電氣試驗對變壓器的重要性

1、變壓器的電氣試驗張昭摘要：變壓器是變電站最為重要的電氣設(shè)備，所以保證變壓器的正常運行至關(guān)重要。變壓器在運行過程中，在高電壓的作用下會發(fā)生一系列物理和化學(xué)上的變化，比如絕緣油的裂化，變壓器絕緣部件的老化等。這些變化在起初很微小，很難察覺，也不會影響到變壓器的正常運行，但如果置之不理，時間一長，這些微小的變化就可能演化成設(shè)備的故障，影響到變壓器的正常運行，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這些微小的變化雖然不易察覺，但是我們通過一些電氣試驗就能準(zhǔn)確的判斷這些微小變化的趨勢，在這故障萌發(fā)的早期就將其消除，所以電氣試驗是確保電力設(shè)備正常運行的重要措施。關(guān)鍵詞：變壓器電氣試驗繼電保護(hù)直流電阻變壓器是電力系統(tǒng)的電氣

2、設(shè)備。盡管變壓器是靜止設(shè)備，結(jié)構(gòu)牢靠，故障機(jī)會比較少，但運行經(jīng)驗表明，在長期運行中，會受到水分，潮氣的浸入，還會受到機(jī)械應(yīng)力和電場的作用、導(dǎo)體本身發(fā)熱的作用以及大自然等各種因素的影響，會使絕緣逐漸發(fā)生老化而形成缺陷，絕緣缺陷的存在和發(fā)展造成在實際運行中可能發(fā)生各種類型的故障和異常運行狀況，給電力系統(tǒng)的安全可靠運行帶來嚴(yán)重影響。根據(jù)絕緣預(yù)防性試驗，可以判定是否存在絕緣缺陷或能否繼續(xù)投入運行，除了對絕緣狀態(tài)的變化，和絕緣缺陷的有針對性的試驗項目進(jìn)行歷史比較外，還應(yīng)對設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)特點，對應(yīng)試項目的試驗結(jié)果進(jìn)行綜合分析，通過設(shè)備性能變化的規(guī)律加以確定。而繼電保護(hù)裝置就是能反映被保護(hù)設(shè)備的故障或不正常

3、運行而將故障設(shè)備從電網(wǎng)中切除，保證無故障設(shè)備迅速恢復(fù)正常運行，并使故障設(shè)備免于繼續(xù)遭受破壞。因此，必須根據(jù)變壓器的容量及重要性進(jìn)行電氣試驗數(shù)據(jù)檢測以及裝設(shè)性良好、動作可靠的保護(hù)裝置。一、變壓器的原理及結(jié)構(gòu)分析1、變壓器的原理分析在交流電路中將電壓升高或降低的設(shè)備叫變壓器。變壓器能把任意數(shù)值的電壓轉(zhuǎn)換成頻率相同的我們所需的電壓值，以滿足電能的輸送，分配和使用要求。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的。它由一個用硅鋼片（或矽鋼片）疊成的鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈構(gòu)成。鐵芯與線圈間彼此相互絕緣，沒有任何電的聯(lián)系，如圖所示。我們將變壓器和電源一側(cè)連接的線圈叫初級線圈（或叫原邊），把變壓器和用電設(shè)備連接的線圈

4、叫做次級線圈（或副邊）。當(dāng)將變壓器的初級線圈接到交流電源上時，鐵芯就會產(chǎn)生變化的磁力線。由于次級線圈繞在同一鐵芯上，磁力線切割次級線圈，次級線圈上必然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使線圈兩端出現(xiàn)電壓。因磁力線是交變的，所以次級線圈的電壓也是交變的。而且頻率與電源頻率完全相同。理論證實，變壓器初級線圈與次級線圈電壓比和初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比值有關(guān)，可用下式表示：初級線圈電壓初級線圈匝數(shù)次級線圈電壓次級線圈匝數(shù)說明匝數(shù)越多，電壓就越高。因此可以看出，次級線圈比初級線圈少就是降壓變壓器。相反則為升壓變壓器。2、變壓器的組成變壓器主要由鐵芯、線圈組成的。此外還有油箱、油枕、絕緣套管及分接開關(guān)等。（1）鐵芯：主要

5、作用是導(dǎo)磁。所以多采用導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成，片厚一般只有0.350.5毫米，并兩面涂漆，以減少損耗。（2）線圈：一個變壓器內(nèi)有兩種電壓線圈（初級線圈和次級線圈），都是由絕緣銅線（銅線外表涂以高強(qiáng)漆皮）或鋁線繞成的多層線圈，用來套在鐵芯上。（3）油箱：是變壓器的外殼。內(nèi)裝鐵芯、線圈和變壓器油。使鐵芯與線圈浸在變壓器油內(nèi)，起散熱作用。（4）油枕：就是儲油器。油枕起著儲油和補(bǔ)油的作用，當(dāng)變壓器運行時，溫度升高油膨脹，油箱的油流入油枕；當(dāng)溫度下降油收縮時，油枕里的油又流入油箱中，這樣來保證油箱中油始終充的滿滿的。（5）絕緣套管：為初級線圈和次級線圈引出到油箱外部的絕緣裝置，同時起著對地絕緣作用。（

6、6）分接開關(guān)：是調(diào)整電壓比的裝置。為了使次級電壓符合用戶要求，在初級線圈末端相應(yīng)留有三至五個抽頭，并將這些抽頭分別接到一個開關(guān)上，就叫分接開關(guān)。一般可以調(diào)整的范圍是額定電壓的±5%。注意分接調(diào)節(jié)時必須切除電源。3、變壓器的分類變壓器常用的有：按相數(shù)分，有單相變壓器和三相變壓器。按用途分，有電力變壓器，專用電源變壓器（電鍍、電解、電焊等），調(diào)壓變壓器，測量變壓器（電壓互感器、電流互感器），小型電源變壓器（用于小功率設(shè)備），安全變壓器等。按結(jié)構(gòu)特點分，有芯式和殼式兩種，線圈雙繞組、三繞組和多繞組，自耦變壓器。按冷卻方式分，有油浸式和空氣冷卻式。經(jīng)過多年對昆鋼板帶廠、煉鐵廠、煉鋼廠、棒線廠

7、、水泥廠等單位變壓器的檢測，大多屬于油浸式變壓器，因此本文主要對油浸式變壓器的電氣試驗進(jìn)行分析。二、變壓器的故障分析由于電力變壓器的工作環(huán)境較差，一些部件如：鐵芯、繞組、分接開關(guān)、氣體繼電器等常會發(fā)生故障。對這些部件的檢修，能夠及時排除故障，從而保證供電的質(zhì)量和可靠性。要排除這些部件的故障，必須先了解電力變壓器常見故障發(fā)生的部位、故障現(xiàn)象及故障產(chǎn)生的原因等。經(jīng)過多年對變壓器的檢測，對電力變壓器的常見故障現(xiàn)象和原因歸納如下：故障部位故障種類故障現(xiàn)象故障原因分析鐵芯鐵芯疊片間絕緣損壞或局部燒熔 空載損耗大 高壓熔絲熔斷 油溫升高 油色變深 吊心檢查，可見漆膜脫落，部分硅鋼片裸露、變脆、起泡，并因絕

8、緣炭化而變色 受劇烈振動使疊片間發(fā)生位移而摩擦引起 疊片間絕緣老化或有局部損傷 夾緊鐵芯的穿心螺桿與鐵芯間絕緣老化，使螺桿與鐵芯疊片間接觸造成短路而發(fā)熱，引起局部燒熔 鐵芯兩點接地形成渦流通路，使鐵芯局部嚴(yán)重發(fā)熱疊片有不正常響聲鐵芯疊片間有異常響聲 鐵芯疊片中有多片或缺片 鐵芯的緊固件松動 鐵芯油道內(nèi)或夾件下面有未夾緊的自由端 鐵芯局部短路或鐵芯局部燒熔 鐵芯疊片間有雜物或疊片在接縫處有彎曲繞組匝間短路或?qū)娱g短路 變壓器異常發(fā)熱 油溫升高 變壓器油發(fā)出特殊的“咝咝”聲 電源側(cè)電流增大 高壓熔絲熔斷 氣體繼電器動作 繞組匝間或?qū)娱g絕緣老化 變壓器油中含有水分及腐蝕性雜質(zhì) 外部短路過載等所產(chǎn)生的電

9、磁力，使繞組產(chǎn)生機(jī)械形變而使絕緣損壞繞組開路 斷線處產(chǎn)生電弧，使變壓器有放電聲 斷線的相沒有電流 導(dǎo)線接頭、引出線焊接不良 雷擊沖擊電流造成斷線 安裝套管時使引出線扭斷分接開關(guān)觸頭表面熔化與燒壞 油溫升高 高壓熔絲熔斷 觸頭表面產(chǎn)生放電聲 開關(guān)裝配不當(dāng)，造成接觸不良 觸頭的彈簧壓力不夠相間觸頭放電或各分接頭放電 高壓熔絲熔斷 油枕蓋冒煙 變壓器油發(fā)出“咕嘟”聲 過電壓引起 變壓器油內(nèi)有水 螺釘松動，接觸不良套管對地?fù)舸└邏喝劢z熔斷 套管有隱蔽的裂紋或有碰傷 套管表面污垢嚴(yán)重 變壓器油面下降過多套管間放電高壓熔絲熔斷套管間有雜物故障部位故障種類故障現(xiàn)象故障原因分析瓦斯繼電器不動作發(fā)生嚴(yán)重故障時不

10、動作 上下油杯不靈活 干簧觸點的通斷不正確 干簧觸點有被粘住現(xiàn)象 接線板及接線柱間絕緣損壞 接線板、放油口、試驗桿頂和兩端法蘭處有漏油現(xiàn)象變壓器油油變質(zhì)變壓器油色變暗 變壓器故障引起油分解 變壓器油長期受熱氧化嚴(yán)重，油質(zhì)劣化三、電氣試驗1、繞組直流電阻試驗繞組電阻的測量是變壓器試驗中既簡便、又重要的一個試驗項目。通過繞組電阻的測量，可以檢查出繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接質(zhì)量；引線與繞組的焊接質(zhì)量；繞組所用導(dǎo)線的的規(guī)格是否符合設(shè)計；分接開關(guān)、引線與套管等載流部分的接觸是否良好；三相電阻是否平衡等。在變壓器的負(fù)載試驗中，對于附加損耗較大的變壓器，要提供測量較準(zhǔn)確的繞組電阻，以便計算電阻損耗用。在變壓器的升溫

11、試驗中，用電阻法測量繞組平均溫度時，繞組電阻的測量誤差最好不超過±0.2%，以便達(dá)到溫升試驗的要求?；谝陨锨闆r，確定正確的測量方法，選擇適當(dāng)?shù)臏y量設(shè)備，是保證測量繞組電阻準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。（1）、測量方法目前我們采用的測量方法是電橋法，使用揚(yáng)州華電電氣有限公司生產(chǎn)的2040型變壓器直流電阻測試儀，直接將測試線接入變壓器繞組三相出線端即可。該儀器具備單臂電橋和雙臂電橋的功能，準(zhǔn)確度高、靈敏度高，具有直接讀數(shù)的優(yōu)點。（2）、測量數(shù)據(jù)分析影響變壓器繞組電阻測量準(zhǔn)確度的因素很多：表計的準(zhǔn)確度級次、接線的方法、溫度的測量、試驗接觸狀況和電流穩(wěn)定情況等等。因而，在測量前要加以考慮，以減小或避免上述

12、可能產(chǎn)生的誤差，而得到較為準(zhǔn)確的測量電阻值。1）電阻測量和溫度的關(guān)系測量電阻時，準(zhǔn)確的記錄被試?yán)@組的溫度十分重要，器身浸入油中不勵磁靜放三個小時后方能確定油的平均溫度。認(rèn)為此時繞組溫度與油的平均溫度相同。油的平均溫度取頂層油溫與散熱器進(jìn)出口溫差之半的差。在溫升試驗測量冷態(tài)電阻時，為了準(zhǔn)確的確定繞組平均溫度，強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器應(yīng)開動油泵使油循環(huán)。在繞組溫度為t°C時測出的繞組電阻，應(yīng)換算至75°C時的阻值，與設(shè)計值比較并提供給用戶。換算公式如下：75C=RtK式中R75c75°C時的電阻值：Rt環(huán)境溫度下的電阻值k二T±Z5T±t式中T因數(shù)(銅導(dǎo)線

13、為235，鋁導(dǎo)線為225)；T繞組溫度，C2) 不同聯(lián)結(jié)繞組的電阻測量對于無中性點引出的星形聯(lián)結(jié)或三角形聯(lián)結(jié)的繞組，應(yīng)測量其三相的線電阻；對于有中性點引出的星形聯(lián)結(jié)的繞組，應(yīng)測量其相電阻，對于低壓為400Vyn聯(lián)結(jié)的配電變壓器例外，因為其中性點引線所占比重比較大，故應(yīng)測量其線電阻。試驗中對帶有分接開關(guān)的繞組，應(yīng)在所有分接下測量其繞組電阻。變壓器繞組分接間的繞組電阻差一般近似于分接電壓比的差，即土5%或±2X2.5%等。但個別小容量高電壓變壓器，如50kVA35kV的繞組，由于分接線段用較正常線段線號粗的導(dǎo)線，所以雖然分接電壓差±0.5%，而繞組電阻只差±0.1%左

14、右。3) 三相電阻不平衡的分析除了比較其分接間相差的阻值外，還應(yīng)比較三相間所測電阻的不平衡率(以三相實測最大值減最小值為分子，三相實測平均值做分母計算)，一般產(chǎn)品所測電阻值的三相不平衡率均應(yīng)小于2%，如果產(chǎn)品由于導(dǎo)線材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等原因三相電阻不平衡率超出這一規(guī)定時，除在出廠報告中寫明具體實測值外，還應(yīng)注明引起這一偏差的原因，應(yīng)對實測值進(jìn)行比較。繞組電阻測量后均換算成相電阻，然后再換算到75C的電阻作為試驗數(shù)據(jù)分析，如果測量的是線電阻，應(yīng)按下列公式換算成相電阻。星形聯(lián)結(jié)時Rxg=Rxn/2三角形聯(lián)結(jié)時Rxg=1.5Rxn式中Rxg相電阻；Rxn線電阻。測量結(jié)果，如果三相線電阻不平衡率超過2%，并且

15、無法準(zhǔn)確地測量其相電阻時，則需按下列算法求出每相電阻值，然后和設(shè)計值或出廠數(shù)據(jù)比較，即可找出缺陷相。當(dāng)繞組星形聯(lián)結(jié)時Ra=(Rab+Rac-Rbc)/2Rb=(Rab+Rbc-Rac)/2Rc=(Rbc+Rac-Rab)/2當(dāng)繞組三角形聯(lián)結(jié)，并為a-y；b-z；c-x時Ra=（Rac-Rp）RRabbcR-RacpRbRab-Rp)RRacbcR-RabpRc=(Rbc-Rp)RRabacR-RbcpRpR+R+Rabbeac式中2Ra、Rb、Rc相電阻；Rab、Rbc、Rac線電阻。三相電阻不平衡或與設(shè)計值相差太大，最常見的幾種原因。1）分接開關(guān)接觸不良。一般表現(xiàn)為個別一兩個分接頭的電阻偏大

16、，而且三相之間電阻不平衡。主要是由于分接開關(guān)內(nèi)部不清潔，電鍍脫落，彈簧壓力不夠等原因造成的。如：棒線第二作業(yè)區(qū)1400kVA變壓器，名牌數(shù)據(jù)為:型號：ZS9-1400/6容量：1400kVA電壓：6000/420V接法:D,dO出廠編號：T99-474廠家：云變檔位AB(Q)AC(Q)BC(Q)偏差值I0.22810.22830.22800.13II0.22260.30070.301335III0.21680.21160.21680.09W0.21140.21150.21140.04V0.20620.20620.20610.04從上表分析，發(fā)現(xiàn)II檔的電阻嚴(yán)重超標(biāo)，后經(jīng)入廠抽芯檢查，發(fā)現(xiàn)II檔

17、的換檔開關(guān)的觸點被燒毛，經(jīng)處理后，直流電阻符合標(biāo)準(zhǔn)。2）焊接不良。由于引線和繞組焊接處接觸不良造成電阻偏大，多股并繞繞組，其中一股或兩股沒有焊上，一般這時電阻偏大的較多。如：焦化廠lOOOkVA變壓器，接法Y,ynO,出廠編號20092271，低壓側(cè)電阻分別是a相0.0009333Q、b相0.001012Q、c相0.0009321Q，偏差值為8.57%,經(jīng)入廠抽芯檢查發(fā)現(xiàn)，b相焊接處有兩根脫焊，重新焊接后，直流電阻符合標(biāo)準(zhǔn)。3）三角形接線一相斷線。當(dāng)三角形一相斷線，測出的三相電阻都比設(shè)計值大得多，沒斷線的兩相比正常大1.5倍，而斷線的相的電阻則比正常的大3倍。如：昆鋼上廠礦2400kVA變壓器

18、，接法為Y/A-11,電壓35kV/6.3kV，出廠編號10N604-2，低壓側(cè)電阻ab：0.1079Q、ac：0.1613Q、bc：0.3219Q，偏差為198%嚴(yán)重超標(biāo)，入廠抽芯檢查發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)三角形接線沒有焊接好已經(jīng)斷開，經(jīng)過焊接處理后低壓側(cè)電阻偏差符合標(biāo)準(zhǔn)。4）變壓器的套管中，導(dǎo)桿和引線接觸不良或斷裂。所測三相電阻不平或偏差很大，抽芯檢查看不到明顯的斷線點，這時就應(yīng)檢查瓷瓶套管內(nèi)的連線，通常都是焊接不好造成的。2、絕緣性能及變壓器油試驗絕緣性能及變壓器油試驗是對變壓器主絕緣性能的試驗，以此發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣的局部缺陷和普遍的缺陷，它是決定進(jìn)行耐壓試驗和繼續(xù)運行的主要參考數(shù)據(jù)。絕緣性能試驗一般

19、有絕緣電阻和吸收比試驗;泄漏電流和交流耐壓試驗。（1）絕緣電阻和吸收比試驗直流電壓U作用于絕緣上時，如圖2的等效電路和圖3可以看出，瞬間的起始電流值為i0,兩電極間的總電流為i,i將對C1充電的瞬間時電流R-C支路中隨時間衰減的吸收電流i2和通過R1支路的泄漏電流i3三部分組成。總電流i隨時間衰減，最后穩(wěn)定于泄漏電流is。對于一般中、小型變壓器來說，一分鐘基本上能穩(wěn)定,對于巨型變壓器來說,需要較長的時間才能穩(wěn)定,為了節(jié)約時間,通常取加壓一分鐘后讀取泄漏電流或絕緣電阻。由圖3可見，泄漏電流is與時間無關(guān)，而與整體受潮或貫通性的缺陷有關(guān)。因此常用R60或I60來發(fā)現(xiàn)絕緣中部分或整體受潮，表面臟污和

20、表面留有放電或擊穿痕跡的缺陷。絕緣性能愈好，絕緣電阻愈高，泄漏電流就愈小。反之，絕緣電阻愈低，泄漏電流就愈大。這是判定絕緣好壞的一種方法。從圖3中可以看出，充電電流i和吸收電流i是與時間有關(guān)的兩條曲線。12絕緣性能的好壞，不但影響絕緣電阻和泄漏電流的最后穩(wěn)定值，而且使絕緣電阻隨著時間變化與總電流i的關(guān)系曲線改變。曲線i隨時間變化的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象，在同類產(chǎn)品中，絕緣性能愈好，吸收現(xiàn)象曲線衰減得愈慢；絕緣性能愈壞，吸收現(xiàn)象曲線衰減的愈快。所以，可以用R60/R15或I15/I60來判定絕緣性能的好壞。（2）變壓器油試驗變壓器油是油浸變壓器的主要絕緣部分，因此，變壓器油的電氣強(qiáng)度直接影響整個變壓器

21、的絕緣性能，在變壓器耐壓實驗前必須進(jìn)行變壓器油的試驗。變壓器油擊穿電壓的試驗應(yīng)在10-70°C之間進(jìn)行，油的擊穿電壓試驗最好在油擊穿試驗器上進(jìn)行，也可以利用試驗變壓器和調(diào)壓器帶過流保護(hù)的成套裝置上進(jìn)行。但往往后一種設(shè)備，由于擊穿電流較大，油杯的游離碳增加較多，而使試驗值偏低。在保證試驗裝置正常，油杯清潔，電極表面良好，油溫在10-70C之間時，試驗按下列步驟進(jìn)行：1）檢查油杯和電極表面狀態(tài)，除去所有外物和電極上可能遺留的燒焦痕跡，并測量電極是否正確，然后用汽油擦洗干凈。2）將變壓器油樣活塞打開，沖洗三次，然后使油徐徐流入杯內(nèi)，使其不至產(chǎn)生氣泡，到油面至杯口20mm為止。3）靜放10分鐘，以消除油中存在的氣泡。4）操作油擊穿試驗器，使電壓按每秒不大于3kV的速度升高，直到擊穿為止，記錄擊穿時的電壓。5）共試5次，每次間隔1分鐘。每次用干凈的玻璃棒撥除游離碳。6）如果5次的擊穿電壓值之差不超過25%，則取其平均值加以記錄；如果有超過25%的，須重復(fù)試驗，直到有5個可用的