张 伟

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

工厂变电站主变压器维护措施探讨与分析

张 伟

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

电力主变压器是电力配送网络中的关键设备，也是导致电力系统事故最多的设备之一，变电站主变压器的运行状态直接影响供电安全水平。日常运行中为了降低主变压器对供电系统的影响，应当对主变压器采取系统的维护措施。通过对贵冶1#变电站3#主变压器内部故障的分析，找出故障发生的原因，并形成有针对性的维护措施，确保了主变压器的稳定运行。

主变压器；故障分析；绝缘下降；绝缘纸强度；预防措施；保养措施

1 引言

电力变压器是变电站的核心设备，也是工厂供电的“心脏”，在工厂供电中有着至关重要的作用。而变压器绝缘的下降对电力变压器的寿命又起着决定性的作用，绝缘强度的下降甚至会引起运行中电力变压器的瘫痪。某工厂目前拥有8台110kV电力变压器，担负着全厂所有设备的用电需求。其中， 1#变电站拥有2台容量为50000kVA电力变压器和2台容量为31500kVA的电力变压器，总容量163000kVA，担负工厂一系统的安全供电；而2#变电站拥有4台容量为40000kVA的电力变压器，总容量为160000kVA，担负着工厂二系统的安全供电。某日，1#变电站的3#主变发生了故障。

2 故障经过及分析

3#主变运行中突发故障，差动保护动作，高低侧开关跳闸，2s后，3#主变本体重瓦斯保护动作，再过6s后，3#主变本体轻瓦斯报警。对3#主变做好安全措施后，检修人员对其进行了检查，发现本体瓦斯继电器内部液面下降，有大量气体存在。随后检修人员妥善收集了3#主变瓦斯继电器内部的气体并对3#主变本体做了常规电气试验，对比各项试验结果均正常，变压器油耐压试验也正常。

2.1 保护装置分析

3#主变差动保护跳闸，并伴随重瓦斯保护动作，基本可以判断主变内部有放电故障，从保护装置数据（保护装置数据见表1）分析，高压侧A相电流达927A，是正常电流的4～5倍，基本判断可能为A相匝间短路。

表1 差动和高后备保护装置动作数值

从保护动作顺序分析，先差动保护动作、再重瓦斯保护动作、最后才轻瓦斯报警，说明这个故障是内部绝缘瞬间被击穿所发生的。

2.2 3#主变运行及检修情况分析

1#变电站的3#主变是保定某变压器厂生产的，容量50000kVA，110kV变6kV，1997年12月份投运至今，运行情况良好，从未因主变内部故障而跳闸，近两年来，3#主变所带负荷均未超35000kVA，负载率不超过70%，均在主变运行规程之内。

调取3#主变近段时间的运行数据（电流、电压、功率、油温等），均未发现异常，同时查看了班组设备点检记录，各项参数正常。检修正常。

通过查看检修记录我们可以发现，3#主变从投入运行至今，每两年都进行过至少一次常规检修和试验，并在2003年、2009年和2011年各进行过一次吊罩大修。均未发现任何与本次故障有关问题（2009年吊罩大修发现有载调压开关触头轻微碳化，遂与2011年吊罩更换）。由此得出判断：从变压器投运至今，变压器各项外部和电气参数正常，未发现重大隐患或故障。

2.3 变压器内部绝缘分析

电力变压器内部的绝缘由变压器油、缠绕在绕组上的绝缘纸、绝缘胶木、绝缘垫层、绝缘紧固夹件、铁芯硅钢片之间的绝缘涂层等共同构成。绝缘纸包裹缠绕在各绕组以及引出线的相间与匝间（如图1所示）与变压器内部的其他绝缘构件和绕组共同浸在绝缘的变压器油中，这样不仅提高了变压器内部的绝缘水平，在变压器运行时，内部变压器油的流动也为变压器内部的散热起到了重要的作用。变压器的内部故障尤其是短路故障主要是由于变压器内部绝缘材料的耐压水平下降引起的。

图1 绕组端部包裹着的绝缘纸

我们进一步对3#主变变压器油及瓦斯继电器中的气体做了气相色谱分析［1］，发现各项指标超标较多（化验报告如表2所示）。

表2 3#主变故障后的变压器油色谱分析报告（左）和瓦斯继电器内气体色谱分析报告（右）

根据三比值分析法［2］得出的结论为3#主变内部发生了低能放电或电弧放电故障。

接下来对3#主变吊罩解体检查后，确定是A相调压线圈匝间短路，并有明显的放电点，同时因电动力作用A相调压线圈上下部均有扭曲变形的现象。如图2所示。

图2 圈内所示为绝缘故障击穿放电点和绕组扭曲变形

根据3#主变运行及检修状况、保护动作情况、试验数据以及吊罩检查等综合分析：引起3#主变差动保护跳闸的直接原因是A相调压线圈匝间短路。通过数据分析，我们试图还原故障发生的机理和保护装置动作的大概情况：

首先，变压器内部绝缘下降到临界值后由于某种原因，内部绝缘被击穿，变压器内部产生瞬间的放电现象和电气机械冲击，绕组受到瞬间的机械冲击力而发生扭曲变形，变压器内部的绝缘油受到电弧放电而分解并产生大量的气体，差动保护第一时间检测到电气量的故障，因此首先动作。同时因为电弧放电产生大量的热量导致内部的变压器油急速膨胀，变压器内部压力剧增。重瓦斯继电器感应到油流达到设定值后随即动作。之后由于重力和浮力等因素，内部产生的气体聚集在瓦斯继电器内，导致瓦斯继电器内部油面下降，这时轻瓦斯动作。通过吊罩解体检查，我们发现其实绕组受到冲击后只是变形和扭曲，并没有直接熔融在一起，因此当两侧开关断开后，随着油流的变化，绕组间的绝缘得到部分恢复，因此我们事后对3#主变所做的各项常规电气试验都显示正常也就不奇怪了。

3 变压器绝缘下降的原因分析和检查方法

变压器绝缘耐压水平降低的主要因素是内部绝缘纸的耐压水平下降［3］。从形成原因来看绝缘纸耐压水平下降的原因有三种，一是温度因素导致绝缘纸分解加速形成的耐压水平下降；二是机械力的冲击导致绝缘纸的纤维度破坏进而产生裂痕或气隙形成的绝缘耐压水平下降；三是水分包括变压器油中的水分被绝缘纸吸收促进了绝缘纸的分解加速了绝缘水平下降。

当然，绝缘纸的绝缘下降并不是以上单个因素的作用而引起的，在变压器的运行过程中，绝缘纸往往受到多个因素的综合作用。比如：绝缘纸长期受热发生缓慢的裂解反应，失去了部分机械性能，而在机械应力和电气冲击震动的作用下，绝缘纸开裂或产生气隙，甚至由于电气冲击作用，整个绕组发生位置偏移导致绝缘间距缩小等最终引起绝缘下降，缩短变压器的使用寿命，严重甚至直接导致变压器的报废。

3.1 定期对变压器油进行气相色谱分析

变压器油的气相色谱分析也是监控变压器绝缘下降的一种有效手段。对发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏而有效。定期对运行中的变压器油进行气相色谱分析并做好相关记录，形成资料文件并依此对变压器内部绝缘下降的劣化程度及时做出判断。

变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质，并分解出极少量的气体。当变压器内部发生过热性故障、放电性故障或内部绝缘受潮时，这些气体的含量会逐渐增加。油色谱分析的原理是在特定温度下，有某一种气体的产气率会出现最大值；随着温度的升高，产气率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2。由此根据不同气体产气率的升高，我们即可判断变压器运行中的内部状况。对应这些故障所增加含量的气体成分见表3。

表3 不同绝缘故障气体成分的变化

根据色谱分析进行变压器内部故障诊断时，应包括：

（1）分析气体产生的原因及变化。

（2）判断有无故障及故障类型。如过热、电弧放电、火花放电和局部放电等。

（3）判断故障的状况。如热点温度、故障回路严重程度及发展趋势等。

（4）提出相应的处理措施。如能否继续进行，以及运行期间的技术安全措施和监视手段，或是否需要吊心检修等。若需加强监视，则应缩短下次试验的周期。

这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分上升至绝缘油表面，并进入气体继电器。经验表明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关。因此在设备运行过程中，定期测量溶解于油中的气体成分和含量，并及时做出分析对了解变压器的内部运行情况和内部绝缘下降有着显著的成效。

The waiter did not understand. “What do you mean?” he asked.

3.2 测定绝缘纸抗张强度和聚合度

测定绝缘纸的抗张强度和聚合度是估算其绝缘老化程度最直接的方法。绝缘纸在各温度下分别老化14天的绝缘强度如表4所示。而在153℃下分别老化3、7、14和21天，结果如表5所示。

表4 绝缘纸在不同温度下老化14天后抗拉强度对比

表5 绝缘纸在不同温度下老化14天后抗拉强度对比

绝缘纸的抗张强度随温度的升高和时间的延长而降低， 通过测定绝缘纸的抗张强度可估算它的老化程度。绝缘纸中饱和纤维分子的数目就是绝缘纸的聚合度。测量聚合度也是确定变压器老化程度的一种方法。但是这两种方法的取样需要将主变停电吊芯，并且变压器内部绝缘纸都在关键部位，取样难度非常大，并且要有原始测试资料进行对比，在我们平常的维护中很难实现。

3.3 测定变压器油的糠醛浓度反应变压器的绝缘下降。

在变压器运行过程中， 绝缘纸纤维素降解除了产生CO和CO2外， 还产生具有呋喃结构的物质［4］，主要有糠醛、5-羟甲基-2-糠醛、5-甲基-2-糠醛、2-乙酰基呋喃、糠酸和糠醇6种，如图 3 所示。因此利用高效色谱测定绝缘油中的糠醛浓度来判断绝缘纸的绝缘老化程度是一种最普遍也最可行的方法。

图3 绝缘纸中纤维素降解产生的六种糠醛物质

利用测定变压器油中糠醛含量的方法判断变压器使用寿命有很多优点：

（1）取样方便，不需要停电，用油量少，一般只需要十几毫升。

（2）变压器可以照常运行，对供电和运行无影响。

（4）糠醛为高沸点液态物质，不易逸散损失，检测结果能真实准确反映实际情况。

（5）针对性强，变压器油的老化不产生糠醛。

（6）测量的重复性和进度都比较高。

因此对变压器油中的糠醛浓度进行检测并与之前的检测数据对比，可以及时了解和掌握变压器内部纸质绝缘下降程度。在《电力设备预防性试验规程》中对糠醛含量的检测做了相应的规范［5］。如表6所列。

表6 变压器油中糠醛含量指标

4 预防变压器绝缘老化的维护和保养措施

根据以上分析，为了预防变压器绝缘的下降，在平常的运行维护中，应做好以下措施：

（1）变电站运行人员应当根据变压器运行负荷情况和温升情况，科学合理的分配站内各变压器的负载［6］，尽可能保持各变压器负载均匀，不超过容量的80%。同时对各变压器的高负荷运行和夏季高温运行制定切实有效的降温措施，如加装外接散热风机等。

（2）运行中应当尽量减少对变压器的电气冲击以降低内部绝缘受到机械应力作用。电气冲击一般发生在变压器所在的供电系统，因此变压器所在供电系统的安全稳定直接影响变压器是否受到电气冲击。所以在工厂供电或电力系统供电中，要严格规范系统用电安全，降低电力系统大电流冲击对变压器的影响。

（3）运行管理中密切监视变压器的负荷情况，在后台监控系统中设定变压器过负荷报警和高负荷预警信号，当变压器高负荷预警信号启动后，应检查变压器散热风机已正常投入运行。

（4）变压器少量过负荷超过15min后，宜采取倒闸操作等方式转移或降低部分负荷。

针对变压器运行寿命的有关条件，我们总结了一些建议：

（1）定期对变压器的各种电气保护装置进行维护试验，确保保护装置的可靠运行。一般以一年为一个周期，根据工厂生产情况可以同步到工厂年修时进行。

（2）从变压器投运开始，每一年对变压器油进行耐压试验和糠醛浓度检测（色谱分析），及时掌握变压器内部绝缘下降的程度；条件允许时可以考虑加装变压器油色谱在线监测系统。

（3）严密监视，加强电力系统的设备巡检力度，及时排除影响系统运行的各种安全隐患，保障电力系统安全稳定运行。

（4）变压器的过负荷直接作用于散热风机启动；夏季高温导致变压器温度过高时宜采取在变压器周围加装外接散热风机等措施加强对变压器的降温工作。

（5）吊芯过程中发现绕组有偏移等情况时要尽可能调整纠正，以免进一步偏移导致绝缘纸破裂和绝缘距离下降。吊芯时在条件允许的情况下可对变压器内部绕组上的绝缘纸进行抗张强度和聚合度的检测。内部绝缘纸和变压器油免不了与空气接触吸收空气中的水分等因子。因此吊芯检查的天气环境需要严格按照规程来执行。并且吊芯完成后要根据变压器油的情况加强对变压器油的滤油工作，以图改善变压器内部绝缘。

5 结语

电力变压器内部故障的根本原因是长期运行中的高温、高负荷以及复杂的运行环境等多因素导致的。在日常工作中，依据对变压器的温度、声音、油位、绝缘测定以及其它现象对电力变压器故障进行的判定，只能作为变压器故障的初步判定。因为，变压器的内部故障不是一种单一的直观反映，其中涉及诸多复杂因素，甚至有时还会出现信以为真的假象。因此在判断故障时，必须结合电气试验、油质分析、设备检修、运行状况等进行全面的综合分析，对故障的原因、部位、部件或绝缘的损坏程度等做出准确判定，才能制定出合理的维护保养措施。严格执行变压器运行管理规程，对延缓变压器绝缘寿命下降有着至关重要的作用。

［1］麻亚玲， 董谊春， 腾达. 基于气相色谱法的变压器状态判断分析［J］.内蒙古电力技术， 2015， 33（4）：27-30.

［2］变压器油中溶解气体分析和判断导则 GB/T7252-2001.

［3］廖瑞金， 吴伟强， 张福州， 等. 复合胺类化合物对油纸系统中绝缘纸热老化特性的影响［J］. 高电压技术， 2015， 41（6）：1 891-1 897.

［4］蔡胜伟， 周翠娟， 陈江波， 等. 电力变压器用天然酯-纸绝缘热老化电气性能研究［J］. 变压器， 2015， 52（5）：52-56.

［5］电力设备预防性试验规程 DL/T 596-1996.

［6］梁伟锋. 变压器的常见故障处理与维护措施之我见［J］. 江西建材，2014（8）：221-221.

Discussion and Analysis of Main Transformer Maintenance Measures in Transformer Substation

ZHANG Wei
（Guixi Smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424 Jiangxi， China）

The main transformer is the key equipment in power distribution network， also is one of the equipment which most easily to cause the power system accidents. The operating state of main transformerin substation directly affect the level of power supply security.In order to reduce the influence to the main transformer on the power supply system， the maintenance measures of the main transformer should be taken in the daily operation.Through the analysis of the internal fault of 3# main transformer in 1# substation， the cause of the fault is found out and targeted maintenance measures are formed to ensure the stable operation of the main transformer.

main transformer；fault analysis；insulation decline；insulation paper strength；preventive measures；maintenance measures

TM411.2

B

1009-3842（2016）05-0080-05

2016-03-23

张伟（1984-），男，安徽黄山人，主要从事变电站运行与设备维护工作。E-mail： 276960137@qq.com