电气试验对变压器的重要性.doc

变压器的电气试验张昭摘 要：变压器是变电站最为重要的电气设备，所以保证变压器的正常运行至关重要。变压器在运行过程中，在高电压的作用下会发生一系列物理和化学上的变化，比如绝缘油的裂化，变压器绝缘部件的老化等。这些变化在起初很微小，很难察觉，也不会影响到变压器的正常运行，但如果置之不理，时间一长，这些微小的变化就可能演化成设备的故障，影响到变压器的正常运行，甚至造成巨大的经济损失。这些微小的变化虽然不易察觉，但是我们通过一些电气试验就能准确的判断这些微小变化的趋势，在这故障萌发的早期就将其消除，所以电气试验是确保电力设备正常运行的重要措施。 关键词：变压器 电气试验 继电保护 直流电阻变压器是电力系统的电气设备。尽管变压器是静止设备，结构牢靠，故障机会比较少，但运行经验表明，在长期运行中，会受到水分，潮气的浸入，还会受到机械应力和电场的作用、导体本身发热的作用以及大自然等各种因素的影响，会使绝缘逐渐发生老化而形成缺陷，绝缘缺陷的存在和发展造成在实际运行中可能发生各种类型的故障和异常运行状况，给电力系统的安全可靠运行带来严重影响。根据绝缘预防性试验，可以判定是否存在绝缘缺陷或能否继续投入运行，除了对绝缘状态的变化，和绝缘缺陷的有针对性的试验项目进行历史比较外，还应对设备的绝缘结构特点，对应试项目的试验结果进行综合分析，通过设备性能变化的规律加以确定。而继电保护装置就是能反映被保护设备的故障或不正常运行而将故障设备从电网中切除，保证无故障设备迅速恢复正常运行，并使故障设备免于继续遭受破坏。因此，必须根据变压器的容量及重要性进行电气试验数据检测以及装设性良好、动作可靠的保护装置。一、 变压器的原理及结构分析1、 变压器的原理分析在交流电路中将电压升高或降低的设备叫变压器。变压器能把任意数值的电压转换成频率相同的我们所需的电压值，以满足电能的输送，分配和使用要求。变压器是根据电磁感应原理制成的。它由一个用硅钢片（或矽钢片）叠成的铁芯和绕在铁芯上的两组线圈构成。铁芯与线圈间彼此相互绝缘，没有任何电的联系，如图所示。我们将变压器和电源一侧连接的线圈叫初级线圈（或叫原边），把变压器和用电设备连接的线圈叫做次级线圈（或副边）。当将变压器的初级线圈接到交流电源上时，铁芯就会产生变化的磁力线。由于次级线圈绕在同一铁芯上，磁力线切割次级线圈，次级线圈上必然产生感应电动势，使线圈两端出现电压。因磁力线是交变的，所以次级线圈的电压也是交变的。而且频率与电源频率完全相同。理论证实，变压器初级线圈与次级线圈电压比和初级线圈与次级线圈的匝数比值有关，可用下式表示： 初级线圈电压 初级线圈匝数 = 次级线圈电压 次级线圈匝数说明匝数越多，电压就越高。因此可以看出，次级线圈比初级线圈少，就是降压变压器。相反则为升压变压器。2、 变压器的组成变压器主要由铁芯、线圈组成的。此外还有油箱、油枕、绝缘套管及分接开关等。（1）铁芯：主要作用是导磁。所以多采用导磁性能很好的硅钢片叠成，片厚一般只有0.350.5毫米，并两面涂漆，以减少损耗。（2）线圈：一个变压器内有两种电压线圈（初级线圈和次级线圈），都是由绝缘铜线（铜线外表涂以高强漆皮）或铝线绕成的多层线圈，用来套在铁芯上。（3）油箱：是变压器的外壳。内装铁芯、线圈和变压器油。使铁芯与线圈浸在变压器油内，起散热作用。（4）油枕：就是储油器。油枕起着储油和补油的作用，当变压器运行时，温度升高油膨胀，油箱的油流入油枕；当温度下降油收缩时，油枕里的油又流入油箱中，这样来保证油箱中油始终充的满满的。（5）绝缘套管：为初级线圈和次级线圈引出到油箱外部的绝缘装置，同时起着对地绝缘作用。（6）分接开关：是调整电压比的装置。为了使次级电压符合用户要求，在初级线圈末端相应留有三至五个抽头，并将这些抽头分别接到一个开关上，就叫分接开关。一般可以调整的范围是额定电压的5%。注意分接调节时必须切除电源。3、 变压器的分类变压器常用的有：按相数分，有单相变压器和三相变压器。按用途分，有电力变压器，专用电源变压器（电镀、电解、电焊等），调压变压器，测量变压器（电压互感器、电流互感器），小型电源变压器（用于小功率设备），安全变压器等。按结构特点分，有芯式和壳式两种，线圈双绕组、三绕组和多绕组，自耦变压器。按冷却方式分，有油浸式和空气冷却式。经过多年对昆钢板带厂、炼铁厂、炼钢厂、棒线厂、水泥厂等单位变压器的检测，大多属于油浸式变压器，因此本文主要对油浸式变压器的电气试验进行分析。二、 变压器的故障分析由于电力变压器的工作环境较差，一些部件如：铁芯、绕组、分接开关、气体继电器等常会发生故障。对这些部件的检修，能够及时排除故障，从而保证供电的质量和可靠性。要排除这些部件的故障，必须先了解电力变压器常见故障发生的部位、故障现象及故障产生的原因等。经过多年对变压器的检测，对电力变压器的常见故障现象和原因归纳如下：故障部位故障种类故障现象故障原因分析铁芯铁芯叠片间绝缘损坏或局部烧熔空载损耗大高压熔丝熔断油温升高油色变深吊心检查，可见漆膜脱落，部分硅钢片裸露、变脆、起泡，并因绝缘炭化而变色受剧烈振动使叠片间发生位移而摩擦引起叠片间绝缘老化或有局部损伤夹紧铁芯的穿心螺杆与铁芯间绝缘老化，使螺杆与铁芯叠片间接触造成短路而发热，引起局部烧熔铁芯两点接地形成涡流通路，使铁芯局部严重发热叠片有不正常响声铁芯叠片间有异常响声铁芯叠片中有多片或缺片铁芯的紧固件松动铁芯油道内或夹件下面有未夹紧的自由端铁芯局部短路或铁芯局部烧熔铁芯叠片间有杂物或叠片在接缝处有弯曲绕组匝间短路或层间短路变压器异常发热油温升高变压器油发出特殊的“咝咝”声电源侧电流增大高压熔丝熔断气体继电器动作绕组匝间或层间绝缘老化变压器油中含有水分及腐蚀性杂质外部短路过载等所产生的电磁力，使绕组产生机械形变而使绝缘损坏绕组开路断线处产生电弧，使变压器有放电声断线的相没有电流导线接头、引出线焊接不良雷击冲击电流造成断线安装套管时使引出线扭断分接开关触头表面熔化与烧坏油温升高高压熔丝熔断触头表面产生放电声开关装配不当，造成接触不良触头的弹簧压力不够相间触头放电或各分接头放电高压熔丝熔断油枕盖冒烟变压器油发出“咕嘟”声过电压引起变压器油内有水螺钉松动，接触不良套管对地击穿高压熔丝熔断套管有隐蔽的裂纹或有碰伤套管表面污垢严重变压器油面下降过多套管间放电高压熔丝熔断套管间有杂物故障部位故障种类故障现象故障原因分析瓦斯继电器不动作发生严重故障时不动作上下油杯不灵活干簧触点的通断不正确干簧触点有被粘住现象接线板及接线柱间绝缘损坏接线板、放油口、试验杆顶和两端法兰处有漏油现象变压器油油变质变压器油色变暗变压器故障引起油分解变压器油长期受热氧化严重，油质劣化三、电气试验1、绕组直流电阻试验绕组电阻的测量是变压器试验中既简便、又重要的一个试验项目。通过绕组电阻的测量，可以检查出绕组内部导线的焊接质量；引线与绕组的焊接质量；绕组所用导线的的规格是否符合设计；分接开关、引线与套管等载流部分的接触是否良好；三相电阻是否平衡等。在变压器的负载试验中，对于附加损耗较大的变压器，要提供测量较准确的绕组电阻，以便计算电阻损耗用。在变压器的升温试验中，用电阻法测量绕组平均温度时，绕组电阻的测量误差最好不超过0.2%，以便达到温升试验的要求。基于以上情况，确定正确的测量方法，选择适当的测量设备，是保证测量绕组电阻准确度的关键。（1）、测量方法目前我们采用的测量方法是电桥法，使用扬州华电电气有限公司生产的2040型变压器直流电阻测试仪，直接将测试线接入变压器绕组三相出线端即可。该仪器具备单臂电桥和双臂电桥的功能，准确度高、灵敏度高，具有直接读数的优点。（2）、测量数据分析影响变压器绕组电阻测量准确度的因素很多：表计的准确度级次、接线的方法、温度的测量、试验接触状况和电流稳定情况等等。因而，在测量前要加以考虑，以减小或避免上述可能产生的误差，而得到较为准确的测量电阻值。1）电阻测量和温度的关系测量电阻时，准确的记录被试绕组的温度十分重要，器身浸入油中不励磁静放三个小时后方能确定油的平均温度。认为此时绕组温度与油的平均温度相同。油的平均温度取顶层油温与散热器进出口温差之半的差。在温升试验测量冷态电阻时，为了准确的确定绕组平均温度，强迫油循环变压器应开动油泵使油循环。在绕组温度为t时测出的绕组电阻，应换算至75时的阻值，与设计值比较并提供给用户。换算公式如下：R75=RtK式中 R7575时的电阻值：Rt环境温度下的电阻值 式中 T 因数（铜导线为235，铝导线为225）； T 绕组温度，2）不同联结绕组的电阻测量对于无中性点引出的星形联结或三角形联结的绕组，应测量其三相的线电阻；对于有中性点引出的星形联结的绕组，应测量其相电阻，对于低压为400V yn联结的配电变压器例外，因为其中性点引线所占比重比较大，故应测量其线电阻。试验中对带有分接开关的绕组，应在所有分接下测量其绕组电阻。变压器绕组分接间的绕组电阻差一般近似于分接电压比的差，即5%或22.5%等。但个别小容量高电压变压器，如50kVA 35kV的绕组，由于分接线段用较正常线段线号粗的导线，所以虽然分接电压差0.5%，而绕组电阻只差0.1%左右。3）三相电阻不平衡的分析除了比较其分接间相差的阻值外，还应比较三相间所测电阻的不平衡率（以三相实测最大值减最小值为分子，三相实测平均值做分母计算），一般产品所测电阻值的三相不平衡率均应小于2%，如果产品由于导线材质和结构等原因三相电阻不平衡率超出这一规定时，除在出厂报告中写明具体实测值外，还应注明引起这一偏差的原因，应对实测值进行比较。绕组电阻测量后均换算成相电阻，然后再换算到75的电阻作为试验数据分析，如果测量的是线电阻，应按下列公式换算成相电阻。星形联结时 Rxg = Rxn/2三角形联结时 Rxg = 1.5Rxn 式中 Rxg相电阻；Rxn线电阻。测量结果，如果三相线电阻不平衡率超过2%，并且无法准确地测量其相电阻时，则需按下列算法求出每相电阻值，然后和设计值或出厂数据比较，即可找出缺陷相。当绕组星形联结时 Ra = (Rab+Rac-Rbc)/2 Rb = (Rab+Rbc-Rac)/2 Rc = (Rbc+Rac-Rab)/2当绕组三角形联结，并为a-y；b-z；c-x时 Ra = （Rac-Rp）- Rb = （Rab-Rp）- Rc = （Rbc-Rp）- Rp = 式中 Ra、Rb、Rc相电阻； Rab、Rbc、Rac线电阻。三相电阻不平衡或与设计值相差太大，最常见的几种原因。1）分接开关接触不良。一般表现为个别一两个分接头的电阻偏大，而且三相之间电阻不平衡。主要是由于分接开关内部不清洁，电镀脱落，弹簧压力不够等原因造成的。如：棒线第二作业区1400kVA变压器，名牌数据为:型号：ZS9-1400/6 容量:1400kVA 电压：6000/420V接法:D,d0 出厂编号：T99-474 厂家：云变档位 AB（）AC（） BC（） 偏差值%0.22810.22830.22800.130.22260.30070.3013350.21680.21160.21680.090.21140.21150.21140.040.20620.20620.20610.04从上表分析，发现档的电阻严重超标，后经入厂抽芯检查，发现档的换档开关的触点被烧毛，经处理后，直流电阻符合标准。 2）焊接不良。由于引线和绕组焊接处接触不良造成电阻偏大，多股并绕绕组，其中一股或两股没有焊上，一般这时电阻偏大的较多。如：焦化厂1000 kVA变压器，接法Y,yn0，出厂编号20092271，低压侧电阻分别是a相0.0009333、b相0.001012、c相0.0009321，偏差值为8.57%，经入厂抽芯检查发现，b相焊接处有两根脱焊，重新焊接后，直流电阻符合标准。3）三角形接线一相断线。当三角形一相断线，测出的三相电阻都比设计值大得多，没断线的两相比正常大1.5倍，而断线的相的电阻则比正常的大3倍。如：昆钢上厂矿2400kVA变压器，接法为Y/-11,电压35kV/6.3kV，出厂编号10N604-2，低压侧电阻ab：0.1079、ac：0.1613、bc：0.3219，偏差为198%严重超标，入厂抽芯检查发现低压侧三角形接线没有焊接好已经断开，经过焊接处理后低压侧电阻偏差符合标准。4）变压器的套管中，导杆和引线接触不良或断裂。所测三相电阻不平或偏差很大，抽芯检查看不到明显的断线点，这时就应检查瓷瓶套管内的连线，通常都是焊接不好造成的。2、绝缘性能及变压器油试验绝缘性能及变压器油试验是对变压器主绝缘性能的试验，以此发现变压器绝缘的局部缺陷和普遍的缺陷，它是决定进行耐压试验和继续运行的主要参考数据。绝缘性能试验一般有绝缘电阻和吸收比试验;泄漏电流和交流耐压试验。（1）绝缘电阻和吸收比试验直流电压U作用于绝缘上时，如图2的等效电路和图3可以看出，瞬间的起始电流值为i0，两电极间的总电流为i，i将对C1充电的瞬间时电流i1、R-C支路中随时间衰减的吸收电流i2和通过R1支路的泄漏电流i3三部分组成。总电流i随时间衰减，最后稳定于泄漏电流is。对于一般中、小型变压器来说，一分钟基本上能稳定，对于巨型变压器来说，需要较长的时间才能稳定，为了节约时间，通常取加压一分钟后读取泄漏电流或绝缘电阻。由图3可见，泄漏电流is与时间无关，而与整体受潮或贯通性的缺陷有关。因此常用R60或I60来发现绝缘中部分或整体受潮，表面脏污和表面留有放电或击穿痕迹的缺陷。绝缘性能愈好，绝缘电阻愈高，泄漏电流就愈小。反之，绝缘电阻愈低，泄漏电流就愈大。这是判定绝缘好坏的一种方法。从图3中可以看出，充电电流i1和吸收电流i2是与时间有关的两条曲线。绝缘性能的好坏，不但影响绝缘电阻和泄漏电流的最后稳定值，而且使绝缘电阻随着时间变化与总电流i的关系曲线改变。曲线i随时间变化的现象称为吸收现象，在同类产品中，绝缘性能愈好，吸收现象曲线衰减得愈慢；绝缘性能愈坏，吸收现象曲线衰减的愈快。所以，可以用R60/R15或I15/I60来判定绝缘性能的好坏。（2）变压器油试验变压器油是油浸变压器的主要绝缘部分，因此，变压器油的电气强度直接影响整个变压器的绝缘性能，在变压器耐压实验前必须进行变压器油的试验。变压器油击穿电压的试验应在10-70之间进行，油的击穿电压试验最好在油击穿试验器上进行，也可以利用试验变压器和调压器带过流保护的成套装置上进行。但往往后一种设备，由于击穿电流较大，油杯的游离碳增加较多，而使试验值偏低。在保证试验装置正常，油杯清洁，电极表面良好，油温在10-70之间时，试验按下列步骤进行：1）检查油杯和电极表面状态，除去所有外物和电极上可能遗留的烧焦痕迹，并测量电极是否正确，然后用汽油擦洗干净。2）将变压器油样活塞打开，冲洗三次，然后使油徐徐流入杯内，使其不至产生气泡，到油面至杯口20mm为止。3）静放10分钟，以消除油中存在的气泡。4）操作油击穿试验器，使电压按每秒不大于3kV的速度升高，直到击穿为止，记录击穿时的电压。5）共试5次，每次间隔1分钟。每次用干净的玻璃棒拨除游离碳。6）如果5次的击穿电压值之差不超过25%，则取其平均值加以记录；如果有超过25%的，须重复试验，直到有5个可用的数据为止。对于35kV以下的变压器，其击穿电压应不