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智能伺服变压器:引起电力变压器铁芯发热故障的几大原因

2018-09-28 14:41:48 德州信平电子有限公司 阅读

变压器铁芯和绕组是传递、交换电磁能量的主要部件,铁芯的良好状态是决定变压器可靠运行的关键。变压器铁芯接地是为了防止变压器在运行或实验时,由于静电感应而在铁芯和其他金属构件上产生悬浮电位造成对地放电,所以铁芯及其金属构件除穿心螺杆外,都必须可靠接地并且铁芯叠片只运行一点接地,如果有两点以上接地,则接地点之间可能形成回路。当主磁道穿过此闭合回路时,就会在其中产生循环电流,造成内部过热事故。铁芯的发热故障模式可分为:铁芯多点接地、铁芯接地不良、铁芯片间短路以及绕组短路引起的铁芯发热故障。根据铁芯发热程度可分为低温过热、中温过热、高温过热。过热故障的表现有时是缓慢增长,当增长到一定程度就会稳定在某一个数值上;有时是突然出现且初始值较高,增长又较快。内部过热故障的出现,短时虽然不会马上影响到变压器的安全运行,但发展下去,特别是对于过热初始状态较高,增长又较快的故障,如果不加以控制和解决,就有可能会出现大的问题,严重时会威胁到变压器的安全运行。因此,加强变压器运行中的监测和控制,及时发现和准确判断、处理过热故障,对变压器的安全、经济运行有着十分重要的意义。

一、铁芯局部短路引起的过热

①内部零件脱落

在对变压器进行油色谱预试时,发现油色谱总烃含量增长较高、较突然,通过三比值发对总烃含量的组分分析,结论为:变压器内部存在裸金属高温过热缺陷。检修人员采用钳型电流表,分别对运行的变压器铁芯及夹件接地电流进行了带电测量,发现无接地电流,从而排除了铁芯、夹件之间或对地有多点接地故障。接着对该变压器进行了现场外体检查和电气实验。外体检查主要对象是检查本体气体继电器集气室是否有气体析出;电气实验检查主要对象是磁路和电路两大部分,实验内容主要是遥测铁芯及夹件绝缘电阻,测量线圈直流电阻。检查及实验结果发现气体继电器未见有气体析出。对磁路部分摇绝缘电阻发现绝缘良好,铁芯及夹件未存在多点接地故障。电路部分直流电阻实验结果发现高、低压直流电阻值均在正常范围。根据现场的外观检查和电气实验,分析造成过热故障的可能性有两种:一种是铁芯自身出现短路;一种是本相低压引线出现的自身短路。

 为了最终查找并确定故障原因,对变压器抽出少量油,将铁芯上部的轭铁露出,再打开油箱上部盖板,检查人员利用内窥镜,对变压器身内部各个部位进行探测检查,检查为发现出现异常。随后在对上轭铁夹件进行检查时,检修人员发现在A相线圈上部,低压引出线的上方,铁轭夹件上不拉板一条固定螺栓的均压帽遗失。于是得出故障原因:脱落的铁制均压帽造成铁芯片间多点短路故障,使得铁芯短接点之间形成环流,导致发热从而导致油色谱总烃值含量超标。

2、铁芯接地不良故障

铁芯接地不正确会引起环流和放电、铁芯螺栓的绝缘损坏等,也会造成叠片片间短路。从而导致铁芯严重发热,该严重发热的铁芯与变压器油接触会产生大量气体,会使变压器瓦斯气体继电器动作,导致变压器停止运行。

①检测铁芯接地不良故障的方法

交流法

给变压器二次绕组加220~380v交流电压,此交流电压会在铁芯中产生磁通。打开铁芯和夹件的连接片,用万用表的毫安档逐级检测各级铁轭,如果表中有电流显示则表明正常接地。若测得的电流为零,则该处叠片为接地点。

直流法

打开铁芯与夹件的链接,在铁轭两侧的硅钢片上施加6v直流电压,选择万用表直流电压档,依次测量各级铁芯叠片见的电压。若结果为零,则被测量处为接地点。

电流表法

铁芯接地导线和外接地线导管相接,在外接地套管处接入电流表,若测出有电流存在,说明铁芯由多点接地出;若无电流则说明变压器铁芯正常接地。

②预防措施

制造或大修变压器而需要更换铁芯时,要选好材质;裁剪时避免压坏叠片两面绝缘层,裁剪毛刺要小;保持叠片干净,叠压合理,接地片和铁芯要搭接牢固,和地线的连接要焊牢。接地片离铁轭、旁柱应符合规定距离,变压器总装时铁芯与外壳或邮箱的距离应符合规定;其他金属组件、不见不可触及铁芯,加强维护,防止过载运行,一旦出现多点接地应及时排除。

③故障实例

对新安装的主变进行交接试验中发现问题,高压绕组介质损耗测定值为3%(偏高)。此外,在低压耐压测试中,当电压升至5kv时,变压器内部有断续的放电声。

 经吊心检查和测试,检查引线绝缘物损伤,固定引线的木夹件完好无损,最后发现接地铜片与铁芯叠片没有夹紧。检修人员把接地铜片插入原铁芯接地处的两叠片间并牢固固定。变压器组装后,经高压试验未再出现问题。

3、铁芯多点接地故障

变压器铁芯故障已铁芯多点接地出现较多,伴随有铁芯局部过热,运行时间过长将会使油纸绝缘老化、绝缘垫块碳化、铁芯片绝缘层老化,甚至使铁芯接地引线烧断。

①故障分类

 铁芯多点接地可分为:铁芯动态性多点接地和牢固性多点接地。铁芯动态性接地主要是由杂质在电场力作用下形成导电小桥,该杂质由一些杂质纤维与金属粉末形成,有时在大电流的冲击下而摧毁,出现情况不稳定,一般不影响变压器运行,但不定期的局部过热会使内部绝缘受伤,属轻度性故障。

铁芯牢固性多点接地故障包括铁芯对地、夹件对地以及铁芯对夹件之间多点接地等。此种故障的解决方法是:在变压器运行时,用钳型电流表测量铁芯、夹件外接地引下线接地电流,来确定变压器铁芯及夹件是否有多点接地的产生以及其严重程度,当接地电流超过100mA时,便可认为尽多点接地故障且较为严重,对多点接地严重的故障,采用临时串接接地电阻来减小环流的办法来降低过热故障,然后再考虑安排适当的时候进行停电检修。

故障实例

对铁芯发热严重导致气体继电器动作的变压器进行色谱分析及排查发现是铁芯局部短路,吊心后发现问题为接地铜排过长,铁芯中的两叠片伸出后形成S形,S弯两头凸起分别碰到旁边接地叠片约10mm叠片上,构成了三点接地。改进措施

(1)把多余的接地处的铜片撬平,拆开铁芯把铜片去除,更换一片长度适中的厚0.3mm宽40mm的铜片,按一点接地要求连接好,清除多余接地处因放电烧伤的铜片上的残迹。

(2)进行真空过滤处理处理掉过热油中的碳化物。

4、绕组匝间短路

绕组短路也会导致铁芯发热。变压器发生过故障时,玩玩引起绝缘材料和油的劣化与热解,存在于变压器内部固体绝缘垫热点,常会烧坏绕组绝缘,造成绕组接地或短路,一些裸金属热点可能会烧坏铁芯、螺栓等部件,严重时可能造成变压器损坏。

为判断绕组是否损伤,测量了变压器绕组直流电阻,测试结果显示三相绕组的直流电阻基本平衡,则说明变压器绕组正常,但由于实验电压较低,不能有有效的发现绝缘的高阻性故障,所以不能作为判断变压器绕组完好的依据,还要进行绝缘电阻、直流泄露和介质损耗实验,实验数据均在合格范围内,说明变压器主绝缘未出现明显故障,但高低压绕组对地电容出现较大变化。根据经验,如果电容量变化超过正负5%,基本上可以认为绕组已经出现较明显位移。由于试验电压的限制,以上试验并不能对变压器主绝缘及纵绝缘的情况作出全面准确的判断,仅从变压器绕组对地电容量的变化上可以推断绕组存在位移变形的可能,排除试验设备容量不足、外部闪络及磁路饱和等问题,造成试验过程中电流激增导致变频柜跳闸的原因基本定位在线圈本身的问题上。在加压的过程中,低压绕组上的外施电压与高压绕组上的感应电压不断升高,当低压或者高压绕组匝间电压达到一定临界值时,匝间绝缘击穿,匝间发生短路,相当于被试绕组短接,导致实验设备输出电流激增,造成变频柜跳闸。结合之前试验的结果,可以判断变压器高压或低压绕组存在高阻性的匝间绝缘故障,变压器不具备继续使用的条件。

综合以上试验情况,可以对事故后的变压器做出以下判断:

(1)主绝缘:变压器高低压绕组连同高套管的主绝缘正常,铁芯绝缘正常。

(2)纵绝缘:绕组存在高阻性的纵绝缘故障。

(3)绕组整体:低压绕组存在变形或位移;高压绕组有变形或位移可能。

(4)电路:高压绕组直流电阻正常。未出现明显故障。

(5)磁路:铁芯对地绝缘良好,未进行空载损耗试验。

在对变压器匝间绝缘故障进行判断时有很多种手段,比如直流电阻测试、变化测试、变压器空载试验等,但是与感应耐压试验相比,上述几种试验方法在判断故障的有效性、直接性上相对较差。例如直流电阻测试,由于试验电压的限制,它只对金属性的匝间短路故障有反应,而对于匝间绝缘破坏较轻的故障的判断就不太有效;变化测试也存在相同的问题;而变压器空载试验同时考察的是变压器的绕组和铁芯的损耗,又增加了判断故障的难度。比较而言,直接在绕组匝间施加电压的感应耐压试验对绝缘的考察更直接、更有效。

运行变压器出现的过热故障,大多数都可以通过试验分析找到故障点,然后通过吊罩予以消除。但有些过热故障虽然可以通过试验分析继之以吊罩检查,却任然没有找到故障点。究其原因,有属于制造、结构方面的问题,也有运行方式不当的问题。因此,如何通过有效的综合分析‘判断并使分析‘判断的思维复合设备全寿命的发展规律,真正找到变压器产生过热的原因,准确、及时的对症处理,是工作人员共同追求的目标。变压器作为一种重要的输变电设备,特点是结构复杂涉及的材料繁多,产生的故障多呈现多样性、分散性和模糊性的特点。这就要求在故障判断时要综合运用各种测试手段。在故障判断过程中还要注意:非破坏性试验虽然具有简便快捷的特点,但是由于试验电压较低,故障判断存在盲区,在故障判断的工作中要对这些盲区加以注意,不能简单的根据常规试验结果来下结论。破坏性试验例如工频耐压‘感应耐压试验对于故障检测比较直接和严格,但是由于试验电压较高,很有可能会使设备的故障扩大,在实际工作中要综合考虑,合理运用这两类试验,在通过非破坏性试验对设备损坏程度有了大致的判断以后,再考虑通过破坏性试验对设备进行最终的考察。


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