的作用, 然而, 由于其结构、工艺以及运行维护等多方面的原因, 变压器故障在电厂频繁发生, 大大影响了电厂的正常生产。因此, 加强变压器的定期维护, 采取切实有效的措施防止变压器故障的发生, 对确保变压器的安全稳定运行有重要的意义。
1 变压器常见的故障现象分类及原因
( 1) 变压器本身出厂时就存在的问题。如端头松动、垫块松动、焊接不良、铁心绝缘不良、抗短路强度不足等。
( 2) 线路干扰。线路干扰在造成变压器事故的所有因素中属于最重要的。主要包括: 合闸时产生的过电压, 在低负荷阶段出现的电压峰值,线路故障, 由于闪络以及其他方面的异常现象等。这类故障在变压器故障中占有很大的比例。因此, 必须定期对变压器进行冲击保护试验, 检测变压器抗励磁涌流的强度。
( 3) 由于使用不当造成的变压器绝缘老化的速度加快。一般变压器的平均寿命只有17.8 年, 大大低于预期为35～40 年的寿命。
( 4) 遭雷击造成过电压。
( 5) 过负荷。过负荷是指变压器长期处于超过铭牌功率工作状态下的变压器。过负荷经常会发生在发电厂持续缓慢提升负荷的情况下, 冷却装置运行不正常, 变压器内部故障等等, 最终造成变压器超负荷运行。由此产生过高的温度则会导致绝缘的过早老化, 当变压器的绝缘纸板老化后, 纸强度降低。因此, 外部故障的冲击力就可能导致绝缘破损, 进而发生故障。
( 6) 受潮: 如有洪水、管道泄漏、顶盖渗漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及绝缘油中存在水分等。
( 7) 没有进行正确的维护。
2 变压器运行中常见故障分析及处理措施
( 1) 绕组的主绝缘和匝间绝缘故障。变压器绕组的主绝缘和匝间绝缘是容易发生故障的部位。主要原因是: 由于长期过负荷运行、或散热条件差、或使用年限长, 使变压器绕组绝缘老化脆裂, 抗电强度大大降低;变压器多次受到短路冲击, 使绕组受力变形, 隐藏着绝缘缺陷, 一旦遇有电压波动就有可能将绝缘击穿; 变压器油中进水使绝缘强度大大降低而不能承受允许的电压, 造成绝缘击穿; 在高压绕组加强段处或低压绕组部位, 由于绝缘膨胀, 使油道阻塞, 影响了散热, 使绕组绝缘由于过热而老化, 发生击穿短路; 由于防雷设施不完善, 在大气过电压作用下, 发生绝缘击穿。
( 2) 变压器套管故障。主要是套管闪络和爆炸, 变压器高压侧一般使用电容套管, 由于套管瓷质不良或者有沙眼和裂纹, 套管密封不严, 有漏油现象; 套管积垢太多等都有可能造成闪络和爆炸。
( 3) 铁心绝缘故障。变压器铁芯由硅钢片叠装而成, 硅钢片之间有绝缘漆膜。由于硅钢片紧固不好, 使漆膜破坏产生涡流而发生局部过热。同理, 夹紧铁心的穿心螺丝、圧铁等部件, 若绝缘损坏也会发生过热现象。此外, 若变压器内残留有铁屑或焊渣, 使铁芯两点或多点接地, 都会造成铁芯故障。
( 4) 分接开关故障。变压器分接开关是变压器常见故障之一。由于开关长时间靠压力接触, 会出现弹簧压力不足, 使开关连接部分的有效接触面积减小, 以及接触部分镀银层磨损脱落, 引起分接开关在运行中发热损坏。分接开关接触不良, 经受不住短路电流的冲击而造成分接开关烧坏而发生故障; 在有载调压的变压器, 分接开关的油箱与变压器油箱一般是互不相通的。若分接开关油箱发生严重缺油, 则分接开关在切换中会发生短路故障, 使分接开关烧坏。
( 5) 瓦斯保护故障。瓦斯保护是变压器的主保护, 轻瓦斯作用于信号, 重瓦斯作用于跳闸。下面分析瓦斯保护动作的原因及处理办法: 第一, 轻瓦斯保护动作后发出信号。其原因是: 变压器内部有轻微故障; 变压器内部存在空气; 二次回路故障等。运行人员应立即检查, 如未发现异常现象, 应进行气体取样分析。第二, 瓦斯保护动作跳闸时, 可能变压器内部产生严重故障, 引起油分解出大量气体, 也可能二次回路故障等。出现瓦斯保护动作跳闸, 应先投备用变, 然后进行外部检查。检查油枕防爆门, 各焊接缝是否裂开, 变压器外壳是否变形; 最后检查气体的可燃性。
( 6) 变压器自动跳闸的处理。当变压器各侧断路器自动跳闸后, 首先将跳闸断路器的控制开关操作至跳闸后的位置, 并迅速投入备用变压器, 调整运行方式和负荷分配, 维持运行系统和设备处于正常状态。再检查保护动作情况, 进行外部检查。经检查不是内部故障而是由于外部故障( 穿越性故障) 或人员误动作等引起的, 则可不经内部检查即可投入送电。如属差动、重瓦斯、速断等主保护动作, 应对该保护范围内的设备进行全部检查。在未查清原因前, 禁止将变压器投入运行。
( 7) 变压器着火也是一种危险事故。由于变压器套管的破损或闪络,使油在油枕油压的作用下流出, 并在变压器顶盖上燃烧; 变压器内部发生故障, 使油燃烧并使外壳破裂等。因变压器有许多可燃物质, 不及时处理可能引起爆炸或使火灾扩大。发生这类事故时, 变压器保护应动作使断路器断开。若因故断路器未断开, 应手动立即断开断路器, 拉开可能通向变压器电源的隔离开关, 并迅速投入备用变, 恢复供电, 停止冷却设备的运行, 进行灭火。变压器灭火时, 最好用泡沫式灭火器或者干粉灭火器, 必要时可用沙子灭火。
3 变压器的正常运行的巡视
为了解变压器的运行状态, 应定期检查变压器的运行情况, 以便在变压器有异常情况发生时能及早发现、及时处理。变压器的巡视检查项目有: 第一, 检查变压器声音是否正常。第二, 检查油枕和充油套管的油位、油色是否正常, 各部位有无渗漏油现象。第三, 变压器的上层油温是否正常。变压器冷却方式不同, 其上层油温也不同, 但上层油温不应超过规定值。运行人员巡视检查时, 除应注意上层油温不超过规定值以外, 还应根据当时的负荷情况、环境温度及冷却装置投入情况, 与以往数据进行比较, 以判明温度升高的原因。第四, 检查变压器套管是否清洁, 有无破损、裂纹和放电痕迹。第五, 检查引线接头接触是否良好。各引线接头应无变色、无过热、发红等现象。接头接触处的示温片应无溶化现象。用红外线测温仪测试, 接触处温度不得超过70 ℃。第六, 检查呼吸器是否正常完好, 硅胶是否有变色现象, 如果硅胶失效应及时更换。第七, 防爆隔膜应完好无破裂。第八, 变压器的冷却器应运行正常。投入的冷却器数目是否正确, 油泵和风扇运行是否正常, 有无异音, 油流指示器是否指示在“流动位置”。第九, 检查气体继电器。第十, 检查变压器铁芯接地线和外壳接地线, 接地应良好, 无断线。第十一, 检查调压分接头位置是否正确。第十二, 天气有变化时, 应重点进行特殊检查。大风时, 检查引线有无剧烈摆动, 变压器顶盖、套管引线处应无杂物; 大雪天, 各部触点在落雪后, 不应立即融化或有放电现象; 大雾天,各部有无火花放电现象等。
4 变压器日常的维护工作
变压器日常的维护工作包括: 第一, 检查套管和磁裙的清洁程度并及时清理, 保持磁套管及绝缘子的清洁, 防止发生闪络。第二, 冷却装置运行时, 应检查冷却器进、出油管的蝶阀在开启位置; 散热器进风通畅,入口干净无杂物; 检查潜油泵转向正确, 运行中无异音及明显振动; 风扇运转正常; 冷却器控制箱内分路电源自动开关闭合良好, 无振动及异常声音; 冷却器无渗漏油现象。第三, 保证电气连接的紧固可靠。第四, 定期检查分接开关, 并检查触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。第五, 每3 年应对变压器的线圈、套管以及避雷器进行检测。第六, 每年检查避雷器接地的可靠性, 避雷器接地必须可靠, 而引线应尽可能短。旱季应检测接地电阻, 其值不应超过5 Ω。第七, 更换呼吸器的干燥剂和油浴用油。第八, 定期试验消防设施。
5 变压器工作中需要注意的问题
( 1) 渗漏处理。变压器的渗漏分油侧渗漏和气侧渗漏两种, 通常所说的渗漏油, 是油箱( 或套管) 内的油向大气中渗漏, 属于油侧渗漏; 大气向油箱或套管内渗漏, 则为气侧渗漏。凡是充有油的部分, 均可能发生油侧渗漏。油侧渗漏的特征是渗漏处出现残油痕迹, 污染变压器的外观形象。当渗漏处的油压大于油溶液( 污染了的油) 的渗透压时, 大气中的水分、气体和其他杂质不能侵入油箱内部; 当渗漏处的油压小于油溶液的渗透压时, 发生分子间的互相渗透, 大气中的水分、气体和其他杂质便可能侵入油箱内部。气侧渗漏发生在变压器内存有气体的部位, 如高压套管穿缆铜管的上端、安全气道的油面以上部分, 带油运输变压器顶部留的气腔, 储油柜油室的上部, 强油循环的负压区, 套管储油柜的上部。气侧渗漏的特点是由于存留气体的热胀冷缩, 在渗漏处进行“呼吸”。在吸进大气时把大气中的水分、气体和其他杂质吸进油箱或套管的内部。特别是雨雪天气, 一次就可能吸进许多水分, 引起绝缘局部受潮, 使绝缘的耐压强度下降, 导致击穿放电。由于气体渗漏不像渗漏油那样留有痕迹, 肉眼不能发现, 所以引发事故的几率很大, 后果特别严重。变压器或套管的油纸绝缘, 是被密封后与大气隔离的绝缘。由于“它的电气强度和大气条件无关”, 所以属于“内部绝缘”。当发生气侧渗漏或油侧渗漏, 其电气强度和大气条件有关。因此变压器或套管的渗漏, 是对内部绝缘的一种破坏。渗漏引起的绝缘强度下降, 甚至丧失, 则是对内部绝缘更为严重的破坏。
( 2) 胶袋密封油枕的维护。为了减缓变压器油的氧化, 在油枕的油面上放置一个隔膜或胶囊( 又称胶袋) , 胶囊的上口与大气相通, 而使油枕的油面与大气完全隔离, 胶囊的体积随油温的变化增大或减小。在油枕加油时, 应注意尽量将胶囊外面与油枕内壁间的空气排尽, 否则, 会造成假油位及瓦斯继电器动作, 故应全密封加油。油枕加油时, 应注意油量及进油速度要适当, 防止油速太快, 油量过多时, 可能造成防爆管喷油, 压力释放器发信号或喷油。
( 3) 净油器的运行维护。在变压器箱壳的上部和下部, 各有一个法兰接口, 在此两法兰接口之间装有一个盛满硅胶或活性氧化铝的金属桶。其维护工作主要有: 变压器运行时, 检查净油器上下阀门在开启位置, 保持油在其间的通畅流动。净油器内的硅胶较长时间使用后应进行更换,换上合格的硅胶。净油器投入运行时, 先打开下部阀门, 使油充满净油器, 并打开净油器上部排气小阀, 使其内空气排出, 当小阀门溢油时, 即可关闭小阀门, 然后打开净油器上阀门。
6 结语
变压器能否正常运行不但取决于变压器结构设计和制造工艺, 而且与日常的运行、维护管理等方面有很大关系, 变压器故障对电网系统的运行危害极大, 为避免事故的发生, 应加强日常运行巡视管理和制订有效的维护措施, 以保证变压器的安全稳定运行。
