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【交流】电力变压器运行温度异常?一文告诉你原因及防范措施!

摘要:提出电力变压器运行温度异常表现特征,根据其特征对温度异常原因进行分析,指引设备异常处理思路。结合多年来工作经验,提出电力变压器温度异常的检测方法与预防措施。


关键词:温度异常;检测;措施



1. 引言


为减少过高温度对变压器绝缘材料的影响,实现变压器的预期设计寿命,保证变压器安全可靠运行,国家相关标准规定了变压器绕组、铁心以及电力变压器油的温升极限,变压器制造厂也给出设备运行的温度负载曲线以指导用户的运行;但在变压器的实际运行中,由于受设计制造工艺质量,运输、安装和运行维护等原因的影响,或变压器本身存在缺陷运行;或受外部气象环境影响,受变压器自身散热条件的限制,受用电环境和电网设备限制,以及电力变压器出现过负载运行等等,变压器的温度也会发生异常,影响变压器的安全运行;变压器运行温度异常在其各类故障中占相当的比例,发生原因和表现的位置和特征各式各样,给现场处理和查找带来一定的难度;变压器运行中的一些温度异常,是一个恶性循环的过程,既增加变压器损耗,造成能源不必要的浪费,又损坏内部绝缘,危及变压器的安全可靠运行,影响正常供电。本文介绍电力变压器一些温度异常的常见表现特征,进行初步原因分析;并结合多年来工作经验,提出电力变压器温度异常的检测方法与预防措施。


2.电力变压器温度异常的原因

   

运行中的电力变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下,较原来同条件时的温度高,并有不断升高的趋势,或超极限负荷引起温度升高,都是变压器的温度异常,电力变压器温度通常靠测量上层油温获得,与变压器自身性能和外部散热环境密切相关,引起温度异常升高的原因有:导电回路故障,如:变压器绕组匝间、层间短路,线圈接头焊接不良,分接开关接触不良等;电磁回路故障,如:变压器铁心多点接地引起局部短路,严重漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热;长期过负荷运行,事故过负荷;散热条件恶化等等;运行时若发现变压器温度异常,应先经过认真分析,查明原因后,再采取相应的措施予以排除,把温度降下来,如果是电力变压器内部故障引起温度异常,应停止运行,进行检查和检修。


(1)绕组的绝缘损坏引起过热


运行中的电力变压器,不管是绕组自身的层间绝缘、匝间绝缘,还是绕组及引线对各类金属件的绝缘一旦损坏,就会出现绕组短路,相当于所在相的线圈匝数减少,在该绕组内部就会形成一个闭合的电流环,通过强大的短路电流,产生附加损耗和热量,这不仅引起电力变压器温度异常升高,而且三相电压输出不平衡,运行噪音增大;停电测量短路绕组的直流电阻变小,三相直流电阻不平衡。引起绕组短路的原因很多,一是导线质量差,有漏铜现象,或线圈绕制、压装工艺不当,或金属异物进入等损伤导线绝缘;二是运行中绝缘自然老化或受局部高温裂化,丧失绝缘性能;三是在近距离出口短路电动力的作用下,线匝位移,造成绝缘磨损而引起短路。


(2)导电回路故障引起过热


若电力变压器的分接接触或接头焊接不良,相当于减小了导电回路的载流截面,增大了局部电阻,当正常电流通过时产生损耗,损耗功率P=I2R,造成接头处的温度严重过热,过热又使触头的氧化腐蚀和机械变形加重,接触压力减小,接触电阻进一步增大,形成恶性循环,最终导致周围绝缘烧坏,甚至烧掉分接或焊接接头,造成变压器停电事故,变压器负载电流越大发生导电回路故障的几率越大。


(3)铁心多点接地引起过热

   

变压器的铁心只允许一个接地点,做为正常的工作接地,来限制铁心的电位和流过的电流;若不接地和出现两点及以上的接地,都将导致铁心出现故障,影响变压器的安全运行;一是变压器在运行过程中,其带电的绕组和油箱之间存在电场,铁心和夹件等金属构件处于该电场之中,由于电容分布不均匀,场强各异,若铁心没有可靠接地,则存在对地悬浮电位,产生铁心对地或线圈的充放电现象,破坏固体绝缘和油的绝缘强度;若铁心一点接地,即消除了铁心悬浮电位的可能。二是当铁心出现两点或以上多点接地时,铁心在工作磁通周围就会形成短路环,短路环在交变的磁场作用下,产生很大的短路电流,流过铁心,造成铁心局部过热;铁心的接地点越多,形成的环流回路越多,环流也往往越大(主要取决于多余接地点的位置),变压器的温升越高,铁损也越大;同时,环流过热还会烧熔局部铁心硅钢片,使相邻硅钢片间的绝缘漆膜烧坏。严重时,都会因过热或放电,在变压器内部产生大量的可燃性气体,引起轻瓦斯发信,甚至重瓦斯动作而使变压器开关掉闸,中断对外供电。


(4)严重漏磁引起油箱、箱盖等发热


在铁心中由励磁电压产生的磁通为主磁通,主磁通的大小取决于励磁电压的大小,正常的变压器铁心在额定主磁通密度下是不饱和的,当变压器中流过负载电流时,就会在绕组周围产生漏磁通;主磁通经过的回路全部是铁磁材料,而漏磁通是在绕组周围的空间通过,有的经过高低压绕组空道,有的通过绕组端部,有的经过铁心或绕组压板,有的经过油箱再回到绕组空间后形成闭合回路;漏磁通经过油箱或绕组压板等金属件时会产生涡流并造成发热,变压器的容量越大,负载电流越大,也就越容易因漏磁通引起发热故障,变压器油箱温度最高处往往是在箱体与绕组或导体的距离最近之处。



(5)冷却系统异常引起的过热

     

电力变压器正常运行损耗产生的热量是随变压器油通过本体和散热器扩散到大气中,冷却器油泵损坏影响油流速度、散热管附着灰尘等杂物影响热量扩散、风扇电机损坏影响热量散发速度、油的循环通路堵塞影响油的循环等都会引起电力变压器的运行温度异常升高,特别是冷却系统失去电源而停止工作,会使电力变压器运行温度急剧升高,造成变压器损坏或退出运行。


(6)散热条件恶劣引起过热

   

若电力变压器长期运行在温度过高的环境,如:室内通风散热措施不良、周围存在热源、变压器间或对建筑物的散热距离不足等,会使变压器正常损耗产生的热量难以散发到大气环境中去,引起线圈导体随温度升高电阻增大,产生更多的损耗和热量,形成恶性循环,致使电力变压器温度异常升高。


(7)其它原因引起的过热

   

变压器三相负载不平衡,运行方式安排使变压器过负载,并列运行的电力变压器相互间存在环流运行,存在谐波电流,变压器绝缘受潮、变压器本身制造质量不良等也会引起变压器温度异常升高。


3.电力变压器温度异常的检测与预防措施


由于电力变压器运行温度异常的发生几率高,对变压器运行危害大,容易烧毁变压器和引起供电中断,必须引起电力检修运行人员的高度重视,结合作者多年来的从业经验,认为重点应从以下几个方面做好检测和预防工作。


(1)加强电力变压器色谱分析工作;用气相色谱法分析判断电力变压器温度异常的内部故障,由于不需要变压器停电,而是从运行中的变压器油中取出油样,对油中所溶解的气体进行分离和分析;电力变压器油做为一种良好的介质,在变压器中主要起电气绝缘和冷却散热的作用,在变压器内部一旦发生过热故障,变压器油和其它绝缘材料就会发生化学分解,产生特定的烃类气体和H2、碳氧化物等,这些气体的种类、数量和产气速度往往又与故障的温度密切相关;理论实践证明,随着故障温度的升高,产气量最大的烃类气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2,而这些特征气体大部分溶解在变压器油中。所以,定期测量变压器油中溶解的特征气体成分和含量,能够判定变压器内部的发热程度,通过分析发热的温度来确定是否存在故障,以及故障的性质、类别和严重程度。



(2)定期开展电力变压器远红外测温工作;发热物体的温度与其红外辐射特性,也即辐射能量的大小及波长分布密切相关,电力变压器红外测温即是对变压器各部位的红外辐射进行测量,确定其表面温度的高低;电力变压器红外测温可以直接测量出其套管出口导体连接不良、漏次引起的箱体涡流过热的温度,也可以分析判断冷却装置的一些异常现象,如:潜油泵过热,冷却器堵塞,管路阀门关闭等;同时,还可以与其它检测手段配合,辅助分析线圈、铁心、分接开关的一些发热异常现象。电力变压器红外测温检测变压器温度异常,由于快捷方便、准确可靠,可远距离检测而无须停电,在近几年做为一种新的检测技术得到广泛应用。


(3)重视电力变压器运行温度的监视和测量工作;《电力变压器运行规程》明确规定变压器应装设温度测量装置,测量顶层变压器油的温度,无人值班变电站应将信号温度计接至远方,并应能对20000 kVA以上变压器的顶层油温装置进行远方监视;目前一些无人值班变电站的远方测温装置存在不能正常工作,远方监测温度与就地实际温度不对应等现象,确需引起从业人员的重视;另外,高温、高负荷情况下,应开展电力变压器特巡,检查油位和油温、负载是否对应,记录变压器运行电压、电流和顶层油温,以及曾达到的最高顶层油温等;要特别注意:由于变压器内部散热能力不能与周围环境温度同步变化,环境温度骤变,有可能出现顶层油温虽然未超过允许值,但电力变压器内部温度已经很高,可能造成过热而损坏变压器的情况。


(4)新建变电站和更换电力变压器要合理选取变压器的型式和容量,尽量选择损耗参数低的电力变压器,要兼顾电力变压器经济运行的特点,避免变压器过负载运行,特别是户内电力变压器要适当留有容量裕度,合理通风循环结构,以避免和减小高负载率运行时的温升;另外,对可能并列运行的电力变压器要满足并列运行条件,防止产生环流引起变压器异常温升。


(5)加强电力变压器全过程管理,严格规程制度,重视电力变压器设计、选型、驻厂监造、安装、交接验收和运行维护等各个环节,认真落实国家电网公司防止大型电力变压器损坏事故的措施要求,及时消除变压器运行缺陷,保证设备本身质量,以提高电力变压器安全可靠运行的水平。


4.结束语


电力变压器运行中表现的温度异常,既加快绝缘老化,影响变压器的使用寿命,又容易造成损坏事故,危及变压器的安全可靠运行。由于造成电力变压器运行中一些温度异常的原因多种多样、千差万别,有时几种原因同时存在,这就需要熟悉具体每台电力变压器安装和检修运行的历史资料,了解其结构特点、运行规律;需要具有丰富现场经验知识,具体设备,具体分析。变压器运行中一些温度异常的现象和处理,是电力变压器运行检修人员应具备的基本技能


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