电力变压器典型故障分析及处理

配电变压器故障的判断分析及处理

摘要：电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。在运行中，配电变压器经常发生故障。本文针对配电变压器故障率高这一实际情况，着重分析了配电变压器常见的故障和异常现象及主要原因，并针对这些故障进行了分析，同时提出了一些具体的防范解决措施，为防止和减少配电变压故障的发生。

关键词：变压器故障；短路故障；绝缘故障；故障处理。

一、变压器发生故障的原因

、制造工艺存在缺陷。如设计不合理、材料质量低劣以及加工不精细等。

、缺乏良好的管理及维护。如检修后干燥处理不充分，安装不细心，以及由于检测能力有限导致某些故障未能及时发现而继续发展或故障设备修复不彻底等。

、绝缘老化。变压器在正常运行中，由于长期受到热、电、机械应力以及环境因素的影响，会发生一些不可逆的变化过程，使绝缘老化，通常这一过程非常缓慢，但当设备发生某些异常情况时，则会加速绝缘老化过程，迅速形成故障。

、恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及长期超过技术规定允许的范围运行，往往是直接导致故障的起因。

二、变压器故障按严酷程度分类

、类灾难性：变压器爆炸或完全损坏；

、类致命性：变压器性能严重下降或严重受损，必须立即停运；

、类临界性：变压器性能轻度下降或轻度受损；

、类轻度性：不甚影响变压器运行但要进行非计划检修。

三、变压器故障按部位分类分析

变压器故障按部位通常可分为绕组、铁心、绝缘、引线、分接开关、套管、密封等七类故障。如下图所示。

、绕组故障分析

变压器绕组是变压器的心脏，构成变压器输入，输出电能的电气回路，其故障模式可分为：绕组短路、绕组断路、绕组松动、变形、位移、绕组烧损。其中绕组短路又可分为：层间短路、匝间短路、股间短路等。

变压器绕组故障除外在因素外，大部分是由于绕组本身结构及绝缘不合理所引起，以绕组短路出现率最高，它不仅影响到绕组本身，而且对铁心、引线、绝缘层等都有极大的影响。这种故障属致命性的，此时变压器内部可能出现局部高温或局部高能量放电现象，如不及时处理会导致变压器绕组完全损坏，严重时其油温声速升高，体积膨胀，甚至导致变压器爆炸，升级为灾害性故障。

对于变压器绕组松动、变形、失稳，绝缘损伤现象，变压器在这种情况下虽能运行，但实质上内部已受损，抗短路能力差，若外部短路或受到雷击的影响进一步使绕组松散，内部场强分布不均，极易导致局部放电进而损伤导线。另外松散导线也易在电磁力作用下产生振动，互相磨擦而划破绝缘。绕组烧损是指绕组绝缘部分碳化，最终形成绕组短路，发展为致命性故障，因而这类故障属于监界性故障。对此一般处理方法为： 1 、修得变形部位，必要时应更换绕组； 2 、拧紧压圈螺订，紧固松脱的衬垫、撑条； 3 、修复改善结构，提高机械强度，修补绝缘，并作浸漆干燥处理。

绕组断路，当高压侧有一相断路时，变压器将非在全相状态下运行，变压器低压侧三相电压、电流呈现不平衡，三相直流电阻也不平衡；两相断路则变压器不能运行；当低压侧两相断路时，变压器为单相负载运行，断路的两相无电压输出，因而变压器断路属于致命性故障，为此须更换或修复绕组。

、铁心故障分析

变压器铁心和绕组是传递、交换电磁能量的主要部件，要使变压器可靠运行，除绕组质量合格外，铁心质量好坏是决定正常运行的关键。铁心的故障模式可分为：铁心多点接地、铁心接地不良、铁心片间短路。其中铁心多点接地可分为：铁心动态性多点接地和牢靠性多点接地。

变压器铁心故障以铁心多点接地出现较多，伴随有铁心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、铁心片绝缘层老化，

甚至使铁心接地引线绕断，这类故障属临界性故障。铁心片间短路将会在强磁场中形成涡流使铁心局部过热，铁心接地不良也会使铁心局部过热，同时出现介损超标现象。局部过热现象易烧坏铁心片间绝缘，扩大铁心故障，因而它们也属临界性故障。而铁心动态性接地情况将有所不同，它主要是由杂质在电场力作用下形成导电小桥（由一些杂质纤维与金属粉末组成），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。

变压器铁心应定期测试其绝缘强度，用 1000 伏兆欧表测得绝缘值不应低于 2 兆欧，发现绝缘强度低于标准时，要及时更换螺栓套管和绝缘垫，或对绝缘损坏的硅钢片进行重刷绝缘处理。

、分接开关故障分析

有载分接开关内部传动结构较为复杂，而且经常操作切换，它的故障直接影响到变压器的正常运行，分接开关由于受高温和绝缘油影响，极易使触头表面氧化，产生氧化膜，使触头间接触电阻增大，由于接触不良引起局门路高温，破坏接触表面。其故障模式主要有简体爆炸、触头烧损、档序错乱、齿轮损坏。简体爆炸甚至会导致变压器着火，属致命性故障。开关档序错乱、齿轮损坏、触头烧损在故障状态下运行将会扩大故障，它属临界性故障。

对此的一般处理方法是： 1 、更换或修整触头弹簧； 2 、拧紧松动的螺栓； 3 、对分接开关位置错位要进行纠正； 4 、若属于有载调压装置安装或调整不当则要对调压装置按要求进行调整。

、引线故障分析

引线是变压器内部绕组出线与外部接线的中间环节，其接头通过焊接而成，因而焊接质量好坏直接影响到引线故障的发生。其主要故障模式有：引线短路、引线断路、引线接触不良。

引线相间短路和不及时处理会导致绕组相间短路，属致命性故障，事故扩大会发展成为灾难性故障。引线接触不良会产生局部高温烧断引线而使变压器停止运行，属于临界性故障。

引线接触不良有以下原因： 1 、螺栓松动； 2 、焊接不牢； 3 、分接开关接点损坏。针对上述原因，应采取如下措施： 1 、在变压器停运检修时，应对接触不良的螺栓都重新紧固； 2 、检修时在焊接前必须将焊接面清洗干净，焊接后认真检查焊点质量，以防运行时焊点脱落引起事故； 3 、应将开关转换到位，逐个紧固螺栓，确信一切正确无误后，才允许投入运行。

、套管故障分析

套管是变压器内绕组与油箱外联结引线的重要保护装置。它长期遭受电场、风雨、污染等影响，易使瓷釉龟裂，绝缘老化，是变压器故障多发部位。其故障式主要有：套管炸裂、套管位移、开焊、局部放电。套管爆炸将致使变压器停运甚至烧毁，故属于致命性故障；套管位移、开焊将会有水顺着套管进入变压器本体内，极易导致变压器绕组短路或相间短路，局部放电或易局部过热，易使套管内部绝缘击穿，属临界性故障。

一般处理方法是： 1 、清除瓷套管外表面的积灰和脏污； 2 、若套

管密封不严或绝缘受潮劣化则应更换套管。

、绝缘故障分析

变压器内部绝缘是变压器质量优劣的关键，大部分故障都是因绝缘性能不佳引起，因而绝缘的好坏是变压器能否长期、安全可靠运行的基本保证。绝缘故障模式可分为：绝缘损伤、介损超标。

绝缘损伤与介损超标在短期内变压器仍能正常运行，但这些故障会使变压器内部产生局部放电或局部轻度过热现象，进一步损伤绝缘将导致变压器内绕组局部短路、绝缘件碳化等故障，属轻度性故障。

一般处理方法有： 1 、对绝缘受潮要进行干燥处理； 2 、若变压器油劣化则要更换或处理变压器油； 3 、检查油道是否堵塞，并清除油道中的杂物； 4 、若油面过低则应检查有否渗漏及增加油量至油面线。

、密封不良

变压器密封不良主要是接头处处理不好，如焊接质量不良、螺栓乱扣以及法兰不平等原因造成。其后果是漏油、漏气，影响范围大。故障模式有密封圈老化、瓷套脱落或破裂、箱体焊点裂纹、潜油泵处漏气等。

这类故障通常不易被发现，检查中要特别注意。发现问题应及时处理：1 、对密封圈老化要更换密封圈； 2 、属瓷套破裂要更换瓷套； 3 、箱体焊点有裂纹须补焊； 4 、所有紧固螺栓必须拧紧。

四、从变压器的异常声音判断故障

、“吱吱”声。当分接开关调压之后，响声加重，以双臂电桥测试其直流电阻值，均超过出厂原始数据的2％，属接触不良，系触头有污垢而引起的。处理方法：旋开分接开关的风雨罩，卸下锁紧螺丝，用搬手把分接开关的轴左右往复旋转10～15次，即可消除这种现象，修后立即装配还原。其次，终端杆引至跌落式熔断器的引下线采用裸铝或裸铜绞线，但张力不够，再加上瓷瓶扎线松驰所致。在黄昏和黎明时可见小火花发出“吱吱”声，这与变压器内部发出的“吱吱”声有明显区别。处理方法：利用节假日安排停电检修，将故障排除。

、“噼啪”的清脆击铁声。这是高压瓷套管引线，通过空气对变压器外壳的放电声，是变压器油箱上部缺油所致。处理方法：用清洁干燥的漏斗从注油器孔插入油枕里，加入经试验合格的同号变压器油(不能混油使用)，补油量加至油面线温度+20℃为宜，然后上好注油器。否则，油受热膨胀会产生溢油现象。如条件允许，应采用真空注油法以排除线圈中的气泡。对未用干燥剂的变压器，应检查注油器内的排气孔是否畅通无阻，以确保安全运行。

、沉闷的“噼啪”声。这是高压引线通过变压器油而对外壳放电，属对地距离不够(＜30mm)或绝缘油中含有水份。驱潮的方法：另从三相三线开关中接出三根380V的引线，分别接在配电变压器高压绕组A、B、c端子上，从而产生零载电流，该电流不仅流过高压线圈产生了铜损，同时也产生了磁通，磁通通过线圈芯柱、铁心上下轭铁、螺栓、油箱还产生了铁损，铜损和铁损产生的热能使变压器油、线圈、铁质

部件的水份受到均匀加热而蒸发出来，均通过油枕注油器孔排出箱外。低压线圈中感应出25V的零载电压，作为油箱产生涡流发热的电源。从配电变压器的低压绕组a、b、c端子上，接出三根10～16mm2塑料铝芯线，分别在油箱外壳上、中、下缠绕三匝之后，均接于配电变压器低压绕组零线端子上，所产生的涡流发出的热能能使配电变压器油箱受到均匀加热，进一步提高配电变压器的干燥质量。注意，若焙烘的温度高于配电变压器的额定温度，去掉B相电源后即可降低干燥时的温度。

、“吱啦吱啦”的如磁铁吸动小垫片的响声，而变压器的监视装置、电压表、电流表、温度计的指示值均属正常。这往往由于新组装或吊芯检修时的疏忽大意，没将螺钉或铁垫上紧或掉入小号铁质部件，在电磁力作用下所致。处理方法：待变压器吊芯检修时加以排除。

、特殊噪声。由于负载和周围环境温度的变化，使油枕的油面线发生变化，因此，水蒸气伴随空气一并被吸入油枕内，凝成水珠，促使内部氧化生锈，随着积聚程度加剧，会落到油枕的下部。铁锈通过油枕与油盖的连通管，堆积在部分轭铁上，从而在电磁力的作用下产生振动，发出特殊噪声。这还会导致变压器运行油机械杂质增多，使油质恶化。处理方法：油枕与集泥器的清洁是同时进行的，应根据变压器的负荷情况，温升状况来决定。使用经验证明，两年清洁一次为好。、继续放电声。变压器的铁心接地，一般采用吊环与油盖焊死或用铁垫脚方法。当脱焊或接触面有油垢时，导致连接处接触不良，而铁心

及其夹件金属均处在线圈的电场中，从而感应出一定电位，在高压测试或投入运行时，其感应电位差超过其问的放电电压时，即会产生断续放电声。处理方法：吊芯检查。把接地脱焊面清除干净，重新电焊或把油泥消除至清洁为止，保持良好的接触状态。同时应以500V摇表测试，铁心与变压器外壳要接地良好。

五、变压器温度异常

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，也是变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器故障象征。引起温度异常升高的原因有：、变压器匝间、层间、股间短路；

、变压器铁芯局部短路；

因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。

处理方法：运行时发现变压器温度异常，应先查明原因后，再采取相应的措施予以排除，把温度降下来，如果是变压器内部故障引起的，应停止运行，进行检修。

六、喷油爆炸

喷油爆炸的原因是变压器内部的故障短路电流和高温电弧使变压器油迅速老化，而继电保护装置又未能及时切断电源，使故障较长时间持续存在，使箱体内部压力持续增长，高压的油气从防爆管或箱体其它

强度薄弱之处喷出形成事故。

、绝缘损坏：匝间短路等局部过热使绝缘损坏；变压器进水使绝缘受潮损坏；雷击等过电压使绝缘损坏等导致内部短路的基本因素。

、断线产生电弧：线组导线焊接不良、引线连接松动等因素在大电流冲击下可能造成断线，断点处产生高温电弧使油气化促使内部压力增高。

调压分接开关故障：配电变压器高压绕组的调压段线圈是经分接开关连接在一起的，分接开关触头串接在高压绕组回路中，和绕组一起通过负荷电流和短路电流，如分接开关动静触头发热，跳火起弧，使调压段线圈短路。

七、油位显著下降及严重漏油

正常时的油位上升或下降是由温度变化造成的，变化不会太大。当油位下降显著，甚至从油位计中看不见油位，则可能是因为变压器出现了漏油、渗油现象。变压器运行中渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。

八、油色异常，有焦臭味

新变压器油呈微透明、淡黄色，运行一段时间后油色会变为浅红色。如油色变暗，说明变压器的绝缘老化；如油色变黑(油中含有碳质)甚至有焦臭味，说明变压器内部有故障(铁心局部烧毁、绕组相间短路等)，这将会导致严重后果，应将变压器停止运行进行检修，并对变压器油进行处理或换成合格的新油。变压器油在变压器中起绝缘和冷却作用，若油质变坏就会起不到应有的作用。为防止因油质变坏而发生严重后果，应在变压器正常运行时，定期取油样进行化验，以便及时发现问题。

以上对变压器的声音、温度、油位、外观及其他现象对配电变压器故障的判断，只能作为现场直观的初步判断。因为，变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。必要时必须进行变压器特性试验及综合分析，才能准确可靠地找出故障原因及处理方法。

九、结束语

据统计，大型电力变压器故障以临界性故障出现最多，灾难性故障出现率最低但危害程序最大，致命性故障出现率较高，轻度性故障率不高；严酷程度低的故障进一步发展可能级或越级成为严酷度高的故障，因而在变压器运行维护时要坚决杜绝（Ⅰ）类故障，加强防范（Ⅱ）类故障，密切注意（Ⅲ）类故障，时刻提防（Ⅳ）类故障。

大型电力变压器灾难性故障或致命性故障不仅给自身带来巨大的损失，同时也严重影响电网的安全运行。因此，对电力变压器应建立在线监测装置，密切注视其临界状态，以确定是否需要进行检修，能有效地防止故障状态的转化，减少或避免电力变压器故障发展带来的损失，提高电力变压器运行的可能性。

参考文献：

[1]赵家礼，张庆达变压器故障诊断与修理（M）北京：机械工业出版社2000