变压器过热原因分析及故障诊断

变压器过热故障是常见的多发性故障，对变压器的安全运行带来严重威胁，因此引起现场的广泛关注。

变压器过热的原因

⑴绕组过热

近十几年来，为降低变压器损耗，各制造厂先后采用了带有统包绝缘的换位导线绕制变压器绕组。由于早期国内对换位导线生产技术尚未全面掌握，使之采用换位导线的变压器在运行十年左右出现了统包绝缘膨胀。段间油道堵塞、油流不畅，匝绝缘得不到充分冷却，使之严重老化，以致发糊、变脆，在长期电磁振动下，绝缘脱落，局部露铜，形成匝间(段间)短路，导致变压器烧损事故。例如，东北电网某台240MVA的升压变压器，正常运行负荷率为90%左右，上层油温一般不超过70℃。1988年以来，对该变压器进行糠醛分析，发现绝缘有老化现象。运行中油色谱分析表明， CO和 CO2的绝对值及增长率均比较高。1992年6月在正常运行中，主变压器轻、重瓦斯保护动作，防爆筒喷油，吊出高压绕组检查后发现：故障发生在 A相低压绕组下数第3～4段最外一组换位导线，有数根烧熔。经进一步检查，发现低压绕组上、下两端 l～5段均有烧焦痕迹，并有露铜现象。导线段间绝缘纸均已烧糊，第6～8段绝缘呈深红色。此单半螺旋绕组半螺旋处1.5mm油道已全部堵死，4.5mm油道也仅能插进1.4mm纸板。

另外，绕组材料本身的质量不良，也会导致过热现象。例如，某局的一台 SF7一8000/35型变压器，1994年安装并投运后发现：该变压器所带的负荷与5600kVA变压器相同的情况下，其温度比5600kVA的变压器高10℃左右，在环境温度高于5℃时，只要变压器投人，不论负荷大小(最大负荷4500kW〕，风扇电机一直启动(启动风扇温度整定为50℃，此时变压器油温高于50℃)，这说明该变压器一直存在隐性过热故障。吊罩后，解体拔包检查发现，B相低压侧绕组第 l、4饼有明显过热现象，绝缘纸已变为暗褐色，拆开检查，发现匝间有小毛刺漏铜点，但匝间并没有完全短路，所以，故障电流并不大，缓慢发热，以致油温升高。

⑵分接开关动、静触头接触不良

在有载调压变压器中，特别是调压频繁、负荷电流较大的变压器，在频繁的调动中会造成触头之间的机械磨损、电腐蚀和触头污染，电流的热效应会使弹簧的弹性变弱，从而使动、静触头之间的接触压力下降。接触压力减小，会使触头之间的接触电阻增大，从而导致触头之间的发热量增大，由于发热又加速触头表面的氧化腐蚀和机械变形，形成恶性循环，如不及时处理，往往会使变压器发生损坏事故。例如，某化工厂的800OkVA有载整流变压器，由于疏忽了有载分接开关粗调部分的接触问题，接触电阻不断增大、发热，逐渐形成动、静触头之间的金属熔化、蒸发，环氧树腊绝缘支架碳化，最后在调压过程中起弧引起相间短路，变压器爆炸起火，而发生变压器损坏事故。

在无载调压变压器中，分接开关接触不良，也会使其触头表面腐蚀、氧化，或触头之间的接触压力下降使接触电阻增大，而形成变压器的过热性故障。例如某局的一台35kV、18MVA变压器，曾发生过因分接开关接触不良、发热，最后导致变压器分接开关烧流，变压器气体继电器动作，迫使变压器停运。

⑶引线故障

①引线分流故障

这种故障较多，东北电网1989～1993年的统计，约占总故障的10%。这些故障多发生在66kV套管上，一方面66kV侧电流较大，另一方面66kV引线大多不是直顺套管方向进入导管，因此，未包任何绝缘的引线与导管接触，造成分流，产生热故障。其原因如下：引线电缆外表半叠包的白布带，经过制做中工序的传递和引线装配，多数已不紧密和不完整。某些制造厂，甚至完全不要这一层白布带。而对较长的引线，在装配时，如电缆施压后造成裸铜绞线与套管的铜管内壁靠接，这就形成了一个闭合回路。当引线中通过电流时，引线周围便有磁场且有磁通，引线的交变电流产生交变磁通，即会在这个回路中感应出电势。由于大容量变压器每相的电流很大，相应的引线周围的磁通以及感应的电势也比较大。闭合回路，由于路径较短，而导线截面较大，即电阻较小，流过回路的电流较大。

相对来讲，回路中裸露电缆与铜管靠接的局部接触电阻是比较大的，当很大的回路电流通过时必将发热。由故障实例可知，铜管熔成凹形坑现象，说明过热点的温度已达 l000℃以上。

②引线接头过热

引线接头(将军帽)过热也是多发性故障。例如，东北电网某局的一台主变压器，总烃为455.9μl/l，乙快为4.23μl/l。吊检发现66kV A相套管穿缆引线头过热，焊锡流出滴到夹件和压件上;又如，某台主变压器， B相套管头部发热，经检查，将军帽螺扣配合不良，将螺扣烧坏5～6扣，造成过热。

③引线断股

某台DFL一60000/220型单相变压器，1990年5月开始发现色谱分析结果异常，热点温度可能高于 l000℃，直到1993年5月进行大修时才发现，该变压器中性点套管内的引线有两股烧断、三股烧伤(共35股、截面240mm2，其原因是在1989年5月检修中，更新该中性点套管时引线(铜辫子)向上拉比较别劲，使引线外层半迭绕白布带脱落，裸辫子引线与套管内的铜管内壁相碰，发生分流、放电、过热。

⑷漏磁导致过热

变压器绕组中的磁通包括主磁通和漏磁通，无论主磁通或漏磁通，可分为轴向分量和径向分量。轴向分量分布较简单，沿绕组高度变化较小。径向分量沿绕组高度分布复杂，由它引起涡流损耗分布很不均匀，且随变压器的容量变化而变化，不仅随绕组的轴向高度变化，也随绕组的径向尺寸变化。尤其在端部变化大.其最大值出现在端部附近。由于变压器的内绕组离铁芯近，漏磁的径向值高于外绕组。若变压器绕组为低、中、高排列，则低压绕组的径向漏磁高。

在大型变压器中，由于漏磁密度高，所以产生的杂散损耗很大，有时可达数百千瓦，导致局部过热现象。例如，某台SFPS—120000/220型变压器出现的过热现象就是低压侧j箱壁漏磁严重所致。又如，某 SZL7一6300/35型变压器，由杂散磁通在铁芯上、下夹件拉杆上的个别部位形成磁密高度集中，产生局部过热，并导致绝缘油色谱分析结果异常。

⑸冷却装置风路堵塞

冷却装置风路堵塞引起的过热现象也时有报导。例如，某台 OSFPSL—120000/220型变压器，运行11年均正常。1992年8月28日油温突然上升，由原来的42℃左右增加到90℃左右。与同容量的变压器比较温升相差很大，但电气试验结果正常。通过对外观检查发现，风冷却器散热管的翅片间积满了灰尘(长期运行从未清洗过)，已将间隙堵死，电风扇的风已无法吹到教热管上，致使变压器的温度不断升高。经冲洗后油温一直在40℃左右。又如，某台DSFPSL一90000/220型变压器，上层油温偏高，曾达80～90℃，检查发现散热器风道缝隙被杂物堵塞，影响正常散热，用高压水枪冲洗后，油温降到60℃，恢复正常。

⑹风扇工作不正常

风扇工作不正常主要包括，

①风扇反转

某局的一台主变压器，由于冷却系统在检修时将电源接反，造成风扇反转，使冷却效果降低，油温比带同样负载的另一台主变压器高15℃，查明原因纠正后，温度恢复正常(两台主变压器温度只差1℃)。

②启动风扇设定值错误

某台SFY7一63000/110型主变压器(法国专利)，运行在某牵引变电所。在运行中发现其CO/CO2=0.68，属于异常。可燃性气体总量也属“注意值”之列，且其增加趋势已为异常。显然，主变压器存在早期热性故障。检查发现，启动风扇的温度为75℃(在 ASEA图纸上也是75℃CONTROL)。它不符合铁道部颁发的《牵引变电所运行检修规程》，规程第36条规定：风冷式变压器当其上层油温超过55℃时应启动风扇。本台主变压器为油浸风冷式，由于启动风扇的设定值错误，导致主变压器不能风冷散热。因而出现热性故障。

③风扇等失去电源

某发电厂的一台主变压器为三侧三绕组强迫油循环风冷有载调压变压器，三侧容量比为180000/120000/180000kVA，三侧电压比为231土8×1.25%/121/13.8kV，B级绝缘，允许最高温度为120℃。在运行中发现释压阀动作喷油，主变压器本体上层油温超过l00℃。反复检查发现，主变压器冷却器电源的 B、C相保险熔断，而使其风扇和潜油泵停止运转。但由于温度过高，发信号回路的保险熔断不能正常发信号。最后导致主变压器过热冒油。

⑺漏硅胶造成堵塞

某电厂一台 SFL一630O0/110型主变压器，连续两年高温过热。最后吊罩发现，油箱的底盘上堆满硅胶，约200kg，在铁芯底面与底盘问约1.2cm缝隙全部被堵死，经过检查，原因是净油器滤网不严密，有一较大缝隙，经过18年运行使硅胶大量进入油箱，阻挡了油的循环通路，使循环不良，引起主变压器高温过热。

⑻异物引起局部过热

变压器内部残留的异物不仅可能造成绕组匝间短路，引起局部过热，而且也可能在异物中形成环流，引起局部过热。例如，某台DFL一60000/220型主变压器的 A相 (单相变压器)，1960年投运后正常，但在1982年换油时冲洗过绕组和铁芯，一个月后发现总轻由100μl/l增加到300μl/l，一年后，总烃增加到 1125μl/l。用三比值法判断故障性质为300～700℃中等温度范围的热故障。但通过试验检查不出异常.最后进行解体大修，为期3个月。由于该变压器是沈阳变压器厂的早期产品，限于当时的技术水平，不但变压器分相，而且每相变压器的铁芯也分内外框。在大修时.先将铁芯上扼拆除，高低压绕组吊走，再将内外框分开，发现在铁芯柱底部内外框之间的油道中有一颗直径为15mm左右的黑色球状炭粒，粘在硅钢片上。测量炭粒电阻为5Ω，经鉴定为电焊渣，其附近有3张硅钢片局部过热、发蓝。

分析认为该电焊渣是厂家在装配时落入内外框间的油道中，由于所处位置凑巧，20多年来未发生异常。后来换油冲洗时该电焊渣沿着油道被冲到某一位置;由于硅钢片叠压参差不齐，该位置较窄，就会碰到内外框铁芯。在运行中，该点的内外框之间存在着磁位差，形成环流，造成局部过热。经修复后运行正常。

⑼铁芯多点接地引起的过热

变压器过热性故障的诊断

⑴色谱分析法

气相色谱分析是诊断变压器过热故障的重要方法。实践表明，在局部过热的情况下，变压器油中含有大量的CH4和C2H4，故障涉及固体绝缘时，油中还含有大量的CO和CO2，基于此特性，可以用气体图形法和比值法来判断故障的性质。

①气体图形法

以最大浓度为1，画出气体组分的相对浓度，即为气体图形。

②气体组分比值法

a 判断故障性质。

判断故障性质的比值法有三比值法和四比值法。比较上述比值法，可以看出，C2H2/C2H4和CH4/H2两比值对确定故障性质是有效的。对过热故障，在三比值编码中C2H2/C2H4的编码为0，CH4/H2的编码为2;在四比值编码中C2H2/C2H4的编码为0，CH4/H2的编码为1或2。据此提出以下判据：

C2H2/C2H4<0.1 且 CH4/H2&ge;1

满足上述判据即为过热性故障。

过热故障的温度可分为低温、中温和高温三个范围。三比值法详细地列出了这种诊断结果。

b 判断热故障回路。诊断时，将三比值法与四比值法相结合，可区分过热故障发生在磁回路还是导电回路。

在四比值法中，当 CH4/H2=l～3，C2H6/CH4

由上述可知，磁回路过热判据与三比值法比较，有三个比值项是共同的。在这三个比值项中，磁回路过热判据基本上与三比值法的比值组合0、2、2相同。因此当基于三比值法判断为 0、2、2热故障后，再将其中的CH4/H2的比值按 l～3和≥3划分为

CH4/H2=l～3，编码记为2c(C一磁);

CH4/H2≥3，编码记为2D(D一电)。

这样，当比值组合为：

0、2c、2时为磁回路过热性故障;

0、 2D、2时为导电回路过热性故障。

例如，某变电所一台120MVA主变压器的色谱分析结果表 l所示。

表1 色谱分析结果(μl/l)

由表中数据可知，应用三比值法编码为0、2、2，其中CH4/H2=3.2>3，可将编码记为0、2D、2，即为导电回路过热性故障。进一步检查确认为分接头开关接触不良。

③CO和CO2含量曲线法

根据色谱分析结果给出的CO和CO2含量，可以判断变压器绕组绝缘是否存在过热性故障。东北电力科学研究院对东北电管局直属局、厂约150台220kV及以上隔膜式(含胶囊)密封变压器进行油中CO和CO2含量分析，并提出初步判据。

判断方程式为

CO含量 yco=133十407&radic;X

CO2含量 yco2=1896十1042X

式中X——运行年限。

将上述回归方程式绘成曲线，当变压器油中CO和CO2超过曲线上相应值或产气速率大于曲线的斜率时，一般认为变压器可能存在异常。

例如，某260MVA变压器的油中CO和CO2的含量曲线，无论从CO和CO2增长速率，还是其绝对值都远远超过了判断所示曲线。中间下降是处理油的结果，但下降后仍按较高速度增长，只是运行年限较少，其绝对值尚未足够积累。

由此，结合变压器绕组结构，便能分析判断该变压器可能存在的过热性故障。

⑵测量直流电阻

测量直流电阻可以对导电回路热性故障作进一步判断。上述两例都是根据直流电阻作进一步判断的。前者为分接头开关接触不良，后者为低压绕组匝间短路。

处理对策

根据引起过热故障的不同原因采取不同的处理对策。

⑴由于绕组结构原因引起的低压绕组过热，宜将变压器的低压绕组改为双螺旋结构。

⑵对冷却器组管堵塞引起的过热故障，应定期(l～3年)用压缩空气或水清洗冷却器组管，清洗工艺如下：

①清洗前，使冷却器停止运行，拆下风扇保护罩和风扇叶片，这样冷却器的前后都能彻底清洗。

②先用吸尘器在进风侧从上至下吸掉灰尘、杂物，而后在出风侧用压力为0.1MPa压缩空气吹组管，边吹边吸(因邻近冷却器正在运行中)，这样可提高清洗效率2倍。

③去灰尘后，用自来水冲洗。冲洗时同样由出风测往进风侧方向冲，勿使杂物进人中间管族，以免杂物落人死区。

⑶正确连接引线和分接开关，上紧螺帽，避免松动而发热。

⑷为避免引线和套管铜管靠接后出现过热，可采取以下措施：

①不改变目前引线绝缘包扎方式，而只在每台产品试装时，准确裁截引线电缆的长度，做到引线长度和套管准确的配装。这可以消除电缆太长而与铜管内壁靠接的不良后果。但这样做对以后备品套管的更换的准确装配造成困难。

②改变引线电缆的绝缘包扎方式。如把目前的只用白布带半叠包一层，改为先用0.1mm×30mm皱纹纸正反两个方向半叠包各一层后，再用白布带半叠包一层。在总装套管时，要保持引线电缆绝缘的完整，不允许有绝缘松脱露铜的现象。这样，引线装配后，即使引线和铜管靠接，回路将由绝缘隔开而难于闭合，阻止了电流的流通和过热。

⑸为防止漏磁引起的过热故障，可在变压器油箱内壁及绕组钢托板上加装磁屏蔽。设置磁屏蔽的目的就是让漏磁通尽可能地通过导磁性能较好的磁屏蔽装置，而不穿入油箱壁的钢板，从而避免了在油箱壁中产生大的损耗，引起油箱局部过热。

在大型变压器中，为降低由漏磁通在油箱上引起的损耗，在特定的面积上(如套管安装部位)有时用不导磁钢板来代替普通钢板。但对大面积的油箱内壁采用安装磁屏蔽的方法则更为经济合理。对大电流变压器，其绕组的端部漏磁较为严重。在绕组下端的钢托板上加装磁屏蔽，能使钢托板表面的磁密变得很小，从而降低绕组端部的漏磁损耗，防止绕组端部绝缘过热故障。某电厂的SSPL一260000/220型主变压器，在改造过程中，在油箱内壁及绕组的钢托板上加装磁屏蔽收到良好的效果，曾几次经受系统谐波冲击的影响，始终稳定运行。例如，1993年因系统谐波的影响，另一台未经改造的变压器油箱局部过热，上下油箱的连接螺丝烧红，烧毁密封胶垫，造成变压器大量漏油，重瓦斯保护动作跳闸，被迫停运检修，但经过改造的这台变压器却安然无事。经过长达4年多的油色谱跟踪监视，其分析结果稳定。变压器改造后总烃及 CO、CO2含量都大幅度下降并且一直稳定。

⑹加强管理，避免由于管理不善等原因而引起的过热性故障。对强油循环的冷却系统必须有两个可靠的电源，并定期进行切换试验，信号装置齐全、可靠。