电力变压器匝间短路故障分析及诊断

王永慧 杨致星

摘要：变压器在电力系统中地位十分重要，必须最大限度地防止变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故不可能完全避免。本文着重以一次铁路供电变压器事故为例，这次事故主要是由匝间短路故障引起的，从而对变压器匝间短路故障进行分析和处理。最后提出维护变压器正常运行的措施。

关键词：变压器 匝间 短路 故障

中图分类号：U226.8+1文献标识码：A 文章编号：

1电力变压器事故的经过

2010年4月8日某电力设备检修。检修完毕，送电时，变压器C相保险烧毁。更换了五六根保险也不行，后又更换避雷器还是送不上电。然后用仪器测试变压器，测得变压器高压侧B相和C相匝间阻值不够。最终更换了变压器。

2电力变压器事故的原因

在英国人A.C.夫兰克林和D.P.夫兰克林编著的《变压器全书》中叙述: “对一个时期以来近代变压器所发生的击穿事故所作的研究确实证明,变压器损坏总量的70%～80%最终归于匝间短路。

出故障的变压器是扬州三力变压器厂生产的S7-50/10，出厂日期是1996年7月。下面是使用期间测得的负荷数据表：

从上面的表中我们可以看出变压器出现故障的其中的一个原因就是C相长期过负荷。下面分析一下变压器故障的具体原因。

2.1过负荷

1．配电变压器三相负载分配不均，导致三相电流不对称、阻抗压降不对称、低压三相电压不平衡，这对用电设备是不利的。对于Y/Y0-12接线的变压器，零线将出现零序电流，而零序电流引起的零序磁通在绕组中感应出零序电势使中性点位移。其中电流大的一相过负荷，使绕组绝缘损坏，而小的一相则达不到额定值，也影响了变压器的出力。

2．当变压器低压侧发生接地、相间短路时，将产生一个高于额定电流20～30倍的短路电流；此时高压侧要保持主磁通不变，必然要产生一个很大的电流抵消低压侧短路电流的去磁作用，此时线圈内部将产生很大的机械应力，导致线圈压缩，短路故障解除后应力也随着消失。线圈重复受到机械应力作用后，绝缘衬垫和垫板等就会松动脱落，铁芯夹板螺丝也会松弛，高压线圈会畸变或崩裂，另外也会产生高出允许温升几倍的温度将变压器烧毁。

2.2 绕组绝缘受潮

绕组绝缘受潮主要因为绝缘油质不佳或油面降低导致，主要有以下几种原因：

1．配电变压器在未投入前，处于潮湿场所或多雨地区，湿度过高，潮汽侵入使绝缘受潮。

2．在储存、运输、运行过程中维护不当，水分、杂质或其他油污混入变压器油中，使绝缘强度大幅降低。

3．制造过程中，绕组内层浸漆不透，干燥不彻底，绕组引线接头焊接不良等绝缘不完整导致匝间、层间短路。在达到或接近使用年限时，绝缘自然枯焦变黑，绝缘特性下降，是老旧变压器故障的主要原因。

4．某些年久失修的老变压器，因各种原因致使油面降低，绝缘油与空气大面积、长时间接触，空气中水分大量进入绝缘油，降低绝缘强度。

2.3 变压器中的杂质

变压器内部的杂质包括水分、气体和固体杂质，在这里主要是固体杂质对变压器绝缘的影响。

固体杂质也可以称为异物，分为导电性杂质、导磁性杂质与非导电性杂质三种。导磁性杂质主要指铁粉，导电性杂质包括铜粉、铝粉、炭粉等；非导电性杂质包括绝缘纸屑、纤维、漆皮及净化用的硅胶等。上述杂质可能是变压器制造、检修过程中残留形成的，也可能是变压器运行过程中由于材料的磨损、老化等形成的。

2.4其他原因

其他原因往往是绝缘老化或制造中绝缘损坏造成短路；系统的短路冲击造成绕组松动；油泥堵塞油道导致过热等。

3电力变压器匝间短路的分析

变压器匝间短路时变压器的漏磁场变化最为明显，通过霍尔元件测量漏磁场的变化，就可反应变压器的匝间短路故障。下面就这一问题进行分析。

1．匝间短路时的短路电流

以1台单相双绕组变压器为例，变压器匝间短路时可近似以单相三绕组变压器第三绕组S发生短路来分析，等值电路如图1所示：

图1 单相双绕组变压器匝间短路故障的等值电路

图中忽略了一、二次绕组的电阻，只考虑第三绕组S的电阻，由于短路匝数少，因而考虑了电弧电阻和压降，短路电流可通过下式求出：

2．匝间短路时的漏磁场

以高低压绕组等高变压器来分析，变压器没有发生匝间短路前其漏磁场如图2，磁力线分布均匀，在绕组中部P-P截面的横向漏磁场分量为零；变压器发生匝间短路后其漏磁场如图3，由于短路匝出现较强漏磁场，从而使磁力线分布很不均匀，P-P截面的横向漏磁场分量不为零。

图2 匝间短路前漏磁场

图3 匝间短路后漏磁场

4此次变压器事故的经验总结

为了防止此类事故的重演，首先要加强电气设备的运行管理和检修，定期巡视，定期测量，定期试验，如果有缺陷要及时处理，老型号及高能耗产品要及时淘汰。

5结论

变压器在电力系统中发挥着“心脏”的功能，一旦发生故障，整个区域内的电力网将立刻瘫痪。做好变压器的检查维护工作、消除设备缺陷和隐患是极其重要的。下面是一些维护变压器正常运行的重要措施。

一、防止变压器绝缘老化。不定期地用兆欧表对变压器进行绝缘吸收比的摇测，通过直流电阻检测，根据变压器相间电阻值参数的平衡系数来及早发现问题，必要时还应对变压器进行直流泄漏电流值与往年或出厂时的数据进行比较，施加交流工频电压来进行绝缘强度检查，同时通过变压器上层油温情况，掌握变压器负荷变化,避免变压器长期处于负荷高峰运行。

二、防止变压器绝缘油劣化。对变压器油劣质的预防措施，主要是通过对变压器介质损耗进行检测，利用气相色谱来分析变压器潜伏性故障。气相色谱法具有灵敏度高、不需将设备停运等优点，可作为监测充油设备运行的重要手段。

三、防止变压器过电压引起故障。一般要求在变压器的一、二次侧装设避雷器。对于发电厂、变电所等拥有大容量主变压器的地方，还应加设过电压二次回路监控系统装置。

四、防止变压器套管破损。受潮的套管应及早进行干燥，破损的套管应更换新套管，加封气密性好、弹性强的耐油件，经试验检测合格后方可投入运行。

五、防止变压器引线的绝缘故障。变压器在投运前应对其各高低压桩头进行复检，将各接触点的螺丝旋紧，以防接触不良；同时，还应做好对其绝缘油位的监视工作，严禁无油或少油运行。

六、防止变压器磁路故障。变压器磁路故障主要反映在变压器器芯内部的绕组和铁芯之间。要确保穿心螺丝、夹板与铁芯之间有一定的安全距离，铁芯硅钢片组合之间的空隙要小。此外，变压器的铁芯要与大地可靠相连接。

七、防止分接开关故障。首先要对变压器的各电压档位进行电压比、直流电阻相间的比较测试，同时，还须对变压器进行短路、空载损耗试验，从而确定变压器是否具备安全运行条件。

八、合理分配负荷，防止单相或三相长期过负荷。规程规定，配电变压器的不平衡中性线电流不应超过低压侧额定电流25%。实际上铁路用电不同时的多，负荷大小不确定因素多，配电变压器低压供电负荷分配难以平衡达到要求。这时可考虑用大一级的配电变压器进行配电，尽量减少变压器单相长期长时间过负荷，导温度高损坏配电变压器。

附：参考文献

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。