海洋环境下干式变压器的故障预测与运行管理

颜光前

中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300450

引言

干式变压器在海洋石油平台电力系统中广泛应用，干式变压器通常由铁芯、绕组、附属装置组成。其中铁芯通常由硅钢片组成，绕组通常采用环氧树脂浇注的方法，干式变压器通常配有散热风机、温度控制器、有载调压器等附件。干式变压器具有结构简单、维护工作量小等优点。与油浸式变压器相比干式变压器没有漏油的风险，在火灾、爆炸、污染环境等方面的风险较低。

海洋环境具有高盐雾、高湿度、夏季高温等特点，因此在海洋石油平台中使用的设备多要求具备防盐雾、防湿热、防腐蚀的要求。通常情况下干式变压器被安装在海洋石油平台的上的房间内，房间通常产用通风换热。干式变压器虽然没有直接处于海洋环境下，但风机使房间内部仍与外界环境保持互通，干式变压器仍处于高盐雾、高湿度的状态。干式变压器处于较为特殊的海洋环境，为了保证设备的稳定运行，变压器的运行监测、故障预测等方面工作在设备的全周期生命管理中较为重要。

1 干式变压器的常见故障

在海洋石油工业实际运行过程中，干式变压器主要在铁芯多点接地、接头过热、表面受潮、表面污染、内部异物、调压器分接头、内置风机及温度控制器等方面出现故障。

1.1 铁芯多点接地 变压器铁芯一般能一点接地，不允许多点接地。变压器运行过程中，低压绕组与铁芯之间、铁芯与变压器夹具之间存在电容。此部分电容可引起爬电或局部放电，甚至破坏变压器绝缘。为了消除此部分电容所以铁芯需要可靠接地。但若铁芯多点接地，在接地点间会产生环流，进而引起局部高温或加速绝缘老化。

1.2 接头过热故障 在变压器运行过程中，接线端子处由于虚接等原因产生大量热量或发生局部放电，甚至严重损坏变压器。接头过热的原因主要有端子松动、铜铝连接、表面杂质、导电膏稀薄等。变压器绕组引出端为铜质，铜铝连接在潮湿的盐雾环境下会发生电化学腐蚀，进而引发导电不良，造成接头过热。在安装制造过程中，铜铝不可以直接连接。

1.3 表面受潮与污染 干式变压器不同于油浸式变压器，干式变压器不需要密封处理，因此干式变压器在运行过程中会积累灰尘。在变压器停运检查的过程中应当对内部灰尘积累情况进行检查，若灰尘积累过多应进行处理。干式变压器内部灰层过多造成表面污染，将会影响设备散热，造成局部高温，甚至引起变压器局部放电故障。表面受潮将会引发绝缘不良、爬电、局部放电等问题，且发生的位置不同将引起不同程度的危害。在海洋高湿度、高盐雾的环境下，表面受潮问题发生的风险较高。在变压器长期停运后，应当先进行充分干燥再投入运行。通常情况下，表面受潮与污染同时发生。

1.4 内部异物 在变压器初次运行或检修后，易发生内部异物故障。变压器内部处于高磁场状态，内部金属异物受电磁感应用作将发热，或者造成局部绝缘不良、局部放电、局部振动异常等问题。异物也有可能划伤绕组表面，造成绝缘破坏等问题。在变压器安装检修过程中，需要避免遗落工具、备件等物品。通常在进入变压器外壳前，应当清理随身物品，清点携带工具。在检修完毕后，再次清点工具物料，避免遗漏。在安装检修过程中拆卸或使用的螺栓等小型备件，也应进行妥善保管。

1.5 附件异常 在海洋石油平台中，干式变压器普遍配置温控器、内部散热风机等附件。温度探头断线、跳变等问题将造成断路器误动作等问题。内部散热风机故障将造成干式变压器高温。通常大型干式变压器内置6个散热风机，若单个风机故障，将使单相绕组或局部温度异常。一般可以通过变压器温度控制器进行判断。由于风机、探头、温度控制器等附属装置的存在，使干式电力变压器内部存在控制回路，控制回路的端子虚接也将影响变压器的正常运行。

对海洋石油油田群电力组网中的升压变压器，通常配置有载调压器，有载调压器的接头及档位连接点等处也成为故障发生的风险点，应保持对其的检查与维护。随着，附属装置的增多，若装置故障不牢将产生振动，影响变压器的运行声音，附件的固定装置脱落也有产生内部异物故障的风险。

2 干式变压器运行监测的主要参数

为了能够预测干式变压器故障，海洋石油平台通常配备变压器在线监测系统，用于监测变压器运行温度、振动、局部放电等参数。在运行维护过程中，结合配电柜中的变压器综合保护装置，能够更为全面的监测变压器的运行状态。

2.1 温度监测 变压器高压侧绕组温度，低压侧绕组温度，铁芯温度是变压器温度监测的重点。干式变压器温度控制系统中能够显示较为全面的温度数据，结合环境温度、湿度、变压器带载情况、及风机运行情况，能够分析变压器温度变化趋势，变压器温度趋势是预测变压器运行状态的一种方法。通常情况，变压器内部铁芯温度最高。干式变压器低压侧绕组位于绕组内圈，靠近铁芯，且低压侧绕组电流大于高压侧绕组，低压侧绕组温度一般高于高压侧绕组温度。三相绕组温度基本均衡，通常中间相温度略高。变压器内置风机的运行，受温度探头反馈数据控制。通常温度控制器设置高温报警与超温跳闸信号，温度控制器的报警信息也是温度监测的关键。

2.2 振动监测 变压器振动监测由变压器在线监测系统中的温度探头采集数据，振动探头通常位于干式变压器外壳内侧。根据振动探头布置的位置及数量不同，其监测的范围也不同。通常由于干式变压器可能发生振动的部位较多，振动探头难以完全准备覆盖。当振动探头发生报警时，应及时进行全面的检查与紧固。通常在变压器垫块、端子、夹块、外壳螺栓处易发生松动，此部分振动排查的重点。

2.3 局部放电监测 局部放电数据的监测是由变压器在线监测系统中的局部放电探头采集数据，局部放电探头均匀布置在变压器外壳内部。通过分析局部放电探头数据，结合局部放电探头布置位置，能够初步判断局部放电发生的位置。在变压器运行监测过程中，应注意局部放电参数的变化趋势。当变压器在线监测系统发出局部放电报警时，应及时分析并进一步加强关注。

2.4 运行电流监测 运行电流是干式变压器日常监测的基础数据，通常通过干式变压器高压侧、低压侧对应断路器柜上的多功能表或综合保护装置读取。干式变压器正常运行状态下，三相电流相互平衡，高压侧与低压侧电流按绕组变比变化。一般情况下，干式变压器的运行电流、电压数据发生明显异常时，代表变压器已出现严重故障。此时配电系统中的综合保护装置能后及时进行保护动作。干式变压器运行电流在日常监测中，只要用于分析确定变压带载情况，配合分析变压器温度变化趋势。对于电网调度人员，运行电流用于参考调度方案的调整，避免形成变压器过载故障。

2.5 差动电流监测 变压器差动电流用于计算与判断变压器差动保护，差动保护是变压器的主保护。差动保护由综合保护装置实现，变压器差动保护可以反应干式变压器绕组间故障及接地故障。可以在综合保护装置上查看，变压器差动电流。正常情况下，变压器差动电流为零。在变压器初次投用或检修后投用，应重点关注变压器差动保护电流。但变压器绕组间故障往往是发生较快，现场人员难以预测与干预。差动电流由综合保护装置实时监测，现场运维人员的监测通常作为变压器升级管理的一项内容。

2.6 零序电流监测 零序电流的监测与差动电流基本一致，零序电流主要用于接地保护。但与差动保护不同，在特殊情况下，零序电流是逐渐增大至保护动作值，观察与监测零序电流的变化趋势也是变压器升级管理的一项内容。

3 干式变压器的全寿命周期管理

基于对干式变压器常见故障的分析与预测，结合干式变压器运行关键参数变化趋势的分析，实现干式变压器的全寿命周期管理。

3.1 维护保养

3.2.1 日常运行检查 在干式变压器的日常检查中，重点关注运行监测参数，注重数据的准确性与可对比性。数据的可对比性即是在数据记录尽可能保持在每日的相同时间段，以便于对比数据变化趋势，此外如环境温度等相关的干扰参数也应该纳入记录。

3.2.2 周期性预防维护 干式变压器的周期性预防性维护主要分为月检、季检、年检、大修。月度与季度的维护保养在参数记录的基础上注重使用点温枪、热成像仪、局部放电监测仪等专业工具进行测量，月度与季度维护保养通常保持变压器的原有运行状态。年检、大修注重在变压器退出运行状态下的检查维护，主要包括灰尘清洁、端子紧固等。变压器的日常检查、月检、季检、年检、大修逐级强化检查，又是相符相成的。日常检查发现的趋势在后续检查中得以进一步确认及处理，细化检查中的问题又指导日常检查的重点方向。

3.2 设备资料管理

3.2.1 关键设备资料 设备资料是变压器的全寿命记录，关键记录主要包括：技术参数、厂家说明书、调试报告、相关证书、维护保养记录、故障维修报告等。

3.2.2 资料管理的意义 对于海洋环境下干式变压器的检查与管理是基本统一的，但是对每一台单独变压器，其检查关注的侧重点又会有所不同。不同点主要在于此变压器曾经发生的故障、隐患等，此方面内容正是设备全周期资料的主要意义。此外，设备资料在设备更换、改造等方面也有重要意义。

4 结语

在高温、高湿、高盐雾的海洋环境下，对干式变压器的运行管理有着较高的要求，基于变压器常见故障分析预测及仔细的参数监测，结合维护保养与资料管理能够更好的对变压器进行全寿命周期维护。