變壓器線圈燒壞或脫落的幾種原因分析
摘 要：針對配電變壓器事故率高的現(xiàn)象，著重分析了配電變壓器燒壞的幾種主要原因，提出了具體的防范措施，為防止發(fā)生配電變壓器燒毀故障提供借鑒。?
在電力系統(tǒng)中，配電變壓器占據(jù)著極其重要的地位，一旦燒壞，將直接或間接地給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的正常生活帶來損失。
1 原因分析
1.1 絕緣性能超標(biāo)
1.1.1 變壓器電流激增
隨著城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造的深入，城市和農(nóng)村的用電量都有了很大程度的增加，但由于部分低壓線路維護(hù)不到位，發(fā)生過負(fù)荷和短路的可能性大大增加，以致變壓器的電流超過額定電流幾倍甚至幾十倍，此時，繞組受到電磁力矩較大影響而發(fā)生移位變形。由于電流的劇增，配電變壓器的線圈溫度迅速升高，導(dǎo)致絕緣加速老化，形成碎片狀脫落，使線體裸露而造成匝間短路，燒壞配電變壓器。?
1.1.2 繞組絕緣受潮
此故障主要因絕緣油質(zhì)不佳或油面降低導(dǎo)致。
a.變壓器未投入前，潮氣侵入使絕緣受潮;或者變壓器處于潮濕場所、多雨地區(qū)，濕度過高。
b.在儲存、運(yùn)輸、運(yùn)行過程中維護(hù)不當(dāng)，水分、雜質(zhì)或其他油污混入油中，使絕緣強(qiáng)度大幅降低。
c.制造時，繞組內(nèi)層浸漆不透，干燥不徹底，繞組引線接頭焊接不良、絕緣不完整導(dǎo)致匝間、層間短路。配電變壓器繞組損壞部分發(fā)生在一次側(cè)，主要是匝間、層間短路或繞組對地，在達(dá)到或接近使用年限時，絕緣自然枯焦變黑，失去絕緣性。
d.絕緣老化或油面降低 某些年久失修的老變壓器，因種種原因致使油面降低，絕緣油與空氣接觸面積增大，加速空氣中水分進(jìn)入油面，減低絕緣強(qiáng)度。當(dāng)絕緣降低到一定值時，發(fā)生短路。因此，運(yùn)行中的配電變壓器一定要定期進(jìn)行油位檢測和油脂化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。
1.2 無載調(diào)壓開關(guān)
1.2.1 分接開關(guān)裸露受潮
將軍帽、套管、分接開關(guān)、端蓋、油閥等處滲漏油，使分接開關(guān)裸露在空氣中，逐漸受潮。因?yàn)榕潆娮儔浩鞯挠蜆?biāo)指示設(shè)在油枕中部，且變壓器箱體到油枕內(nèi)的輸油管口已高出油枕底部25 mm以上。變壓器在運(yùn)行中產(chǎn)生的碳化物受熱后又產(chǎn)生油焦等物質(zhì)將油標(biāo)呼吸孔堵塞，少量的變壓器油留在油標(biāo)內(nèi)，在負(fù)荷、環(huán)境溫度變化時，油標(biāo)管內(nèi)的油位不變化，容易產(chǎn)生假油面而不重視加油。裸露的分接開關(guān)絕緣受潮一段時間后性能下降，導(dǎo)致放電短路，損壞變壓器。
1.2.2 高溫過熱
變壓器油主要是對繞組起絕緣、散熱和防潮作用。變壓器中的油溫過高，將直接影響變壓器的正常運(yùn)行和使用壽命。正常運(yùn)轉(zhuǎn)中的變壓器分接開關(guān)，長期浸在高于常溫的油中，特別是偏遠(yuǎn)農(nóng)村的線路長，電壓降大，使分接開關(guān)長期運(yùn)行于過負(fù)荷狀態(tài)，會引起分接開關(guān)觸頭出現(xiàn)碳膜和油垢，觸頭發(fā)熱后又使彈簧壓力降低，特別是觸環(huán)中彈簧，由于材料和制造工藝差，彈性降低很快;或出現(xiàn)零件變形，分接開關(guān)的引線頭和接線螺絲松動等情況，即使處理，也可能使導(dǎo)電部位接觸不良，接觸電阻增大，產(chǎn)生發(fā)熱和電弧燒傷，電弧還將產(chǎn)生大量氣體，分解出具有導(dǎo)電性能的碳化物和被熔化的銅粒，噴涂在箱體、一/二次套管、繞組層間、匝層等處，引起短路，燒壞變壓器。
1.2.3 本身缺陷
分接開關(guān)的質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)不合理，壓力不夠，接觸不可靠，外部字輪位置與內(nèi)部實(shí)際位置不完全一致，引起動、靜觸頭位置不完全接觸，錯位的動、靜觸頭使兩抽頭之間的絕緣距離變小，并在兩抽頭之間發(fā)生短路或?qū)Φ胤烹?，短路電流很快就把抽頭線圈匝燒壞，甚至導(dǎo)致整個繞組損壞。?
1.2.4 人為原因?
部分電工對無載調(diào)壓開關(guān)的原理不清楚，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)壓不正確，導(dǎo)致動靜觸頭部分接觸等;安裝工藝差，對變壓器各部位緊固螺栓的檢查不仔細(xì)，造成變壓器箱體進(jìn)水，使分接開關(guān)絕緣、繞組絕緣受潮;運(yùn)行維護(hù)不到位，沒有嚴(yán)格執(zhí)行DL/T572-1995《變壓器運(yùn)行規(guī)程》，多數(shù)變壓器從安裝到變壓器燒毀期間，一直未進(jìn)行過常規(guī)維護(hù)與污垢處理，導(dǎo)致變壓器散熱條件變差而燒毀。
因此，在對配電變壓器進(jìn)行無載調(diào)壓后，為避免分接開關(guān)的接觸不良，需用直流電橋測試回路的完整性以及三相電阻是否均勻。
1.3 鐵芯多點(diǎn)接地
1.3.1 鐵芯接地原因
a.鐵芯夾板穿心螺栓套管損壞后與鐵芯接觸，形成多點(diǎn)接地，造成鐵芯局部過熱而損壞線圈絕緣。
b.鐵芯與夾板之間有金屬異物或金屬粉末，在電磁力的作用下形成“金屬橋”，引起多點(diǎn)接地。
c.鐵芯與夾板之間的絕緣受潮或多處損傷，導(dǎo)致鐵芯與夾板有多點(diǎn)出現(xiàn)低電阻接地。
1.3.2 鐵芯硅鋼片短路
雖然硅鋼片之間涂有絕緣漆，但其絕緣電阻小，只能隔斷渦流而不能阻止高壓感應(yīng)電流。當(dāng)硅鋼片表面上的絕緣漆因運(yùn)行年久，絕緣自然老化或損傷后，將產(chǎn)生很大的渦流損耗，增加鐵芯局部發(fā)熱，使高、低繞組溫升加劇，造成變壓器繞組絕緣擊穿短路而燒毀。因此，對配電變壓器應(yīng)定期進(jìn)行吊芯檢測，發(fā)現(xiàn)絕緣超標(biāo)時，及時處理。
1.4 雷擊與諧振
1.4.1 雷擊過電壓
配電變壓器的高低壓線路大多是由架空線路引入，在山區(qū)、林地、平原受雷擊的幾率較高，線路遭雷擊時，在變壓器繞組上將產(chǎn)生高于額定電壓幾十倍以上的沖擊電壓，倘若安裝在配電變壓器高低壓出線套管處的避雷器不能進(jìn)行有效保護(hù)或本身存在某些隱患，如避雷器未投入運(yùn)行或未按時進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，避雷器接地不良，接地線路電阻超標(biāo)等，則配電變壓器遭雷擊損壞將難以避免。
1.4.2 系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振
農(nóng)網(wǎng)中10 kV配電線路由于長短、對地距離、導(dǎo)線規(guī)格不一，從而具備形成過電壓的條件。在這些農(nóng)網(wǎng)中，小型變壓器、電焊機(jī)、調(diào)速機(jī)較多，使得10k V配電系統(tǒng)的某些電氣參數(shù)發(fā)生很大變化，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)諧振。每諧振一次，變壓器電流激增一次，此時除了造成變壓器一次側(cè)熔斷器熔斷外，還將損壞變壓器繞組。個別情況下，還會引起變壓器套管發(fā)生閃絡(luò)或爆炸。
1.5 二次側(cè)短路
當(dāng)變壓器發(fā)生二次側(cè)短路、接地等故障時，二次側(cè)將產(chǎn)生高于額定電流20～30倍的短路電流，而在一次側(cè)必然要產(chǎn)生很大的電流來抵消二次側(cè)短路電流的消磁作用，如此大的電流作用于高電壓繞組上，線圈內(nèi)部將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，致使線圈壓縮，其絕緣襯墊、墊板就會松動脫落，鐵芯夾板螺絲松弛，高壓線圈畸變或崩裂，導(dǎo)致變壓器在很短的時間內(nèi)燒毀。
1.6 一/二次熔體選擇不當(dāng)
配電變壓器一/二次通常采用熔絲保護(hù)，因?yàn)槿劢z是用于保護(hù)變壓器的一/二次出線套管、二次配線和變壓器的內(nèi)部線路，所以若熔斷電流選擇過大，將起不到保護(hù)作用。若熔斷電流選擇過小，則在正常運(yùn)行狀況下極易熔斷，造成用戶供電的中斷，此時，若三相熔絲只熔斷一相，則對用戶造成的危害更大。 因此，在正常使用中，熔絲的選擇標(biāo)準(zhǔn)為：一次側(cè)熔絲熔斷電流為變壓器一次額定電流的1.5～2倍;二次側(cè)熔絲熔斷電流為變壓器二次側(cè)額定電流。
1.7 其它
a.由于變壓器的一/二次側(cè)引出均為銅螺桿，而架空線路一般都采用鋁芯導(dǎo)線，銅鋁之間在外界因素的影響下，極易氧化腐蝕。在電離的作用下，銅鋁之間形成氧化膜，接觸電阻增大，使引線處銅螺桿、螺帽、引線燒毀。
b.套管閃絡(luò)放電也是變壓器常見異常之一。造成此種異常的原因有：制造中有隱傷或安裝中碰傷;膠珠老化滲油后遇到空氣中的導(dǎo)電金屬塵埃吸附在套管表面，當(dāng)遇到潮濕天氣、系統(tǒng)諧振、雷擊過電壓等，就會發(fā)生套管閃絡(luò)放電或爆炸。
c.在檢修或安裝過程中，緊固或松動變壓器引出線螺帽時，導(dǎo)電螺桿跟著轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致一次側(cè)線圈引線斷線或二次側(cè)引出的軟銅片相碰造成相間短路。在吊芯檢修時，有時不慎將線圈、引線、分接開關(guān)等處的絕緣破壞或工具遺留在變壓器內(nèi)。在變壓器上進(jìn)行檢修時，不慎跌落物件、工具砸壞套管，輕則發(fā)生閃絡(luò)，重則短路接地。
d.并聯(lián)運(yùn)行的配電變壓器在檢修、試驗(yàn)或更換電纜后未進(jìn)行逐一校相，隨意接線導(dǎo)致相序接錯，變壓器在投入運(yùn)行后將產(chǎn)生很大的環(huán)流，燒毀變壓器。
2 防范措施
配電變壓器燒壞的事故，有相當(dāng)部分是完全可以避免的，還有一些只要加強(qiáng)設(shè)備巡視，嚴(yán)格按章操作，隨時可以把事故消除在萌芽狀態(tài)。
2.1 投運(yùn)前檢測
配電變壓器投運(yùn)前必須進(jìn)行現(xiàn)場檢測，其主要內(nèi)容如下。
a.油枕上的油位計是否完好，油位是否清晰且在與環(huán)境相符的油位線上。過高，在變壓器投入運(yùn)行帶負(fù)荷后，油溫上升，油膨脹很可能使油從油枕頂部的呼吸器連接管處溢出;過低，則在冬季輕負(fù)荷或短時間內(nèi)停運(yùn)時，可能使油位下降至油位計看不到的位置。
b.蓋板、套管、油位計、排油閥等處是否密封良好，有無滲油現(xiàn)象。否則當(dāng)變壓器帶負(fù)荷后，在熱狀態(tài)下，會發(fā)生更嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。
c.防爆管(安全氣道)的防爆膜是否完好。
d.呼吸器的吸潮劑是否失效。
e.變壓器的外殼接地是否牢固可靠，因?yàn)樗鼘ψ儔浩髌鹬苯拥谋Ｗo(hù)作用。
f.變壓器一/二次出線套管及它們與導(dǎo)線的連接是否良好，相色是否正確。
g.變壓器上的銘牌與要求選擇的變壓器規(guī)格是否相符。例如各側(cè)電壓等級、變壓器的接線組別、變壓器的容量及分接開關(guān)位置等。
h.測量變壓器的絕緣，用1 000～2 500 MΩ表測量變壓器的一/二次繞組對地絕緣電阻(測量時，非被測量繞組接地)，以及一/二次繞組間的絕緣電阻，并記錄測量時的環(huán)境溫度，絕緣電阻的允許值沒有硬性規(guī)定，但應(yīng)與歷史情況或原始數(shù)據(jù)相比較，不低于出廠值的70%(當(dāng)被測變壓器的溫度與制造廠試驗(yàn)時的溫度不同時，應(yīng)換算到同一溫度進(jìn)行比較)。
i.測量變壓器組連同套管的直流電阻，根據(jù)GB50150-1991《電器裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》第6.0.2條的有關(guān)規(guī)定：配電變壓器各相直流電阻的相互差值應(yīng)小于平均值的4%，線間直流電阻的相互差值應(yīng)小于平均值的2%。
若以上檢查全部合格，則先將變壓器空投(不帶負(fù)荷)。檢查電磁聲有無異常，測量二次側(cè)電壓是否平衡。如平衡說明變壓器變比正常，無匝間短路，變壓器可以帶負(fù)荷正常運(yùn)行。
2.2 運(yùn)行中注意事項
a.在使用配電變壓器的過程中，一定要定期檢查三相電壓是否平衡，如嚴(yán)重失衡，應(yīng)及時采取措施調(diào)整。同時，應(yīng)經(jīng)常檢查變壓器的油位、油色，有無滲漏，發(fā)現(xiàn)缺陷及時消除，避免分接開關(guān)、線圈因受潮而燒壞。
b.定期清理配電變壓器上的污垢，檢查套管有無閃絡(luò)放電，接地是否良好，有無斷線、脫焊、斷裂現(xiàn)象，定期遙測接地電阻不大于4Ω，或者采取防污措施，安裝套管防污帽。
c.在接/拆配電變壓器引出線時，嚴(yán)格按照檢測工藝操作，避免引出線內(nèi)部斷裂。合理選擇二次側(cè)導(dǎo)線的接線方式，如采用銅鋁過渡線夾或線板等。在接觸面上涂上導(dǎo)電膏，以增大接觸面積與導(dǎo)電能力，減少氧化發(fā)熱。
d.推廣使用S9系列新型防雷節(jié)能變壓器或者在配電變壓器一/二次側(cè)裝設(shè)避雷器，并將避雷器接地引下線、變壓器的外殼、二次側(cè)中性點(diǎn)3點(diǎn)共同接地。堅持每年一次的年度預(yù)防性試驗(yàn)，將不合格的避雷器及時更換，減少因雷擊諧振而產(chǎn)生過電壓損壞變壓器。
e.在切換無載調(diào)壓開關(guān)時，每次切換完成后，首先應(yīng)測量前后2次直流電阻值，做好記錄，比較三相直流電阻是否平衡。在確定切換正常后，才可入使用，在各檔位進(jìn)行測量時，除分別做好記錄外，注意將運(yùn)行檔直流電阻放在最后一次測量。
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