变压器基础培训材料

变压器基础材料 2004年高电压培训班教材 高电压培训班教材 电力变压器 2004年9月22日 1 2004年高电压培训班教材 具有两个或多个绕组的静止设备，为了传输电能，在同一频率下， 通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电 压和电流，通常这些电流和电压的值是不同的。 铁心 器身 绕组 绝缘 引线 油箱本体（箱盖、箱壁和箱底 油箱 或上下节油箱） 变压器 油箱附件（放油阀门、活门、小车、油样活门、 接地螺栓、铭牌等） 调压装置——无励磁分接开关或有载分接开关 冷却装置——散热器或冷却器 保护装置——安全保护（ 压力释放阀、气体继电器、活门） 油保护（储油柜、油位计、在线滤油） 油温测量（水银、信号、线圈温度计等） 出线装置——高、中低压套管，电缆出线等 铁心是变压器的基本部件，由磁导体和夹紧装置组成。所以它有 两个作用。 在原理上：铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电 能转为磁能，又由自己的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的 媒介。因此，铁心由磁导率很高的电工钢片（硅钢片）制成，电工钢 片又很薄（0.23~0.35mm），且带有绝缘，涡流损耗很小。磁导体是铁 2 2004年高电压培训班教材 心的主体，所以下面所称的铁心实指磁导体。 在结构上，铁心的夹紧装置不仅使磁导体成为一个机械上的完 整的结构，而且在其上面套有带绝缘的线圈，支持着引线，几乎安装 了变压器内部的所有部件。 铁心的重量在变压器各部件中占有绝对优势。在干式变压器中 占总重的50%左右，在油浸式变压器中由于有变压器油和油箱，重量 比例才下降，约占40%。 变压器的铁心（即磁导体）是框形闭合结构。其中套线圈的部 分称心柱，不套线圈只起闭合磁路作用的部分称铁轭。现代铁心的心 柱和铁轭均在一个平面内，即为平面式铁心。 铁心分为两大类：壳式铁心和心式铁心。铁轭包围了线圈的， 称为壳式铁心，否则称为心式铁心。 每类中又分为叠铁心和卷铁心两种。由片状电工钢片叠积而成 的称叠铁心，由带状电工钢片卷绕而成的称卷铁心。 按相数分，用于单相变压器的统称单相铁心，用于三相变压器 的统称为三相铁心。 （ 铁心的绝缘与变压器其他绝缘一样，占有重要的地位。铁心绝 缘不良，将影响变压器的安全运行。铁心的绝缘有两种：铁心片间的 绝缘，铁心片与结构件间的绝缘。 铁心片间的绝缘是把心柱和铁轭的截面分成许多细条形的小截 面，使磁通垂直通过这些小截面时，感应出的涡流很小，产生的涡流 损耗也很小。 铁心片间无绝缘时，磁通垂直通过的截面很大，感应的涡流大。 截面厚度增加1倍，涡流损耗将增大4倍； 铁心片间绝缘过小时，片间电导率增大，穿过片间绝缘的泄漏电 流增大，将增加附加的介质损耗； 铁心片间绝缘过大时，铁心就不能认为是等电位的，必须把各片 3 2004年高电压培训班教材 均连接起来接地，否则片间将出现放电现象。这是不方便的、不可取 的。现在铁心用绝缘纸条做油道时，就需要把油道两侧的铁心片连接 起来，然后由一个接地铜片引出。 Ω 铁心片与其夹紧结构件的绝缘是防止与结构件短接和短路。铁心 片间短接总是不允许的，但是结构件间形成短路的回路顺着磁通方向 而不通过磁通，或者通过磁通很小，则影响不大。铁心片与所有夹紧 件间是必须绝缘的。 因此，铁心片与结构件间的绝缘。首先是铁轭螺杆的绝缘不可损 伤，否则有可能形成短路匝；其次是旁螺杆、侧梁、上梁和垫脚的绝 缘也应良好，否则必然产生短接铁心片的现象；至于夹件绝缘是为了 形成油道，避免铁轭磁通流入夹件而设置的，但是铁心是一点接地的， 有了夹件绝缘而又绝缘不良时，相当于又有了接地点。这样，铁轭通 过两个及以上接地点而短接，所以夹件绝缘也不可忽视。 今后的铁心不采用铁轭螺杆了，但目前正在运行中的大中型变 压器还是具有的，维护和检修时必须注意。 整个铁心是地电位的，所以其间的绝缘非常简单，用2～6mm厚 的纸板或纸管就可以了（由机械强度决定）。因此，铁心绝缘是简单 的又是重要的。 4 2004年高电压培训班教材 铁心及其金属结构件在线圈的电场作用下，具 有不同的电位，与油箱电位又不同。虽然他们之间电位差不大，也将 通过很小的绝缘距离而断续放电。放电一方面使油分解，一方面无法 确认变压器在试验和运行中的状态是否正常。因此铁心及其金属结构 件必须经过油箱而接地（如果有心柱和铁轭螺杆，则由于电容的耦合 作用，他们与铁心电位一样，不需接地），且要确保电气接通。 。铁心中有磁通的，当有多余点接时，等 于通过接地片而短接铁心片一样，短接回路中有感应环流。接地点越 多，环流回路越多，环流越大（当然与多余接地点的位置有关），各 回路均通过接地片。但是，即使只有这样一个的环流回路，电流也可 能由接近于零上升道十几安培。这样，铁心可能产生局部过热，接地 片可能烧坏而产生放电，对大型变压器安全运行不利，因此铁心必须 一点接地。 所谓一点接地，只是指其磁导体而言，其夹件不受此限。铁心片 于夹紧件要绝缘的另一个原因，就是确保铁心一点接地。 5 2004年高电压培训班教材 ，是变压器的基本部 件，也是变压器检修的主要部件。它是由铜、铝的圆、扁导线绕制， 再配置各种绝缘件组成的。 因变压器容量和电压的不同，线圈所具有的结构特点亦不相同。 这些特点是匝数、导线截面、并联导线换位、绕向、线圈连接方式和 型式等。 以保证制造或修理后的变压器可靠的运行。 3.2线圈型式 线圈型式主要是根据线圈电压等级和容量的大小来选择，根据上 述线圈的匝数、尺寸、截面形状、并联导线根数来确定。当然，也必 须考虑电气强度、机械强度、散热面积以及制造工艺的可靠性。 变压器的线圈大致分为层式和饼式两种。线圈的线匝延其轴向按 层依次排列的称为层式线圈；线圈的线匝在辐向形成线饼（线段）后， 再沿轴向排列的称为饼式线圈。变压器的线圈型式细分如下： 圆筒式——单层圆筒式、双层圆筒式 层式线圈 多层圆筒式和分段圆筒式 箔式——一般箔式、分段箔式 线圈 连续式——一般连续式、半连续式 纠结式——纠结连续式、普通纠结式和 插花纠结式 饼式线圈 内屏蔽式（内屏蔽连续式） 螺旋式——单螺旋式（单半螺旋式） 和双螺旋式（双半螺旋式） 和四螺旋式 交错式——由连续式或螺旋式线段交 错排列而成 6 2004年高电压培训班教材 内屏连续式线圈 7 2004年高电压培训班教材 纠结连续式（内屏）线圈 8 2004年高电压培训班教材 单螺旋线圈 主绝缘为每一线圈对低部分及其它线圈间的绝缘。 纵绝缘为线圈的线匝间、层间、线饼间的绝缘。引线和分接开关的绝 缘也可以同样划分。 变压器器身绝缘是主绝缘，是线圈到接地部分铁心和油箱的绝 缘（主要是端部绝缘），线圈到其他线圈的绝缘（主要是同相线圈间 9 2004年高电压培训班教材 主绝缘）。这种绝缘多为油—隔板和纸筒—油隙的形式。如下图所示。 10 2004年高电压培训班教材 变压器绝缘的耐电强度是决定能否运行的基本特性之一。而耐电 强度是由绝缘强度及其选用的绝缘材料来保证的，绝缘材料的寿命决 定了变压器的寿命，同样绝缘结构尺寸在很大程度上影响变压器的重 量和外形尺寸，因此合理的绝缘结构设计具有重要的经济意义。 在上述的各类绝缘中，根据他们的工作条件，运行中绝缘所受的 影响，对所用的绝缘材料提出了电气和机械强度，耐热性和化学稳定 性等方面的要求。在油浸式电力变压器中广泛采用下列主要绝缘材 料。 变压器油的主要成分是环烷烃、烷烃和芳香烃，以及 其他一些成分。它是油浸式变压器的最基本的绝缘材料，充满整个变 压器油箱中。其作用是绝缘和冷却。 变压器油的耐电强度、传热性比空气好得多，热容量也比空气大 的多，因此目前的电力变压器绝大部分采用油浸式。 环烷烃具有良好的化学稳定性和介电稳定性，粘度随温度的变化 小。芳香烃化学稳定性和介电稳定性亦较好，在电场作用下不析出气 体，而且能吸收气体，芳香烃含量高，则油的吸气性强，反之则吸气 11 2004年高电压培训班教材 性差，但芳香烃易燃，且随其含量含量而增加，油的比重和粘度增大， 凝固点升高。环烷烃中的石蜡烃具有较好的化学稳定性和易使油凝 固，在电场作用下易发生电离，析出气体，并形成树枝状的X-腊，影响油的导热性。变压器油中各种组分的含量取决于油源。 变压器油的耐热等级为A级，而且其燃点较低，有易燃性，因此 不宜用在具有防火要求的场所。近年来，出现了多种能替代变压器油 的合成液体绝缘材料，但多数还未在变压器中实际应用，其中重要原 因之一是新型液体绝缘材料价格较贵，从而限制了进一步的发展与推 广。 变压器绝缘老化的标志之一是tgδ%增大，其主要原因是变压器 油的tgδ%增大结果，而绝缘纸板的tgδ%平均为油的10%-20%，因而采取措施延缓变压器油老化具有实际意义。 一般是由未漂白硫酸盐纸浆经抄纸而制成。在变压器中 采用型号为DLZ-08和DLZ-12的电缆纸，其厚度为0.08mm和0.12mm。主要用作导线绝缘和线圈层间绝缘，引线包扎绝缘等，它是油浸式变 压器主要绝缘材料之一。 由硫酸盐纸浆制成。在变压器中采用型号为DH-50的电话纸。其厚度为0.5?5%mm，卷成宽度为500?10mm纸卷。主要用作线圈导线绝缘和线圈的端绝缘等。 目前，采用的皱纹纸型号为JW-50，它是将底纸为纤维 绝缘纸的绝缘纸加工成具有15%、20%、30%、50%、100%、200%和300%引伸率的皱纹纸。底纸分为低密度和高密度两种。 在油浸式变压器绝缘结构中，绝缘纸板应用最为广 泛。它由木质纤维或掺有适量棉纤维的混合纸浆经抄纸，压光而制成。 应该指出，油与纸板组合应用性能非常良好。组合后具有较高的 耐电强度。因此，目前在油浸式变压器中主要采用油与纸板组合的绝 缘结构型式。 εε εε 12 2004年高电压培训班教材 εε ε 结构形状按电场分布采用纸浆成型，绝缘成型件的 稳定性好，强度适中，提高了绝缘结构的可靠性。随着超高压大容量 变压器的发展，变压器绝缘结构及引线结构日趋复杂，因此采用一般 的由绝缘纸板粘压而成的绝缘件已不能满足要求。目前国内外在超高 压变压器中，已研制出由纸浆成型的绝缘角环，形状复杂的高压成型 引线绝缘件及其它许多成型绝缘件，如扇形护套、绝缘弯管、绝缘角 环等。绝缘成型件解决了220-500kV超高压电力变压器绝缘结构和引线绝缘问题。 目前在变压器绝缘中应用绝缘纸有两大类：植物纤维 纸和合成纤维纸。后者主要应用于干式变压器中，而油浸式变压器则 主要采用植物纤维纸及其制品。 油浸式变压器绝缘结构中所用的主要绝缘材料是变压器油和绝 缘纸，即油纸绝缘结构。变压器油与绝缘纸相结合具有很高的耐电强 度。比两者分开单独的油和纸任何一种材料都高的多。 纸的作用是把油分成无数个小油隙。一般，油的绝缘强度多低于 纤维质，同时油的介电系数低于纤维质，故油承受较大的电场强度。 在浸油良好的条件下，消除杂质程度决定了实际油纸绝缘可能达 到的电气强度，因此实际生产过程的控制具有重要意义。 油纸绝缘的缺点是两者均易被污染，含百分之几的杂质影响就很 严重，因此，在工艺过程中，尽可能的获得较纯净的油和纸，并据此 13 2004年高电压培训班教材 选择合适的工作场强，保证变压器绝缘结构可可靠性。 首先，纸的分子结构有羟基，宏观多孔结构，极易吸收水分，在 正常的大气条件下为7%-9%，饱和时可达15%。纸易被干燥，即使空气中加热也可干燥至0.1%，在真空中干燥可大大加速。而且纸和水 的亲和力较油和水的亲和力强，所以一般纸都从油中吸收水分。纸吸 收水分后不会与油平均分担水分，而影响耐电强度、绝缘老化和机械 强度，因此是应严格控制的问题。 纸在干燥过程中，要驱出纸层中的最后残存水分（约0.1%）甚为不易，它与热分解而放出的水分难以直接区分，在快速干燥时更是 如此，一般在干燥的最后阶段极易伴有热老化分解。 纸的热分解放出气体的比例约为H20:CO:CO2=70:12:18。后两者指纸纤维的焦化而不是干燥，由于变压器绝缘中对纤维上的工作场强 并不高，通常无干燥到0.1%这一危险临界值的必要。当然纸的热老 化与水分和氧的存在有关，也和其他参数有复杂的关系。 其次，必须注意到，除非纸完全被油浸透，则纸中会有空气或其 他气体的空隙。这无疑将使纸的耐电强度降低，此时空隙上所承担的 电压又比纸上高的多，空隙击穿并不意味着绝缘的损坏，这部分放电， 会逐步腐蚀绝缘，最终可导致绝缘损坏，因此，变压器绝缘的浸渍处 理方式及其工艺具有重要意义。 变压器在运行中承受的电压分三种：除长期工作电压（包括局 部放电电压）外，还有内部过电压和外部过电压。 这三种电压对变压器绝缘的作用均应以试验电压进行考核，但 是内部过电压种类太多，不能在变压器上一一进行考核。其中操作过 电压的过电压倍数最高，因此只用操作过电压代替内部过电压。 外部过电压就是雷电过电压，它对变压器而言是最主要的，因 此必须先知等值于雷电过电压的雷电冲击试验电压，其次才是工频试 验电压、操作试验电压和局部放电试验电压。 变压器的试验电压值就是它的绝缘水平。 14 2004年高电压培训班教材 变压器的绝缘水平取决于绝缘配合与试验电压。由于变电所内 均采用避雷器对变电所内，包括电力变压器在内的电气设备加以保 护，因此，绝缘配合的涵义就变成为被保护电气设备的绝缘强度与避 雷器保护水平之间的配合，也就是说在电气设备绝缘强度与避雷器之 间建立必要的合理的相互关系。 15~20% 220kV5kA330kV10kA 15 2004年高电压培训班教材 根据变压器与避雷器的绝缘配合，考虑适当的裕度，即可确定 冲击（全波、截波）、操作波及工频等的实验电压值。我国的试验电 压值见国家（GB311.1~6-83）规定。 为了合理而又可靠地确定电力变压器的绝缘结构，必须对变压 器绝缘结构中的电场分布进行分析和试验研究。 电压分布是指线圈各点电压和各点间梯度 由变压器承受的电压和过电压，求得变压器的各种试验电压，对 确定变压器的绝缘而言只是一个条件。在试验电压的作用下，变压器 内部即变压器线圈对其他各点间出现的电压值（确定主绝缘的电压差 值），以及线圈自己内部各点间出现的电压值（确定纵绝缘的匝间、 段间和层间电压差值——梯度），则是确定变压器内部绝缘的第二个 条件。 对于1min时是一侧线圈施加电压，其余线圈接地。所以 至于时，对地电压为线性分布，线圈端子间电压等于试验电压，梯度为均匀分布的平均梯度， 对于中性点直接接地的分级绝缘变压器进行感应电压试验时，其 线圈各部分电压也按线性分布，梯度也为平均梯度，但中性点电压不 为零。 总之，在工频试验电压下，按匝数的关系能准确的计算出线圈各 点的电压和梯度，且梯度按匝数平分施加电压，显然是没有最大值的。 雷电冲击试验电压除电压峰值偏高外，主要是在试验线圈中的电 压和梯度分布与工频试验电压下不一样，是随空间和时间而变化的。 此变化过程称为“波过程”，其电压和梯度分布称“冲击电压分布”， 16 2004年高电压培训班教材 简称“冲击分布”，对具体线圈结构而言称“冲击特性”，实际是一回 事。 。高压线圈电压高，所以往往研究高压线圈的冲击电压分 布。 冲击电压分布中的最大电压是决定主绝缘的一个因素（上面的工 频试验电压也是一个因素），而其最大梯度（梯度的峰值和持续时间） 是决定纵绝缘的主要依据（感应试验电压的平均梯度不高，不以为 据），不了解冲击电压在线圈中的分布是无法进行变压器的绝缘结构 的选取，无法进行绝缘检修的。 冲击波作用在线圈上将产生高于试验电压的最大电压，而冲击电 压大部分降落在线圈端部产生最大梯度。其根本原因就是由于冲击电 压起始分布和最终分布不一致，产生电压振荡的结果。 17 2004年高电压培训班教材 shal(1,x/l)Ux,中性点接地时shal U0chal(1,x/l)Ux,中性点绝缘时chal al,C0/K0 ,axU,U0e 针对以上电压分布,在变压器主、纵绝缘上分别采取了一定绝缘 18 2004年高电压培训班教材 措施。 根据工频试验电压决定 线圈间主绝缘是油—隔板绝缘，隔板为绝缘纸筒，35kV级及以 下可以采用胶纸筒，35kV级以上只能采用绝缘纸筒。根据上面的绝 缘性质可以决定线圈间主绝缘的电气强度，其中最主要的是紧靠线圈 表面油隙中的电气强度。它分为厚纸筒大油隙和薄纸筒小油隙两种结 构的电气强度。 a.厚纸筒大油隙的电气强度：线圈间主绝缘距离中纸筒为6mm 以上，油隙大于20mm时称后纸筒大油隙结构（60kV级及以下常采用）。它按最小击穿电压与线圈间绝缘总距离S（mm）的关系，以试验电压作为最小击穿电压求出该总距离即可. b.薄纸筒小油隙的电气强度：线圈间主绝缘距离中纸筒?4mm， 油隙?15mm时称薄纸筒小油隙结构（110kV级及以上常采用）。它是按均匀电场中最小击穿场强与油隙间距（线圈表面油隙是决定线圈间 主绝缘的主要因素）的关系，求出允许击穿，再考虑同心圆柱电场的 集中系数和工艺系数，那末，在试验电压下由油隙平均场强决定的线 圈表面场强小于该允许击穿场强即可。 应该指出，这里求取的间隙间距只考虑了按工频试验电压决定 的辐向场强。但是冲击试验时线端梯度电压大，轴向场强高，故还需 考虑其复合场强。它能使场强值提高1.3倍左右。 （c）端部绝缘的电气强度 端部绝缘是指线圈端部至铁轭和相邻线圈端部的绝缘。端部电 场分布复杂，端部出线的最大场强在高压线圈端部内侧油隙中。如果 端部线段导线圆弧大或有附加绝缘，或加静电环，可以使最大场强减 弱。如果又增加绝缘隔板、角环，则又使爬电距离增大。 19 2004年高电压培训班教材 如果端部线段导线圆弧大或有附加绝缘，或加静电环，可以使K 点最大场强减弱。如果又增加绝缘隔板、角环，则又使爬电距离增大。 根据冲击电压决定 。冲击电压的冲击波作用在线圈上将产生高于试验电压的最大电压，而冲击电压大部分降落在 线圈端部产生最大梯度。其根本原因就是由于冲击电压起始分布和最 终分布不一致，产生电压振荡的结果。因此，实用线圈一般要采用限 制振荡电压的措施，即所谓变压器线圈的内部保护，以改善起始电压 分布。 改善起始电压分布的方法自然是电容补偿法，即向对地电容提 供电荷和增大纵向电容的方法。前一种方法是加静电环和并联电容补 偿的静电线匝的方法；后一种方法是采用纠结式线圈、内屏蔽式线圈 和圆筒式线圈及分区补偿线圈（递减纵向电容补偿）等串联电容补偿 的方法。 圆筒式线圈有静电屏时，层间梯度约25%；连续式线圈距线端1~5油道的全波梯度最大约为30%，5~6油道的截波梯度可达50~60%；纠结连续式线圈最大全波梯度在连续部分第3油道约为25%，截波梯度也偏大；全纠结式 线圈的全波尤其是截波梯度偏小；内屏蔽式线圈类似于纠结连续式， 但梯度偏小。对应这些数值可知线圈匝间、层间和段间的试验电压值。 线圈纵绝缘包括线匝间、层间和线段之间的绝缘。主要以全波或截波 试验电压下线圈各点间梯度电压为依据。 20 2004年高电压培训班教材 1 4000KV/cm200250KV/cm 40KV/2.5mm 5.12 0.2 25mm58mm 2mm2.5mm 5.5 060 5.14 60~805.15 b8060 60 21 2004年高电压培训班教材 5.15a 5.16 5.17 2 22 2004年高电压培训班教材 1. 170100253510~15% 2 2. 100mm0.5mm 503mm1006mm15010mm200 3. 23 2004年高电压培训班教材 26mm 1535% 2002505.18 25 2.5 50 5.19 dU b -n UKd 5.14 b KnK n 24 2004年高电压培训班教材 6mm 在变压器线圈外部连接线圈各引出端的导线称为引线，它将外部 电源电能输入变压器，又将传输电能输出变压器。 引线一般分为三种：线圈线端与套管连接的引出线、线圈端头 间的连接引线以及线圈分接与开关相连的分接引线。 引线也有三个要求：电气性能、机械强度和温升要求。引线在 尽量减小器身尺寸的前提下，应保证足够的电气强度；为承受运输的 颠簸、长期运行的振动和短路电动力的冲击，应具有足够的机械强度； 对长期运行的温升 、短路时的温升和大电流引线的局部温升，不应 超过规定的限值。 电力变压器的引线有裸圆线、纸包圆线、裸母线排、电缆和铜 管等型式。 25 2004年高电压培训班教材 为了使电网供给稳定的电压，控制电力潮流或调节负载 电流，均需对变压器进行电压调整。 目前，变压器调整电压的方法是在其某一侧线圈上设置分接， 以切除或增加一部分线匝，改变匝数，从而达到改变电压的有级调整 电压的方法。这种线圈抽出分接以供调压的电路，称为调压电路；变 换分接以进行调压所采用的组件，称为分接开关。 一般情况下是在高压线圈上抽出适当的分接。这是因为高压线 圈一则常套在外面，引出分接方便；二则高压侧电流 小，分接引线和分接开关的载流部分截面小，开关接触触头也较容易 制造。 变压器二次不带负载，一次也与电网断开（无电源励磁）的调 压，称为无励磁调压；带负载进行变换线圈分接的调压，称为有载调 压。 油箱及其附属装置是油浸式变压器的外部结构。油箱是钢质容 器，附属装置主要是出线装置、冷却装置和保护装置。 变压器短路阻抗，是变压器的重要参数，它对变压器的运行和 技术经济指标均具有重要的影响。 在变压器中，凡不按铁心所规定的磁路流动的一切其他磁通， 称为漏磁通。双线圈变压器的漏磁通是由二次线圈的磁势和与其相平 衡的一次线圈磁势负载分量共同产生的，并在一、二次线圈中分别感 应出漏抗电势。而多线圈变压器的漏磁通则是由所有二次线圈磁势和 与其相平衡的一次线圈磁势的负载分量共同产生的，并在所有一、二 次线圈中感应出漏抗电势。 漏磁通的磁阻主要决定于它的所有线圈所占有空间的几何尺 寸，而该空间以外的磁路，由于漏磁通的发散磁路截面积增大，或经 过铁心及油箱铁磁介质的磁阻很小，因而漏磁通与产生它的磁势基本 上是线性关系，即可用磁路的欧姆定律加以讨论，漏磁通正比于产生 26 2004年高电压培训班教材 它的磁势，反比于磁阻。同时，产生漏磁通的磁势正比于线圈的负载 电流和匝数，磁路的磁阻正比于磁路长度，反比于磁路的截面积。因 此漏磁通正比于线圈的负载电流和匝数，并决定于产生它的所有线圈 的几何尺寸。 由电磁感应定律可知，线圈的漏抗电势正比于该线圈的漏磁链。 因此线圈的漏抗电势也正比于该线圈的负载电流和匝数，并取决于产 生它的漏磁通的所有线圈的几何尺寸。 漏磁通在线圈所占据空间里流动的方向是与线圈轴向方向平行 的，通常成为纵向漏磁通。相应的纵向漏磁通所产生的漏抗电势称为 纵向漏抗电势。 根据变压器的磁势平衡定律可知，变压器的一、二次线圈的磁 势总是平衡的，但由于纵绝缘结构要求线圈的起始部分加强绝缘，或 调压线段设于高压侧的缘故，从而使沿线圈正个高度上一、二次线圈 的安匝并不完全处于平衡状态，即在一些区域里，可能一次线圈的安 匝数大于二次线圈的安匝数，而在另一些区域里，可能二次线圈的安 匝数大于一次线圈的安匝数。这样，相当于在线圈整个高度上交错地 排列着几个等效线圈，各等效线圈的有效安匝数等于各区域内一、二 次线圈安匝数之差。每一区域的等效线圈的有效安匝数必然与其相邻 的另一个或几个区域的等效线圈的有效安匝数相平衡。而相互平衡的 磁势将产生磁通，所以在一、二次线圈所占据的空间里还将有一种流 通方向与线圈轴向方向垂直的漏磁通，此种漏磁通称为横向漏磁通。 横向漏磁通在变压器发生短路情况下，将引起极大的轴向电动 力，因此在变压器设计时，应尽量减小横向漏磁通。一般在排列线圈 的线匝时，应尽可能使各区域里一、二次线圈的安匝趋于平衡，一、 二次线圈横向安匝的平衡程度是变压器设计质量的重要指标之一。 横向漏磁通也将在线圈中感应出横向漏抗电势。因此，线圈的 漏抗电势实际上包括上述两部分。不过由于横向漏抗电势比纵向漏抗 电势小得多，只有在特大容量的变压器中才占一定比例，所以在变压 器计算中，往往仅计算纵向漏抗电势，只对特大容量的变压器才计算 横向漏抗电势。 27 2004年高电压培训班教材 变压器短路阻抗是当负载阻抗为零时，变压器内部的等效阻抗。 折算至同一匝数的两个线圈的漏电抗之和，是变压器短路阻抗的电抗 分量。在变压器阻抗中，电抗分量所占比例较大，而且随着变压器容 量的增大，此比例也将增大。在大型变压器中，完全可用电抗值来代 替短路阻抗值。 折算到某一侧的短路阻抗Z(Ω)乘以该侧的电流I(A)即为折算dd 至该侧的阻抗电压U(V)。因此，变压器的短路阻抗和阻抗电压均系d 指某一侧的数值而言。显然，折算至高压侧的阻抗电压大于折算至低 压侧阻抗电压。如果以标么值表示变压器的阻抗和阻抗电压，则不但 折算至高压侧的数值与折算至低压侧的数值相同，而且短路阻抗的标 么值也与阻抗电压的标么值相等，这对实际计算是很方便的。因此通 常均用标么值表示变压器的短路阻抗和阻抗电压值。 当变压器传输某一容量S时，若某一侧的相电压为U(V)，相Nφ 电流为I(A)，则该相的阻抗为Z=U/I（Ω），而折算至容量S的φφφφN 短路阻抗的标么值为Z/Z*100%=Z I/ U*100%= U / U*100%，dφ dφφ dφ 即表明折算至某一容量的变压器短路阻抗的标么值等于折算至同容 量的变压器阻抗电压标么值。利用标么值表示的阻抗电压和短路阻抗 比较简便，因此得到了广泛应用。 变压器的空载电流（I）产生磁势（IW）及磁通Φ。00 由于磁通主要在铁心中通过，因此在铁心硅钢片中将产生一定的损 耗，即空载损耗，此外，在一次线圈中流过I时产生导线电阻损耗0（Ir），由于I很小（占额定电流的百分之几），所以导线电阻损耗00 常被忽略不计。 另外，除了大部分磁通由铁心中通过外，还有很小一部分漏磁通 沿钢铁结构件（夹件、压板、箱盖等）形成闭合回路，在这些钢铁件 中产生附加损耗，由于这种损耗很难计算，故往往用一个附加系数来 表示。 空载损耗主要是铁心损耗，而铁心损耗又分为涡流损耗和磁滞损 28 2004年高电压培训班教材 耗。一般在计算空载损耗时并不把它们分开，而只计算总的空载损耗。 磁滞损耗与硅钢片品质有关，对于某种硅钢片其磁滞损耗是一定 值。磁滞损耗随硅钢片性能的提高和厚度的减薄而降低，但附加损耗 反而增加，两者的增量与减量大致相等，因此总的损耗将取决于涡流 损耗。 当f=50HZ，B=1.7T时，厚度0.35mm为冷轧硅钢片的涡流损耗m 约占空载损耗的(40~50%)，而热轧硅钢片的涡流损耗占总空载损耗的 20%左右。 空载损耗（Po ）的工厂计算方法如下所述。 Po＝KpoGFpo ，W 式中，po为硅钢片单位损耗（W/kg）；Kpo为空载损耗附加系数，它决定于铁心加工工艺水平。 空载电流由两部分组成。一部分电流使铁心励磁产生 主磁通，称励磁电流(Iow ′)。另外在铁心接缝处有间隙存在，磁阻 增大，也要消耗一部分励磁能量，需要供给一部分电流，这部分电流 称接缝励磁电流（Iow ″）。这两部分电流的总和（代数和）称为空 载电流的无功分量（Iow ）。 另外，变压器铁心中有空载损耗存在，此损耗需要电源供给能量， 即需要一部分电流。由于此电流是损耗所要求，作了功，故称为空载 电流的有功分量（Ioy ）。 负载损耗是当变压器在短路试验状态下，从电源所吸 取的功率。如将变压器的一组线圈（高压或低压）短接，而在另一组 线圈（低压或高压）施加比额定电压小的多的电压（阻抗电压），并 使线圈中产生额定电流，此时，从电源线圈上所接瓦特表测量出的功 率，即为负载损耗。 在短路试验状态下，根据磁势平衡原理，如在短路的线圈中电流 达到额定值，则接于电源的线圈中电流也达到额定值。由于线圈导线 中有电阻存在，故在各个线圈的导线中将产生电阻损耗。 另外，由于磁漏场的存在，漏磁通将在线圈的导线中以及其它钢 29 2004年高电压培训班教材 铁结构件（如钢压板、夹件、油箱、螺栓、螺母等紧固件）中产生附 加损耗。但由于漏磁场分布的复杂性，因此，附加损耗难以精确计算， 通常采用近似简化方法进行估算。 在短路试验状态下，由于所施加的电压比额定电压低的多，在铁 心中产生的主磁通较小，因而铁心损耗很小，常忽略不计。 变压器的负载损耗主要是线圈导线的电阻损耗，线圈的附加损耗 （包括导线的涡流损耗及不完全换位损耗），引线损耗以及钢铁结构 件中的杂散损耗等。负载损耗值，由国家标准三相油浸式电力变压器 技术参数和要求（GB6451.1～5－86），或根据用户提出的要求规定。 为了在保证运行安全可靠轭前提下节约能源，目前对于中小型和大型 电力变压器，如110KV及以上电力变压器（每年的负载小时数为 6000h），国内外的变压器制造厂都从结构上、工艺上与材料上采取措 施，以大幅度降低负载损耗为主要目标。这是目前变压器制造工业的 一个重要发展趋势。 线圈的附加损耗一般包括涡流损耗和由于换 位不完全所产生的循环电流而引起的附加损耗。大容量变压器线圈中 有较大的电流，必须采用较大截面的导线，但导线尺寸（厚度及高度） 因受工艺、绝缘和线圈尺寸的制约，而限制在一定范围内，同时漏磁 场在导线中所产生的涡流损耗大小与垂直于漏磁方向的导线尺寸有 关，对纵向漏磁场而言，它与导线的厚度的平方成正比；对横向漏磁 场而言，它与导线的高度的平方成正比。为了减少纵向漏磁所造成的 为了损耗，常采用互相绝缘的沿厚度方向多根并联导线。这样，虽然 使纵向漏磁所造成的为了损耗减小，但是多根并联导线在纵向漏磁场 所处的位置并不完全相同，从而在每根并联导线中所产生的漏点势不 同，故产生循环电流而引起附加损耗。为此，多根并联导线必须换位， 但是，换位次数增多，线圈绕制工艺复杂，而且由于线圈换位造成线 圈凹凸不平，电场集中处也相应增多。 30 2004年高电压培训班教材 bBf22x,,10(,),%Kkwx,50 为了减小线圈导线的附加损耗（包括纵向、横向漏磁通产生的涡 流损耗和循环电流产生的附加损耗），对大容量的变压器线圈采用了 换位导线。它的优点有： 31 2004年高电压培训班教材 （a）由于使用了互相绝缘的较小尺寸的导线（一般为缩醛漆包扁 导线），可使纵向及横向漏磁通产生的涡流损耗减小。 （b）采用换位导线，在绕制线圈过程中不需要换位，从而可缩短 绕线工时和提高线圈的可靠性。同时也可减少因各根导线在漏磁场中 位置不同而造成的循环电流，从而减小了循环电流引起的附加损耗。 （c）由于单根绝缘较薄，而整体绝缘按规定要求，这样可使导体 的填充系数得到改善，并能缩小线圈尺寸，同时还有利于散热。 根据国外文献报导，例如日本日立公司曾用（1.27x5.6）x27截面积为188mm22的换位导线和（2.2x13.5）x6截面积为176mm的多 根并联导线进行模型试验表明：由于采用了换位导线。其涡流损耗仅 为多根并联导线的涡流损耗的30％左右。 结构件中的杂散损耗 如前所述，漏磁场 穿过钢结构件（如铁心、钢夹件、钢压板、螺栓、螺母及油箱壁等）， 并在其中产生涡流损耗，即通常所说的杂散损耗。大容量变压器的漏 磁通较大，所以在钢结构件中产生的杂散损耗也较大，有时可达到负 载损耗的（30～40）％，甚至更大些，所以减小杂散损耗具有实际意 义。 为了减小杂散损耗，常常将一些能穿过较大漏磁用的结构件，采 用非磁材料来制造，例如中小型变压器用木夹件来代替钢夹件，大型 变压器有用低磁钢板（如20Mn23Al）来制造夹件及线圈压板，有的甚 至采用绝缘层压纸板或层压木板来制造线圈压板，这样，在这些结构 件中产生的杂散损耗，将会明显减少。如前所述，他将导致横向漏磁 通分量的增大，致使线圈导线中的附加损耗增加，特别是线圈端部还 会产生局部过热，究竟是利还是弊，还很难说。如果在上夹件的下肢 板之下，下夹件上肢板之上装以由硅钢片制成磁分路，它可以改善漏 磁分布，吸引磁力线进入铁心或压板靠近线圈的一侧采用硅钢板制作 的磁屏蔽，或者采用硅钢板卷制并用环氧树脂浇注成的压板，这不但 可减少这些结构件中的杂散损耗，同时也会减少横向漏磁通分量，从 而使线圈导线中的附加损耗也相应减少，这是一举两得的措施。采用 这种夹件磁屏蔽措施，一般可减少总杂散损耗的40％左右。 32 2004年高电压培训班教材 当漏磁通进入油箱壁时，在其中产生的涡流损耗（杂散损耗） 和局部过热，更为显著。具体计算方法，前面已分析。现在就减少油 箱中杂散损耗的措施进行粗略论述。 为了减少油箱中的杂散损耗，有些国家曾采用过非导磁材料制 造油箱，如英国曾制造过一些铝油箱，并用于750MVA的变压器，美国也曾想用塑料等合成材料来代替金属油箱，均有不同程度的效果。 减小油箱壁中杂散损耗最长见的办法是采用屏蔽措施，通常的作 法有：电屏蔽方式、磁屏蔽方式。 （a）电屏蔽方式：它是在油箱内壁铺设铝板或铜板，当漏磁通进 入铝板或铜板后，在其中产生涡流，从而减少进入油箱壁的漏磁通， 以使油箱中杂散损耗减小。 （b）磁屏蔽方式：它是在油箱内壁铺设硅钢片。由于硅钢片的导 磁性能好，使得漏磁通尽量进入磁屏蔽中，从而减少进入油箱壁中的 漏磁通，减小油箱中杂散损耗，油箱中的局部过热也相应减小。通过 实际研究可知：采用磁屏蔽后，使得漏磁力线弯曲更加严重，导致线 圈导线中横向漏磁分量产生的涡流损耗增大，所以，一般仅用于大容 量高电压的变压器，因为，此种变压器线圈对油箱的距离较大，采用 磁屏蔽时，对线圈端部附加损耗比较小。试验表明，磁屏蔽能显著降 低总的附加损耗，一般认为可降低杂散损耗的30％以上，但线圈端部横向漏磁分量产生的附加损耗较无屏蔽时反而有所增加。 33 2004年高电压培训班教材 变压器运行时，铁心、线圈和钢结构件中均要产生损耗。这些损 耗将转变为热量发散于周围介质中，从而一起变压器发热和温度升 高。为使变压器各部分温升不超过规定的限值，应采取有效的冷却措 施。 线圈和铁心温度升高，开始时温度上升很快，但随着线圈及铁 心温度的升高，它们对周围冷却介质就有了一定的温度差，从而将一 部分热量传递给周围介质，使介质温度增高，线圈和铁心本身的温度 上升速度就逐渐减慢，经过一段时间后，达到稳定状态（温度不再继 续升高），此时线圈和铁心所产生的热量将全部散发到周围介质中， 这种状态称为热平衡状态。 在热平衡状态下，“热流”所经过的路径是相当复杂的，在油浸 变压器中一般有： a.线圈、铁心所产生的热量，将由它们内部最热点籍传导方式 34 2004年高电压培训班教材 传到油接触的外表面。 b.当线圈及铁心内部的热量传到表面后，它们的表面温度与周 围介质——油产生温差，通过对流作用将部分热量传给附近的油，从 而使油温逐渐上升。 c.当线圈、铁心附近的油温升高后，热油向上流动与油箱壁相 接触放出部分热量后，再向下流动，冷油重新流入线圈，形成闭合的 对流路线，从而使整个油箱中的油温升高。 d.由于对流作用，当热油碰到箱壁或油管壁时，将一部分热量穿 给它们，使管壁和箱壁温度升高，又通过传导方式，热量从壁的内侧 传导到外侧（壁的内外温差不大，一般不超过 3?），与周围的介质 （空气）产生温差，再通过对流和辐射作用，将热量散发到周围空气 中。 综上所述，将线圈、铁心所产生的热量散发到变压器外面的空气 中，要经过许多部分，热流每通过一部分均要产生温差，而温差的大 小与损耗和介质的物理特性有关。变压器的温升计算，就是计算各部 分的温差，其中有线圈对油的温差、铁心对油的温差、线圈对空气的 平均温升、铁心对空气的平均温升、油对空气的平均温升以及油顶层 最高温度与周围空气温度的差值。 线圈与周围介质（空气或水）之间的温差，为线圈和油之间的温 度差及油和空气（或水）间的温差之和。因此，计算线圈对周围介质 的平均温升时，一般先计算线圈表面对油的平均温升，然后再计算油 对周围介质的平均温升，二者之和不应超过表中所规定的线圈温升限 值。 变压器线圈在额定运行状态下的平均温升不应超过85K，否则由 于长期承受高温作用，绝缘材料加速老化，逐渐丧失其耐电强度，缩 短变压器的寿命。 国家标准（GB1094.1-85）中规定，铁心本体温升限值应使相邻绝缘材料不致遭到损伤的温度，一般认为与变压器油接触的铁心表 35 2004年高电压培训班教材 面对空气的温升限值为75?，此时铁心的温度为75+40=115?。考虑到铁心内、外温差为10?，此时片间绝缘的最高温度为 115+10=125?。 油浸式变压器铁心的温升，就是根据片间绝缘允许温度和变压 器油的闪燃点而确定的。为了变压器油不致迅速老化，油浸式变压器 铁心温升的限值为75?。 变压器的温升是重要的性能指标之一。目前温升计算多采用由实 验结果所提供的数据，由于绝缘结构、绝缘材料和冷却方式等的多样 性和复杂性，为了取得设计所需要的数据，应该结合具体情况开展实 验研究工作。 国家标准（GB1094.1-85）规定，采用A级绝缘矿物油的变压器各部分的温升，不应超过下表所示的温升限制值。 变压器突发短路时，短路电流的持续时间对短路温升影响很 大，过去曾用经验计算短路电流持续：t=100/K 2 i 式中，K为短路电流倍数，K=100/阻抗电压。 ii 按上式计算的短路时间一般均较短，根据目前变压器运行中保 护措施的实际情况，t值按短路电流倍数K决定；当K值小于20倍ii 时取t=3s; K值等于或大于20倍时取t=2s，根据IEC76-5规定，大i 型变压器的t=2s。 变压器在额定运行条件下突然发生短路时，由于短路时间很 短，可认为热量还来不及向四周散出，此时线圈温度很快升高，线圈 铜导线允许温度为250?；铝导线允许温度为200?，在这样高的温度下，其电阻系数（ρ）要随温度升高而增大。 变压器在额定运行条件下突然发生短路时，短路瞬间过渡到稳 态短路电流之间存在瞬变过程。瞬变过程中存在一电流的突变，瞬变 电流随短路故障延续时间有衰减，最后衰减到稳态短路电流，如果在 36 2004年高电压培训班教材 短路故障延续时间内已将供有短路电流流过的变压器的电源切除，则 稳态电流衰减到零。 瞬变过程短路电流的第一个峰值电流和其稳态短路电流的关系 如下： idm=Kd I1d 2 式中 idm为短路电流的最大值， I1d 稳态短路电流 。 K d为短路电流的最大值即第一个峰值与稳态短路电流的幅值之比， 主要取决于衰减系数 （时间常数的倒数）比值的大小。小容量变 压器的Kd=1.2~1.3；大容量变压器的Kd=1.5~1.8，Kd值小，衰减快；Kd值大，衰减慢。 短路电流的第一个峰值电流决定变压器的机械上的动稳定性，稳 态短路电流及其持续时间决定变压器的热稳定性。 热稳定分析主要是考虑变压器短路时的耐热能力，因为在短路 时，可能会产生比额定电流大几十倍的电流，而负载损耗就会迅速增 加几百倍，温度迅速升高，若不及时排除故障，则变压器可能被烧坏， 因此按照国家标准规定，变压器承受短路的耐热能力要根据计算验 证，而且计算承受短路耐热能力的电流持续时间一般是2秒，在这个时间内，对于A级绝缘的铜线变压器，最高温度不超过250度即可。 根据长期实践经验和强度实验情况可知，变压器在突发短路中， 其线圈损坏主要是由于短路时的辐向力和轴向力作用的结果。在双线 圈变压器中，沿线圈的轴向力使线圈承受压力或拉力作用。拉力方向 是向着铁轭，它由线圈的端部，通过铁轭绝缘传至铁心夹紧装置。当 此力大于结构件的机械强度时，可使线圈、压板夹件等零部件产生变 形，严重时可将上铁轭顶起，破坏整个铁心结构。沿线圈径向的辐向 力，使内线圈受压力，外线圈受拉力作用。当拉力大于导线抗张应力 时，则线圈变形，匝绝缘断裂，破坏整个主纵绝缘结构，严重时甚至 拉断导线。因此在变压器计算时必须计算其短路时的电动力，核算变 压器结构件的强度。 当变压器的一个绕组与电源接通以后，就会在铁心中产生磁通φ 37 2004年高电压培训班教材 ，通常把这种由励磁电压在铁心中产生的磁通φ称为主磁通。主磁00通通常用峰值表示。主磁通在铁心中闭合，并且与同一个铁心柱上的 所有绕组都相交链。 当变压器绕组中流过负载电流时，就会在绕组所占空间及其周围 空间产生磁通φ，通常把这种由负载电流在绕组所占空间及其周围s 空间所产生的磁通φ称作漏磁通。漏磁通的数值取决于负载电流的s 安匝大小和漏磁路径。漏磁通只与产生它的负载电流所流经的绕组本 身部分地或全部的交链。 线圈中的电流与漏磁场相互作用的结果，在线圈内产生电动力。 因为漏磁场可分解为两个分量：轴向分量与辐向分量，因此就应分别 分析这两个漏磁分量所产生的电动力。 当双线圈变压器向负载输送能量时，在两个线圈内都有电流流 过。根据磁势平衡方程式，可知两个绕向相同的线圈内流过的电流方 向相反。电流与漏磁场相互作用产生的电动力 ，可由左手定则确定。 线圈中电流在轴向产生轴向磁场Ba（图1）。Ba与线圈中电流相 互作用产生辐向力Fr，它作用于高压线圈上，因沿整个圆周都受到 这个力的作用，故辐向力企图使高压线圈沿径向向四周胀大。此外， Fr又作用在低压线圈上，企图将低压线圈沿径向内压缩，所以辐向 力最后将使主空道的绝缘距离扩大。 由于漏磁场在线圈端部发生畸变，除轴向分量外还产生辐向分量 Br（图1.b、图2.b、图3.b）。此外，当两个线圈高度不同或线圈内 有分接线段时，由于轴向高度上安匝分布不平衡，也产生辐向漏磁分 量Br’（图2.c）。这些辐向分量的漏磁场与线圈中的电流相互作用， 均产生轴向力，如图2及图3所示。 由端部变磁分量Br产生的轴向力Fa，企图使两个线圈均匀向内压缩。由于切除分接线段时的漏磁分量Br’所产生的轴向力Fa’， 企图使分接区继续扩大，而对低压线圈产生压缩力。在高压线圈的上 下铁轭绝缘上有（Fa’-Fa）力作用，当Fa> Fa’时，铁轭绝缘上不 38 2004年高电压培训班教材 受力。由于两个线圈高度不同（设计时高度不同或制造偏差造成线圈 高度不同）时的漏磁分量Br’（图2. c），使低压线圈产生向上的张 力，而使高压线圈产生向下的张力，结果使两个线圈的高度不同程度 的继续扩大。Fa’在低压线圈下部为零，上部最大为Fa’， Fa’在高压线圈上部为零，下部最大为Fa’。当Fa’> Fa时，高压线圈下 部与低压线圈上部的铁轭绝缘上有（Fa’-Fa）力作用。如果两个线 圈上下都不一样，或高压线圈上下二支路并联，且上下两部分都有分 接区时，也有类似于图2及图3所示的作用力的情况。 图1　同心式线圈漏磁场分布 (）纵向漏磁场分布(）辐向漏磁场分布 1 — 铁心2 — 低压线圈3 —高压线圈 （）（）（）（）（）（） 图２　高度不等的线圈漏磁场分布图3　有分接线段的线圈漏磁场分布 需要说明的是，短路力是动态力而不是静态力。这一方面是因为(）纵向漏磁场分布(）端部畸变辐向漏磁场分量(）安匝不平衡产生辐向漏磁场在短路的过渡过程中，短路电流是连续变化的；另一方面绕组本身又 是由匝绝缘、附加绝缘和绝缘垫块隔开的铜导线所构成的弹性系统。 39 2004年高电压培训班教材 动态短路力随时间变化的特性及其幅值，在很大程度上与绕组的 固有振动频率有关。而绕组的固有振动频率又取决于绕组轴向预压紧 力的大小以及绕组所有的绝缘材料的力学特性。在决不会发生谐振的 先决条件下，才把动态短路力当作静态短路力来考虑。这是用静态的 方法来研究动态短路力的先决条件。 虽然绕组的损坏事故都是在辐向短路力和轴向短路力的共同作 用力下发生的，但是由于辐向短路力的数值通常要比轴向短路力的数 值大的多，所以辐向短路力引起的绕组损坏事故无疑也要多一些。 (a)绕组变形导致匝绝缘破裂从而引起匝间短路. 随着辐向拉伸短路力的增大，绕组的最大变形或由于变形的积累 效应而产生的最大残余（永久）变形使线饼里层的匝绝缘出现破裂而 导致匝间短路。 (b)绕组变形导致主绝缘强度降低近而造成绝缘击穿 当导线中的拉伸应力超过σ 时，残余（永久）变形将导致紧靠绕组0.2 内表面的第一个油隙增大、绕组的相间距离和绕组对油箱壁的距离缩 小，从而主绝缘强度降低。 (c)绕组的辐向失稳 辐向失稳是指，在绕组圆周方向某一撑条间距内，整个线饼的所 有的导线都向外突出，或在相邻撑条间距内，整个线饼的所有的导线 都向内凹陷，或两种变形同时存在。 当绕组导线中的视在压缩应力值达到某一平均临界应力值时，绕 组便会发生辐向失稳。辐向失稳时导线中平均临界应力值，与σ 0.2 的数值之间没有直接关系。σ是一个固定数值，而平均临界应力值0.2并不存在固定的许用值。 (d)绕组的轴向失稳 所谓轴向失稳是指因轴向预压紧力过大或过小，而造成绕组某些 线饼倾倒的一种损坏形式。譬如当绕组的轴向预压紧力小于轴向动态 短路力，则在轴向短路力的作用下，绕组某些地方出现空隙，反复出 现和消失，激烈碰撞、绝缘破坏，垫块移位，导线倾倒等。很多情况 40 2004年高电压培训班教材 下,绕组是处于在轴向动态短路力和辐向短路力共同作用下的。 ——提高绕组辐向稳定性的主要技术措施 (a)最根本最有效的措施就是提高导线的硬度。当导线从“软”态变 为“半硬”态时，辐向失稳的平均临界应力提高2.5倍。 (b)采用自粘性换位导线。 (c)承受辐向压缩短路应力作用的绕组内径侧，要用硬纸筒作支架， 加强骨架与铁心（或其他绕组）之间的支撑。 (d)绕组要绕的十分紧密，要尽量减小绕组的起始不均匀程度。 (e)绕组要进行预组装，采用恒压干燥处理，并适当增加撑条数量， 使相邻撑条跨距至少小于120mm。 (f)往铁心柱上套装时，所有绕组应尽可能保持同心，在工艺上要尽 量减小套装间隙，以保证承受辐向压缩短路力作用的绕组内径处的撑 条，能够处于有效的支撑状态。 (g)对于三相三绕组变压器而言，其中间的绕组有时将承受辐向压缩 短路力的作用，这时必须采取有效的辐向支撑措施，使受辐向压缩短 路力作用的中间绕组内部具有可靠的辐向支撑，以防止辐向失稳。 ——提高绕组轴向稳定性的主要措施 （a）准确的选取与保持足够的轴向预压紧力。绕组的轴向预压紧力， 既要大于计算出的轴向短路力，并留有足够裕度，但又不能超出轴向 失稳临界短路力的数值。 （b）垫块处理，对于用压光纸板冲压成的垫块，须经预压密化处理 （c）绕组恒压干燥处理。 ——变压器制造厂出厂前测得的各绕组原始的频率响应特性曲线（即 原始图谱），可作为用户判断比较绕组变形情况的依据。 ——做短路试验 （a）新购变选用能顺利通过短路试验厂家的变压器。 （b）慎重确定变压器的容量。无谓地增大安全风险。 41 2004年高电压培训班教材 （c）合理选择变压器的短路阻抗Z。离大电源近的大变压器，甚至t 要适当增大变压器阻抗和系统阻抗。 （d）加强变压器送出侧设备的绝缘水平和绝缘要求（对低电压），提 高标准。 在上述距离的线路段内要特别精心消除外部威胁：如树木威 胁。高电压等级的变压器尽可能不直接带低电压负荷等。 （e）中低压母线应考虑全封闭，防止小动物侵害。 （f）提高相关配套设备性能质量如保护装置、电缆、开关设备等。 （g）预防监测，预防性测试和检修，发现异常及时试验，如短路阻抗 测量和用频谱响应法诊断绕组位移，并建立原始档案。 引起变压器故障比较常见的来源有以下种类。 主要是器身中绕组及绝缘物发生故障。表现在各部分包括引线在 内的绝缘老化，长期运行震动导致绝缘状态变化，绕组受潮，绕组层 间、匝间、相间、高低绕组间发生接地、短路、击穿或烧毁故障；系 统短路造成绕组机械损伤；冲击电流造成绕组机械损伤等。 主要是铁心组件中铁质夹件松动，碰接铁心，多点接地；压铁松 动引起振动和噪声；铁心接地不良或铁心烧坏；夹件损伤；铁心片间 绝缘老化；铁心安装不齐造成空洞声；心片叠装不良造成铁损伤增加， 使铁心过热等。 主要有分接头接触不良或错位，造成局部过热；防爆器失灵；气 体继电器失灵或误动作；散热器、冷却器堵塞或渗漏；绝缘磁套管裙 边破裂、油污及灰尘沉积，造成闪落或放电。 主要是指油浸变压器及全密封型变压器箱体内，变压器油及特种 42 2004年高电压培训班教材 冷却介质故障。对于油浸变压器如变压器油受潮、氧化，造成电气绝 缘性能下降；油泥沉积，阻塞，使散热器性能变坏；油绝缘下降造成 闪络放电等。对于特征冷却介质的变压器，如密封不严而渗漏，使气 压下降也导致故障发生。 变压器修造、组装过程，由于不严格执行工艺标准，操作不当， 绕组绕制不、铁心裁剪或叠压公差大，浸烘不透不干，组装顺序 不统一，组、附件不标准、不合格，修造后变压器存在隐患，一旦投 入运行，容易产生各类故障。 变压器投运后，经常过负载运行，平时少巡视，不维护，监视装 置失灵，渗漏油不添注，密封老化不更换，使变压器受潮等，引起变 压器产生故障。 如何判断和检测变压器故障现象、故障类别及部位、故障原因， 是变压器技术管理人员及修理技术工人的一种技能，只有熟知和牢固 掌握这种技能，对故障的判断与检测才能得心应手，处理和排除故障 才能及时、准确、无误。 各类变压器电磁、机械故障的判断与检测程序分为两大步。 7.2.1第一步,由现场值班维护人员对运行中的变压器出现的外部异 常现象提出问题，修理人员用耳、目、手、必鼻感觉器官作初步判别。 一般以异常温升、异常声响、异常气味、箱体及附件变色情况、警报 装置响声及闪光、继电保护动作跳闸状况等，着手用耳听其声、用眼 观其色、用鼻嗅其味、用手摸变压器发热严重部位。具体检查方法继 内容如下； ? 从外表检查变压器有无异常声响及气味，温度指示值如何， 储油柜油位是否正常，仔细观察油位是否是假油位，箱体周边有无渗 漏现象，防爆膜是否破裂，高低压引线有无接触不良，接头有无变色， 管套有无破裂。 ? 检查继电保护是否按规定的电流值和规定的时间发出信号 43 2004年高电压培训班教材 或跳闸。 ? 检查气体继电器中有无气体产生，设法从颜色、气味及化 学成分方面诊断故障原因。 7.2.2第二步，用专用仪器、仪表进行检测，判断变压器内部故障情 况，方法如下。 1）直流电阻的测量 用电桥测量变压器一、二次绕组直流 电阻，如三相直流电阻不平衡，不平衡度超过标准规定，或测量值同 随机文件中出厂值差的较大，说明绕组部分有故障。对带有分接开关 的变压器可采取切换分接开关进行测量，如直流电阻变化较大，说明 故障出现在开关触点上，而不在绕组本身。这种测量方法还能检查出 套管与引线、引线与绕组之间连接是否良好。 2）绝缘电阻的测量 用兆欧表摇测各绕组间、绕组对地之间的 绝缘电阻值和R /R的吸收比。根据所测数值大小来判断各侧绕组的6015 绝缘有无受潮，彼此之间及对地有无击穿与发生闪络的可能。 3）取变压器油样（油浸式）作简化实验 测闪点有无降低，油中有无碳粒、纸屑，闻嗅油有无焦味。若进一步用色谱分析仪，测试 油中气体含量，更能判断绝缘情况。 4）用送电检查法来判断内部有无故障 即从变压器低压侧绕组施加电压，逐步升高到额定值，测三相空载电流及空载损耗值，则能 判断变压器铁心的叠片有无故障、磁路有无短路，绕组有无短路。 5）电力变压器现场绝缘冲击试验 用冲击实验能发觉运行的变压器绝缘薄弱环节。某一系统有多台电力变压器在运行，不知各变压 器绝缘状况和带病运行程度，此时可对多台变压器各做冲击试验通 过，未发生绝缘冲击，说明变压器完好，可继续运行；冲击试验发现 绝缘油薄弱环节，但未击穿，说明该一台或几台可在短时间内运行； 冲击试验被击穿的变压器说明它内部绝缘有严重问题。 绕组故障可分为电气故障和机械故障两类 ? 绕组绝缘电阻低、吸收比小； 44 2004年高电压培训班教材 ? 绕组三相直流电阻不平衡； ? 绕组局部放电或闪络； ? 绕组短路故障； ? 绕组接地故障； ? 绕组断路故障； ? 绕组击穿和烧毁故障； ? 绕组绕错、接反和连接错误。 在上列绕组逐类故障中，几种故障往往是联系在一起的，又互为 影响，如绕组受潮使绝缘电阻低并将导致绕组接地或绕组短路，绕组 短路又可引发绕组过热使绝缘老化，造成绕组击穿或烧毁等。 ?密封装置老化、损坏造成密封不严； ?散热器、冷却器堵塞或产生裂纹； ?绕组受电动力或机械力损伤和变形； ?分接开关错位或变形； ?绝缘瓷套管破裂； ?穿杆螺栓松动、铁夹件松动变形； ?油箱变形及漏油。 绕组机械方面故障最终将导致电气故障的出现，如密封不严，出 现漏油等，使油箱内油量减少，油面下降，绕组露出油面，外界空气、 湿气从密封不严处侵入箱体，使绕组及绝缘油受潮，绝缘电阻下降等， 从而引发绕组局部放电，绕组匝间或相间短路和击穿故障。同时因为 短路故障变压器严重发热，变压器油达到燃烧点燃烧爆炸。另外，电 气故障也会导致机械故障出现，如绕组短路，在强大短路电流冲击下， 使绕组产生变形等。 变压器绕组绝缘电阻低、吸收比小，不仅反映绕组本身绝缘状况 不良，同时和器身绝缘电阻高低、变压器油绝缘状况有关，所以要对 变压器各部分绝缘电阻进行测试，加以比较，找出绕组本身绝缘电阻 45 2004年高电压培训班教材 低的原因。测量绝缘电阻应采用兆欧表。对于额定电压低于100V被 测变压器绕组应选用100V级表；对于额定电压在100V～1000V的绕组应选用500V级表；对于额定电压1000V～3000V的选用1000V级表；对于额定电压3000V～6000V的选用2500V级表；额定电压大于6000V的绕组应选用5000V级兆欧表。 有以下几点 1) 由于变压器密封不严，和检修时吊心后器身暴露在空气中 时间较长，和箱盖瓷套管法兰紧固不当，雨水和潮气侵入箱内等因素 造成绕组受潮； 2) 变压器油内进入潮气和水份，使绕组受潮； 3) 绕组有不实的接地现象； 4) 绕组因过热绝缘老化或碳化； 5) 绕组表面不干净，有油泥、污垢。 要使运行的变压器保持较高的绝缘电阻值，应做好下列日常维护 和测试。 1） 定期遥测变压器绝缘电阻，做好记录，发现阻值不合适时 要找原因，订措施解决； 2） 要定期向变压器补充绝缘油，使油位在储油柜游标管的刻度中 部为宜； 3） 对变压器油要定期进行化验； 4） 要经常检查吸湿剂定期更换； 5） 要定期检查（尤其是雷雨季节）防雷装置； 6） 调整好变压器负载，防止长期超负载运行。 对于各类三相变压器，不论是一次绕组还是二次绕组，如呈现出 三相直流电阻不平衡现象，则说明绕组及同绕组相联结的引线、套管、 分接开关有故障。直流电阻不平衡表现出现象大致为： 1） 绕组出现局部发热严重； 2） 绕组的三相电流及电压不平衡； 46 2004年高电压培训班教材 3） 变压器送电后跳闸； 4） 变压器出现单相运行； 1)三相绕组中有一相或两相存在匝间短路，所以变压器绕组相 出现局部过热，三相电压、电流也不平衡； 2)变压器无载调压分接开关错位，引起三相绕组直流电阻不平 衡； 3)一相绕组某一个或几个并联支路引线头断开，断开这一相因 导线截面减小，直流电阻增大，造成三相不平衡； 4)一相绕组某一个或几个并联支路引线头和所接套管引接头开 焊； 5)同一绕组中，部分线饼或线段绕向相反或绕向虽相同，但首末 引出头接反，当变压器通电运行时，造成这部分线段或线饼电流方向 相反而抵消，相当于匝数减少。 （2） 修理方法 针对上列故障现象及五种故障原因，采取的对应修理方法及措施 如下： 1） 如因匝间短路造成三相绕组直流电阻不平衡，通过双臂 电桥检测或用手摸三相绕包发热严重的即为匝间短路相。通过吊出器 身进一步分清匝间短路是一次绕组还是二次绕组；是在线圈的外层还 是在里层或中层；是线圈的上部或下部几匝，还是在中部匝中；是一 匝或多匝，只有这样才能确定是修理还是重新绕线圈。一般在高、低 压绕组的外层，又在上下几匝间，则修理起来方便些，在中层或里层 的，修复难度大些。 2） 如属分接开关错位，应仔细检查分接开关错位程度和分 接开关磨损与损坏程度，确定对分接开关采取修复或更换。 3） 对某一相绕组一个或几个并联支路引线头断开的修理 比较容易，当查出在哪一相的并联导线接头断开，重新焊牢即可。如 属引线头，这段线较短，拉的过紧，在变压器运行中受电动力作用或 机械应力作用，造成拉断，应把拉断处剪齐，用规格根数和尺寸相同 47 2004年高电压培训班教材 的导线焊上。 4） 如属并联支路的引线头同套管下部引线端子开焊，应重 新焊牢。 5） 如检测出为线圈的某几段或几个线饼绕向反，或接反。 可将绕反的线匝拆下，选用同规格的导线，按正确的绕向绕好所需的 匝数换上即可；如查出为线饼头尾接错，可将头尾调换一下，再联结 好或焊好。 1） 一相绕组接地； 2） 一相对地绝缘击穿； 3） 两相绕组短路后接地。 通常绕组接地出现较多，这种接地可能是某一相一次绕组或二次 绕组，也可能是一、二次绕组同时接地。原因有三方面： 1)带有中心点绕组引线和瓷套管联接后，瓷套管接入地线端子上； 2)有金属物搭接在箱盖和接地这一相瓷套管端子上构成该相接 地； 3)变压器内部有金属搭接在铁心和某一绕组上，主要是搭接在二 次绕组铜排上。 找出接地部位，如属故障原因1），则将接地相瓷套管端子移接在本相接线柱上；如属原因2），则吊心后将落入在箱内构成接地地金属物取出；如属原因3），吊心后先找出两相绕组短路故障地部位、 类别，损坏程度，按本章第4节绕组短路故障修理方法，修好短路故障，再找出接地处，修复接地故障。 变压器局部放电时间长了，会使绝缘受到缓慢性侵蚀，一旦积累 严重时，最终导致变压器绝缘击穿。局部放电的强度决定了变压器绝 缘寿命地长短。 48 2004年高电压培训班教材 变压器局部放电的基本原因，乃是绝缘中某一部分受到过高的放 电场强作用，使绝缘老化而放电，局部放电是变压器其他电气故障的 先兆，如不及时解决，将引发出变压器油及绕组绝缘一系列故障，导 致绝缘击穿。 变压器产生局放的原因大致分两个方面：一是结构设计不合理，特 别是复合材料绝缘结构中，各种材料的电场强度、击穿场强不同，个别 地方设计裕度小，造成局部电场集中，场强高，引起变压器油、油隙、 固体绝缘局部放电（包含沿面放电）；二是制造和工艺处理不好（包括 外购材料的制造工艺），使绝缘材料或油中存在气体或水分（分解产生 气体），绝缘结构中存在空穴、油膜、油隙尤其是楔形油隙等，导致此 处介电常数低、分担场强高但击穿场强低而发生放电，或变压器内部高 电场中存在杂质、尖角、毛刺、悬浮等导致局部电场畸变集中，发生放 电。 局放发生的具体部位一般是场强集中、绝缘薄弱、介电常数差别大 的地方，如引线绝缘、绝缘搭界接处的气隙，油中气泡，高电压引线油 纸绝缘中的小油隙，匝间绝缘，饼间绝缘，线圈端部绝缘的油隙，绝缘 或其他结构件中的杂质、空穴、气隙等，、悬浮金属，引线焊接处处理 不好的表面，导电体连接处，与周围介电常数差别大的材料等。 1） 绕组内部局部放电； 2） 绕组引出线同瓷套管间局部放电； 3） 套管本身局部放电。 1）绕组局部放电主要原因是绕组或变压器油受潮或受到水分的 侵入，绕组间、绕组同铁心或箱壁间绝缘距离小，绕组内部焊接不良 或接触不良。尤其是在高压、大型变压器及互感器中出现树枝状放电 故障较多。 2）绕组引线同瓷套管间的放电，主要原因是瓷套裙边上积沉的 油污多；又如油纸电容式套管组装后由于密封不严，有潮气或水分侵 入的结果。 49 2004年高电压培训班教材 1)受潮或水分入侵的绕组进行驱干处理，如吊心烘干使器身绝缘 电阻及吸收比达到标准。 2)变压器进行真空干燥和真空滤油处理。 本故障处理过程中要注意变压器密封工作，防止运行中再次受潮。 在各类变压器中，绕组击穿故障率较高修复难度大，停运时间长。 不仅绕组烧损需重绕更换，对地绝缘纸筒也因击穿损坏而需更换、油 道撑条、垫块大部分焦糊需重新冲裁加工，变压器油需再生过滤和干 燥，严重的击穿事故还会使变压器油因老化、恶化不能再继续使用。 变压器绝缘部分主绝缘（对地绝缘）和纵绝缘，对于油浸式电力 变压器、整流变压器及炼钢电弧炉变压器，其绝缘击穿一般发生在纵 绝缘方面为多，占击穿故障的70％～80％，其余为主绝缘击穿。击穿部位为： 1） 高压绕组层间击穿； 2） 低压绕组层间击穿； 3） 分接头间击穿； 4） 引线对地击穿； 5） 高、低压绕组间击穿； 6） 瓷套管击穿。 以上六种绕组击穿故障中，1）、2）、3）属于纵绝缘击穿。以下以层 间击穿为例加以说明。 1） 变压器运行日久，绝缘老化造成击穿； 2） 绕组结构不合理引起的击穿； 3） 绕组层数成双的地压绕组，其首、末引出端头靠的近，导线粗， 绝缘包不好，弯头处绝缘受伤出现裂纹等，在运行中构成击穿； 4） 高压绕组不同的电压抽头引线间，绝缘包扎不良造成击穿； 5） 制造及重绕的导线质量不好引起击穿； 50 2004年高电压培训班教材 6） 因分接开关板绝缘材料选的不当引起的击穿； 7） 高压绕组层间绝缘材料质量差，层数垫的不足引起的击穿。 针对以上击穿原因，采取的相应修理措施及方案如下。 1）故障原因1）引起的击穿，修理中首先解体吊出器身，视击 穿部位严重程度加以修复或更换部分或全部绕组。为预防变压器击穿 故障，平时应加强有计划的预修工作和定期进行现场冲击试验，从中 发现薄弱环节，可提前更换下来修理，不要等薄弱环节处酿成击穿事 故后再停运修理。 2）对故障原因2）引起变压器的击穿，多数为SJ系列电力变压器，此类变压器一次绕组系圆筒型结构。每相层数较少，层间电压较 高，易产生层间击穿。大修时要选用质量好的电磁线，在绕制过程中， 不要用铁质工具直接敲打各线圈。 在局部修理击穿时，如导线未烧断和灼伤时，应先仔细剥去击穿 处已老化的旧绝缘，把线圈擦拭干净，如导线上有毛刺，用细砂布打 去毛刺，再用绸带、电话纸或云母带半迭包好，两头搭接牢靠，绝缘 带包紧包严，经局部预热后，刷上绝缘漆和局部烘烤使该处绝缘固化 好。有条件时最好整个绕组预烘、浸漆和烘干处理，质量会更好。 3）故障原因3）造成击穿修理，先将弯头处已击穿的旧绝缘物 剥去，再按上述高压绕组局部击穿修理方法修复；如更换击穿的线圈， 在重绕工艺上，应采取先弯头后包绝缘，不要先包绝缘后弯头，否则 弯头时会将弯头处绝缘划伤，留下薄弱环节，造成运行中绝缘薄弱环 节处发生击穿。 4）对于一次绕组不同电压抽头处击穿故障，找到后，先清除掉 老化的绝缘，采用多包1～2层绝缘带做法，用以加强引线间的绝缘， 并且注意包扎紧密。 5）由于绕组导线质量不好造成的击穿，在重新更换绕组时，应 按电磁线质量标准要求，对入厂的电磁线镜像外观及几何尺寸的检 查，对绝缘层、绝缘强度加以测试，对导体软硬度做试绕。如发觉有 质量问题不要使用。 51 2004年高电压培训班教材 在变压器各类绕组故障中，绕组短路故障占的比例较大，确系各 类变压器常见故障。 1） 绕组发热，导致变压器过热。 2） 出现强大的短路电流，变压器振动大。 3） 变压器三相电压及绕组直流电阻不平衡。 4） 严重的绕组短路引起继电保护动作及跳闸，还会造成变 压器烧毁事故。 1)匝间短路。 2)相间短路。 3)绕组股间短路。 4)一、二次绕组间短路。 5） 绕组短路造成变压器内部组件变形。 各类变压器绕组短路中，以匝间短路为最多，主要是绕组相邻几 个线匝之间绝缘老化、龟裂、机械损伤等，均构成一个闭合的短结环 路。同时，因短路使短路所在相绕组匝数减少了，短路后将产生一个 短路电流，使变压器出现过热，严重时使变压器烧毁。绕组短路的具 体原因油下列几方面。 1） 匝间短路原因 ? 线圈绕制时操作不当，如敲打、弯头、压紧工序中用力过 猛使绝缘损伤。 ? 运行日久，绝缘老化、变形、松脆，使导线连通，对年久 失修的变压器尤为突出。 ? 运行中产生局部高温，造成油流死角，油道堵塞，促使绝 缘迅速老化。 ? 变压器运行时，在电动力作用下，使部分线匝发生轴向或 52 2004年高电压培训班教材 辐向位移，造成绝缘磨损而形成穿越性短路。 ? 变压器内油少，绕组露出油面，冷却差而过热，形成绕在 短路。 ? 长期过载运行，使绕组导线过热，绝缘变脆，最终导致短 路。 ? 各种过电压、过电流作用，使绝缘性能恶化而形成短路。 ? 绕组电气故障引发绕组匝间短路，如绕组局部放电或闪 络、绕组接地等。 2） 修复方法 当绕组匝间短路原因及部位找出后，应针对每 种故障原因采取对应修理方法。即 ? 制作线圈时，操作要得当，不要随意用铁鎯头之类铁质工 具直接敲打线匝。 ? 做好预防性检修，使绝缘状况保持良好。 ? 检修时垫条要垫实，以加强绕组匝间的紧固，防止在电动 力作用下产生位移而损伤绝缘。 ? 加强通风冷却措施，使油及器身不过热，减少绝缘老化。 ? 定期添注变压器油，使绕组始终浸没在油中，使散热良好。 ? 按规定要求，不使变压器经常过载运行。 ? 合理操作，防止拉合闸产生过电压，装好避雷设施，防止 雷击产生过电压。 ? 加强维护巡视和检测，及时处理和排除变压器其他电气故 障。 在变压器两相绕组中产生短路的几率较少，除非变压器内落入 金属条之类导体，将两相线匝绝缘划破构成短路。通常，相间短路出 现较多的时在各类中小型变压器壳内两相线圈引线上的软铜接线卡 （缓冲器）相碰引起的短路。 引起变压器绕组相间短路多是在检修中修理人员操作不当，在 拆、装变压器过程中，紧固或松动引线螺母时，因螺栓跟着转动，使 53 2004年高电压培训班教材 焊在螺栓下端、弯成弓形的软铜连接片也跟着转动，造成两相软铜连 接片相碰而未发觉，致使相间短路。 修理过程中必须采取正确的操作方法，防止拆、装变压器时在 拧紧和松动螺母过程中再造成软铜连接片相碰。如选用的活扳手大小 要适中，用力要均匀。对不好拧的不要强行扳拧，应在螺母和螺栓丝 扣处滴一些润滑油，稍停片刻再拧。当螺栓上的螺纹乱扣或锈蚀严重 时，应更换同规格尺寸的新螺栓、螺母，以免用已损坏的旧螺栓、螺 母，仍拧不紧，在运行中受电磁力作用而振动，再次造成螺栓转动， 带动软铜连接片移位相碰而相间短路。 （ 这种股间短路故障常出现在用多股导线并绕的变压器线圈中。 ? 制造线圈或更换线圈大修中，因导线质量不好，导线外绝缘 层包绕不均，有露铜（铝）现象； ? 在绕制中因弯曲、毛刺影响，使匝间绝缘受到损伤； ? 操作时卡线过紧或换位不当，造成导线拧绞和刮伤导线绝缘； ? 线圈在压装、整形过程中，挤伤并绕导线间绝缘层，股间短路； ? 导线绝缘损伤的线圈在压装中暂时未形成短路，运行中受过电 压或过载大电流冲击、或受其他电气故障的波及，最终形成短路。 前面曾分析了变压器绕组的各种短路故障的修理和检测，但有 时出现的故障不知是在绕组哪一侧，尤其在尚未解体吊心之际，更无 法判断短路是在高压侧还是低压侧。为解决这一故障位置的判顿，现 介绍不吊心检查和判断变压器绕组短路故障属于哪一侧的中性点位 移法，既适合修理厂不吊心检查应用，更适合变压器运行现场检测。 当正常的三相变压器空载运行时，线电 压及相电压均是对称的，其中性点也位于三角形中心。当变压器绕组 中存在短路线匝时，由于短路线匝的去磁作用，使得各相电压出现不 平衡，将导致中心点由原来的O点位移到O’点。 54 2004年高电压培训班教材 采用加电压的方法来判定，弱加电压绕组侧无故障，由于变压器 阻抗增大，感应侧中性点位移程度，远比直接加电压在故障侧小，从 而可判定出哪一侧是短路故障侧。 该法应用比较简单、方便，检查故障 侧时变压器不需吊心。先将分接位置放在最大档分接处；再对被测变 压器高低压绕组分别加一低电压，其低压侧所加的电压值为高压侧所 加的电压值除于变压器变压比。当向高压侧加电压时，低压侧应开路； 反之对低压侧加电压时，高压侧应开路。加电压分别测量低压侧三相 线电压及相电压，根据所测出电压数值大小进行判定。 1）安装变压器竣工后，未将油箱顶盖上运输用的定位销翻转过 来，或去除掉，构成多点接地。 2）由于铁心夹件肢板距铁心柱太近、铁心叠片因某种原因翘起 后，触及到夹件肢板，形成多点接地。 3）铁轭螺杆的衬套过长，与铁轭叠片相碰，构成了新的接地点。 4）铁心下夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁 轭处叠片相碰造成接地。 5）具有潜油泵装置的大中型变压器，由于潜油泵轴承磨损，金 属粉末进入油箱中，淤积油箱底部，在电磁力作用下形成路桥，将下 铁轭与垫脚或箱底接通，形成多点接地。 6）油浸变压器油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁轭、 旁柱边沿相碰，构成新的接地点。 7）油浸式变压器油箱中落入金属异物（或干式变压器壳体中）， 如铁钉、电焊条头、短钢丝等，这类金属异物使铁心叠片和箱体构通， 形成接地。 8）下夹件与铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多 的油泥，使其绝缘电阻值降为零时，构成了多点接地。 1）在铁心中产生涡流，铁损耗增加，铁心局部过热。 55 2004年高电压培训班教材 2）多点接地严重时，又较长时间未处理，变压器连续运行将导 致油及绕组也过热，使油纸绝缘逐渐老化而脱落，将引起更大的铁心 过热，铁心也将烧毁。 3）较长时间多点接地，使油浸变压器油劣化而产生可燃性气体， 使气体继电器动作。 4）因铁心过热使器身中木质垫块及夹件炭化。 5）严重的多点接地会使接地线烧断，使变压器失去了正常的的 一点接地，后果不可设想。 6）多点接地也会引起放电现象。 由上面铁心多点接地类型和产生的异常现象，不难看出，多点接 地的原因有下列几点： 1）制造变压器或更换铁心大修时，选用的硅钢片质量有问题， 如硅钢带表面粗糙不光滑，热轧硅钢片涂的绝缘漆膜脱落，冷轧硅钢 片的绝缘氧化膜附着力差也脱落，造成片间短路，形成多点接地。 2）硅钢片保管不当，长期受潮，使表面锈蚀严重，漆膜或氧化 膜脱落，造成多点接地。 3）铁心加工工艺不合理，如毛刺超标，剪切中放的不平，夹有 细小的金属颗粒或硬质非金属颗粒，将叠片压出一个个小凹坑，另一 面则形成小凸点，叠装后也将叠片绝缘层破坏造成片间短路。 4）叠压不当，叠压系数取得过大，压力过大，破坏了片间绝缘。 5）运行维护不当。变压器长期过载运行使片间绝缘老化，平时 不巡视和检查，使铁心局部过热严重，片间绝缘遭破坏造成多点接地。 对运行的变压器如何判定其为多点接地呢？通常从两方面来检 测。 1）采用抽油样，进行气相色谱分析 当变压器发生故障时，为区分故障类别，可取油样对油中含气 量及组分进行色谱分析。 ?色谱分析中如气体中的甲烷（CH4）及烯烃组分含量较高，而 56 2004年高电压培训班教材 一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）气体含量和以往相比变化不大， 或含量正常，则说明铁心过热，铁心过热可能是由于多点接地所至。 ?色谱分析中当出现乙炔（C2H2）,说明铁心已出现间歇性多点接地。 2）采用交流电流表测量接地线有无电流 因变压器铁心接地导线和外引的接地套管相连接，利用其外引接地套 管，接入电流表，测量地线上有无电流。变压器铁心正常接地时（一 点接地），因无电流回路形成，地线上电流很小（在1A一下）或等于 零，当铁心出现多点接地时，铁心主磁通周围有短路匝存在，匝内将 有环流流通，其环流的大小取决于磁通被包围的多少而定，一般可达 几十安培。利用测量地线中有无电流，很准确的判断出铁心有无多点 接地故障。 3）直流法测定多点接地故障 现将铁心与夹件的连接片打开，在铁轭两侧的硅钢片上施加6V 直流电压，接着用直流电压表（万用表的直流电压档）依次测量各级 铁心叠片间的电压，当电压表的指针指在零位上（读数为0）或指针 指示反向，则可认为被测处是故障接地点。 4）交流法测量多点接地故障 交流法测量，是用电流表测量接地系统中有无交流电流存在。测量方 法是先给变压器低压绕组施加220～380V的交流电压，则铁心中将产生磁通。打开铁心和夹件的连接片，用交流毫安表（或万用表交流 mA档）的两接线电笔，沿铁轭各级进行逐点测量，当毫安表中指针 指为零（毫安表中无电流读数），说明被测处铁心叠片为接地点故障 点。 7.5.5多点接地故障的排除 通过运行变压器出现的多点接地故障现象和检测确定有多点接 地故障存在，必须采取有效措施加以排除。可分两种情况来处理。 1)变压器不能停运时的临时排除方法 ?对有外接地线的变压器，当发生多点接地故障，若测得故障电 流较大时，可先临时断开地线，使变压器处在无接地（正常一点接地） 57 2004年高电压培训班教材 状态下运行。采取此种措施应该注意的是要加强对运行的变压器的监 视，以防止故障点临时消失后使铁心出现悬浮电位。 ?当检测和判定的多点接地故障，属于不稳定型。可采取在工作 中接地线中串一个滑线电阻，将电流限制在1A以下。具体做法是先将正常工作接地线打开，分别用电压表及电流表测出电压U及电流 I,根据欧姆定律求出电阻R，即R＝U/I，从而来决定电阻容量的大小；滑线电阻选取好之后，将其串接在工作接地线中。 ?加强监视，可经常取油样进行色谱分析，判定故障点的产气速 率大小，如产气速率缓慢，变压器可继续运行；若产气速率较快，为 防止故障扩大，应该退出运行，组织检修。 ?移接正常接地线位置 当多点接地故障点位置检测中已确认， 又无法处理，可采取将铁心的正常工作接地片移至故障点同一位置， 用以较大幅度减小环流。 发现某一台SFSL1-25000/110变压器有多点接地故障。 故障现象 变压器局部过热，气体继电器动作，测接地线电流达 20A。 故障原因 因变压器不能临时停运修理，根据故障现象中出现的 问题，判定为铁心多点接地，多点接地是何原因造成，只好待停运后 吊心解体检查测量再分析。 临时处理方法 由检测中看出该变压器铁心多点接地较实，故障 点又确定了，为此采用将铁心的正常工作接地片移至故障点同一位置 后，通过测量其环流，由原来的20A降至0.3A ，环流大幅度降低。运行一个月后，抽油样进行气相色谱分析，总含烃量下降，运行情况 正常。说明临时处理措施是可行和有效地。该变压器运行三个月后， 安排检修，彻底的排除了多点接地故障。 引起变压器铁心过热的故障原因有多方面，如绕组短路、过载 运行、油循环不畅或箱内油量少、油恶化，铁心本身接地不良、铁心 异常接地、铁心片间短路、铁心局部短路、铁轭螺杆接地、铁心漏磁 58 2004年高电压培训班教材 等。现一一分析如下“ （1）故障现象 运行中的变压器过热，尤其是局部铁心过热，气体继电器动作， 经色谱分析特征气体是CH4、H2、C2H4以及C2H6并且含量超标。 （2）故障原因以及分析 对多台此类故障的变压器吊心检测，发现故障部位均在铁心和夹 件上。原因有： 1) 紧固螺栓拧偏使铁心局部短路过热。 2) 穿心螺杆绝缘破裂或者过热炭化引起铁心局部短路和过 热。 3) 由于铁质夹件夹紧位置不当，碰到铁心，造成铁心局部短 路和过热。 4) 在器身组装及变压器总装中，由于不细心，将焊渣、电焊 头或者其他金属异物落在铁心上，使铁心局部短路。 5) 由于用了过长的穿心螺杆座套，使座套伸向铁心与铁心碰 撞，造成铁心局部短路。 6) 在安装接地铜片时，铜片下料过长，连接后铜片又触及另 一部分铁心叠片，形成两点或者多点接地和短路，使铁心 局部过热。 （1）故障现象 1）铁心局部过热，有特征气体出现。 2）变压器内部有间歇放电现象，并且有清脆的响声从内部传出 来。 3）测绕组的介质损耗角正切纸偏大。 4）气体继电器动作 （2）故障原因及分析 1）铁心叠片未紧固，有松散现象。 2）铁心叠片和接地铜片未夹紧。 59 2004年高电压培训班教材 3）低压引线对外壳放电或对铁轭放电。 （3）修理方法 1）如铁心叠片松散，可松开夹件理顺松散处叠片，再把夹件夹 紧使铁心紧密。 2）如属铁心叠片和接地铜片未夹紧，可重新夹紧。 3）如属低压引线对外壳放电，则检查后排除故障。 （4）修理实例 1）变压器数据 型号为SJ-5600/35型，5600kVA，35kV。 2）故障现象 变压器移动地点后，安装完进行交接试验中发 现问题如下： a．常温下对高压绕组作介质损耗测定，其值为3％（偏高）。 b．对低压作耐压试验中，当电压升至5kV时，发现变压器内部有间歇放电声。 3）故障原因及分析 吊心检查和测试，检查引线绝缘无损伤， 固定引线的夹件完好无损。最后发现接地铜片与铁心叠片没有夹紧， 轻轻一抽铜片就被抽出。 4）修理方法 把接地铜片重新插入原铁心接地处两叠片间， 紧固牢。变压器组装后，经高压试验未出现问题，投运后一切正常。 7.6.3铁心片间短路 变压器铁心硅钢片片间应绝缘良好，铁损耗小；如果片间绝缘受 损伤，片间电阻将变小，将影响层间电流、空载损耗增大，铁心过热。 冷扎晶粒取向硅钢片是采用特殊工艺在硅钢片表面涂以无机质 的涂层（无机膜），且有较高的层间电阻。当片间绝缘受损后，铁心 运行不正常，有下列故障现象出现。 （1） 故障现象 1） 铁心过热 2） 气体继电器动作，抽油样进行色谱分析时，总烃含量大。 （2） 故障原因及分析 1） 更换铁心大修时，裁剪叠片边缘毛刺大，叠压后造成片 间短路。 60 2004年高电压培训班教材 2） 铁心受潮、叠片锈蚀，绝缘漆膜脱落，造成片间短路。 3） 叠装不合理，受压过大，破坏了片间绝缘层。 通过改台变压器故障，应引起注意的是，安装铁心接地引线时， 下料长度要适中，不能过长或过短，过长造成裸铜部分与铁心搭接， 形成两点或多点接地或引起片间短路；还应注意接地引线焊接处应包 好绝缘，接地引线固定处要夹紧。 7.6.4 (1)故障现象 运行的变压器箱体过热，运行人员测量铁损耗，发现铁损耗较大， 说明铁耗使铁心发热异常。 （2）原因及分析 查看了高压开关柜上电压表、电流表，发现运行电压过高，超过 额定电压7％。其原因属电源线路电压偏高，变压器在高电压下运行， 铁心磁通高度饱和，使铁心过热显著，波及到油、绕组和箱体过热。 （3）修理方法 1）对过热的变压器进行全面检查，吊心查看器身：铁心未过热 变色、绕组未变形、表面绝缘未碳化、仅颜色深黄，绝缘油浓稠色深， 可能因过热有化学分解，决定采取真空滤油。 2）故障原因是运行电压高，采取调压变压器分接开关，一般调 节5％左右，此次将分接开关由原额定档位调到最高档。因分接调到 105％档，即此时绕组匝数增加5％，一次绕组电阻也相应增加5％，而变压器一次绕组通过的电流相应减少5％，结果变压器铜耗下降， 是铁损耗也下降。 3）对电压不可调节的变压器，可将线路频率调高一点，通过调 频的方法使磁通饱和度下降，减少损耗，消除铁心过热。 7.6.5叠片周边毛刺大，叠铁心片时缝隙不均，造成铁心过热 （1）叠片周边毛刺大，叠缝间隙不正常引起铁心过热。 1）故障现象 变压器在运行中有较大响声，铁心过热，测铁损 耗时发现铁损耗过大。 61 2004年高电压培训班教材 2）故障原因及分析 经吊心检查，发现穿心螺杆上螺母松动， 轭铁和边柱上下端部叠片有外张里凹现象，对接处缝隙不均。为此， 拆下穿心螺杆及夹件，取出一、二次绕组，对铁心进行全面检查，发 现叠片毛刺较大。用千分尺测量几十片叠片周边，毛刺最小处为 0.08mm，最大处为0.12mm，肉眼看的明显，手摸时划指皮，毛刺明 显超标。一般老型号铁心叠片，允许毛刺为0.06mm，低损耗变压器 铁心叠片毛刺为0.03～0.04mm；在拆片过程中发现轭片和边柱、心 柱间大小不均，个别处还出现搭接。 叠片毛刺大，叠压后，当叠压系数保证时，将造成铁心叠片局部 短路，由此产生的涡流使铁心局部过热。 上述两方面毛病均属操作不当造成。毛刺大是由于剪切时，刀刃 不锋利或上下刀刃间间隙过大；铁心叠装时，一是定位装置未调整好， 四角不垂直成菱形，放片不仔细，造成搭接和错位现象。 8. 8.1电力变压器的投运及维护 在变压器投运前，值班人员应仔细检查并确认变压器是否处于完 好状态，具备投运条件时，才允许投运。 1 变压器的检查 1） 检查储油柜油位计冲油套管的油位计中油位、油色是否正 常，无渗漏油现象。 2） 检查套管外部应清洁，无裂纹和破损，无放电痕迹及其它 异常现象。 3） 检查温度计指示是否正常，温度计毛细管有无硬弯和压扁、 裂开等现象。 4） 呼吸管应完好，油封呼吸管不应缺油，呼吸应畅通，硅胶 应干燥。 5） 储油柜、散热器与箱体的连接阀门应处于开启位置。 6） 安全气道及其保护膜应完好无损。 7） 气体继电器内应无残余气体，其与储油柜之间的连接阀门 62 2004年高电压培训班教材 应打开。 8） 箱壳接地良好。 9） 带有风冷设备的10MVA变压器，其风机完好率应在90％以 上。 10） 检查一、二次绕组引线头螺钉是否牢固。 2. 检查一、二次断路器、隔离开关是否清洁完好，瓷绝缘子 有无损伤。要求断路器指示正常，所有动触头及连接点无 烧伤痕迹。 3. 拆除变压器一、二次断路器及隔离开关上的临时地线、隔 板、护栏和工作标识牌。 4. 了解变压器各项试验数据，各项试验项目应合格。 5. 注油变压器，在试投运以前应静放一段时间。20MVA及以上 变压器，注油后应静置16h，最低也不少于12h；5600kVA 及以上变压器要静置8h，1000kVA及以下变压器要静置4h， 最少也不能少于2h。 6. 检查相序是否正确、通风设备是否完好，各阀门位置是否 正确。 7. 试操作时断路器保护装置及操作回路均应准确无误，才能 试运行。 1.变压器应进行五次全电压冲击合闸。无异常现象发生，励磁 涌流不应引起保护装置的误动作。 2.变压器并列前，应先核对相位，要求相位一致。 3.空载运行时间一般为24h. 4.变压器试投运后，逐步增加负载，开始带载运行。这时各密 封面及焊缝不应有渗漏油现象。 5.新带负载的变压器，应增加检查次数，同时注意油面温升， 超过45k时应发出信号。 1.强油循环的变压器在投运前先启用其冷却装置；对强油循环 63 2004年高电压培训班教材 水冷变压器，应先投入油系统，再启用水系统。水冷却器冬季停用后 应将水全部放尽。 2.如有断路器时，必须使用断路器进行投运，如无断路器时， 在规定容量范围内可用隔离开关进行投运。 3.变压器的充电，应当由装有保护装置的电源测进行。 4.在110kV及以上中性点直接接地的系统中，投运变压器时， 必须事先将中性点接地。 5.以上条件要求满足后，开始作投入操作，首先和好保护压板 及操作电源开关。然后合一、二次隔离开关，合一次断路器，检查变 压器一切正常后，再合二次断路器。 6.合闸后，仔细观察变压器运行情况，并检查各仪表指示是否 正常。所有开关位置指示牌及指示灯都应反应正常。 7.及时收取气体继电器的气体，因为变压器初投运24h内，气体继电器动作是正常的，对收集的气体化验，是否可燃。要求挡板式 气体继电器的重瓦斯触点应用于断路器分闸，无故障冲击电流时，不 应动作。 8.并列的变压器在并列后，要注意各变压器的负载分配情况， 如果两台变压器负载分配的不平衡度超过20％时，应解列运行。 1. 有值班人员的变电所（站） 1） 值班人员随时监视控制盘上的仪表指示，并且每1h抄表一次；如果控制盘不在控制室，可酌情减少抄表次数，但每班至少两次。 当变压器过载运行时，要增加抄表次数，加强监视。 2） 变压器容量为315kVA及以下者，每天检查一次；容量在 560kVA及以上者，每班检查一次，容量在1800kVA及以上者，每2h检查一次。 2. 无值班人员的变电所（站） 1）安装在变压器室内的315kVA及以下的变压器和柱上变压器， 每两个月至少检查一次。 2）3150kVA以下变压器，每月至少检查一次，容量在3150kVA 64 2004年高电压培训班教材 及以上的变压器，每10天至少检查一次。 3）大修后的变压器投运后，每1h要检查一次，坚持三天。 4）在大风、大雨可能危及安全运行的环境下，随时注意监视。 发现异常异常情况及时向上级报告。 5）正常运行的变压器检查项目 （1）变压器声音正常，无异常声响发生。 （2）变压器的各密封件和焊缝无渗漏油现象。 （3）储油柜、充油套管外部清洁，油位、油色正常；套管无破 损裂纹、无放电痕迹及其它异常现象。 （4）温度计指示与变压器箱体温度应接近，油温应正常（用手 摸能停10s，约为55?以下，手摸能停3s，约为70?）。 （5）安全气道保护膜是否损坏。 （6）检查气体继电器的油面和联结油门是否打开，气体继电器 内应无气体。 （7）引线接头、电缆、母线应无发热现象。 （8）管道阀门开闭正确，风扇、油泵、水泵转动应均匀正常。 （9）水冷却器的油压应大于水压，从旋塞放水检查应无油迹。 6）运行人员与维修人员定期外部检查项目 （1）变压器外壳温度应正常，外壳接地线应完好。 （2）检查各油门的铅封应完好。 （3）标志和相色应清楚和明显。 （4）消防设施应齐全、完好。 （5）变压器通风设备应完好。 （6）强油循环变压器应作冷却装置自动切换试验，保证动作正 常。 （7）击穿保险器应完好。 （8）有载分接开关动作应正常。 （9）净油器、吸湿器工作正常；油封吸湿器的油位正常、干燥 剂有效。 （10）储油柜油位计指示正常，集泥器清理干净。 65 2004年高电压培训班教材 7）特殊检查 （1）大雪天，仔细观察连接点是否有落雪溶化的现象。 （2）雷雨天，套管有无放电现象。 （3）雾雨天，检查有无较严重的放电声和火花放电现象。 （4）每隔一段时间作夜间熄灯检查，观察火花情况。 （1）变压器运行时，挡板式气体继电器保护应投入，重瓦斯触 点始终在断路器跳闸回路，轻瓦斯触点在信号回路。备用变压器的继 电器保护应投入信号，以便监视油面。 （2）变压器在运行中进行滤油、加油及换硅胶时，应先将重瓦 斯改接信号，其它保护仍应接入跳闸位置。轻瓦斯在24h内动作发出信号是正常现象。添油、滤油和排气完毕后，重瓦斯仍要改接回跳闸 位置。 （3）当气体继电器的油位计指示的油面异常时，为查明原因，先 将重瓦斯改接信号，检查吸湿器是否堵塞，更换失效的硅胶。如果不 能排除，可报告检修人员或停电试验查明原因。 （1）无载分接开关 1）无载分接开关在投入前变换分接头位置，要求正反方向各转 动五圈，目的是消除触头上的氧化膜和油污。 2）要确认分接头位置的正确性与制造厂提供的数据进行比较。 3）测量直流电组 4）做好分接头记录。 （ 2）有载分接开关 投运前要用手柄转动开关，并测量每个每个分接时的电压比，其 数值必须与制造厂的名牌规定相符。 9.气相色谱分析 正常运行的变压器，油中气体含量很少，尤其可燃性气体更低， 占总量0.01％～0.1％之间，新油更低。正常变压器含氧量少比空气 66 2004年高电压培训班教材 大些，为20％～30％，但含氮量比空气少，和变压器保护结构形式 有关，氮封变压器含氧气占5％左右，薄膜密封变压器，要小于3％，而一般开放型变压器占30％左右。 正常变压器的CO和CO2分布比空气含量大一数量级，运行年限 长，其数值越大，这是绝缘材料老化的象征。 正常变压器可燃性气体总量为0.1％以下，而有轻度故障的变压 器，在0.1％～0.5％之间，故障变压器，可燃性气体总量在0.5％以上。所以，按可燃性气体总量来判别变压器运行状态是可行的。 变压器产生故障时，变压器油和固体绝缘材料在热和电磁作用 下，将产生热故障和电气故障，并且产生各种气体，这些气体要溶解 在变压器油中，从变压器油中取出油样，将油中各种气体进行分析， 就可以判断出变压器故障。 2.故障原因与气体特征 （1）产生故障原因有 1）导线过电流； 2）铁心局部短路、铁心多点接地，形成环流； 3）分解开关接触不良； 4）接线焊接不良； 5）电磁屏蔽不良，使漏磁集中； 6）油道堵塞，影响散热。 当绝缘材料局部过热时，会产生大量的CO和CO2且CO/CO2＞10。 当绝缘油局部过热时，会产生大量的乙烯和甲烷，随着温度升高， 则乙烷（C2H6）和氢（H2）气增加，严重过热时，才产生少量乙炔（C2H2）。 （2）产生电气故障的原因有 1）绕组匝间、层间、相间绝缘击穿； 2）引线对地闪络或断裂； 3）分解开关飞弧。 电气故障产生的气体主要是氢（H2）和乙炔（C2H2），其次是乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）。 电气故障形成按能量大小分，有三种，即高能量的电弧放电、 67 2004年高电压培训班教材 低能量的间歇火花放电和最低能量的局部放电。 （3）高能量电弧放电原因 1）严重的绕组故障，如绕组短路、绝缘大面积击穿等。 2）严重的铁心失火，大面积铁心短路。 由于突发爆炸，能量大，时间短，气体来不及溶入油中，气体 直接进入气体继电器中，可从放气嘴中取出油样，化验。这种气体主 要是氢气（H2）和乙炔（C2H2）。 （4）造成火花放电的原因有 1）引线接触不良； 2）不稳定的铁心接地； 3）分接开关触头接触不良； 4）套管导电杆与引线接触不良。 这种故障因能量不大，所以总烃含量不高，气体主要是氢气（H2） 和乙炔（C2H2）。 （5）造成局部放电的原因有 1）冲片棱角或冲片间局部放电； 2）金属尖端之间局部放电。 这时产生的气体主要是氢气（H2）和甲烷（CH4）。 （6）固体绝缘材料故障分析 固体绝缘材料产生故障时，会产生CO和CO2气体。正常开放式变压器的CO含量ψ（CO）不大于0.03％。如果总烃含量超限，而CO 又超过0.03％，可认为变压器固体绝缘材料有过热的可能；如果总 烃值未超限，虽CO超过0.03％，还可以认为变压器是正常的。发现 CO超标时，要综合分析。 变压器受潮，固体绝缘材料含水量增加，变压器油中含氢气成分 较高，这是因为水在电场作用下进行电解，并且水和钢铁材料起化学 反应产生氢气。 （7）变压器故障类型与气体组分关系 通过上述看出，变压器故障原因、类型与油中所含气体组分和数 量有关系。 68 2004年高电压培训班教材 变压器产生故障时，油中含有气体除上述用于气相色谱分析有用 的几种之外，还有原子氧（O）、臭氧（O3）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等，这样气体与油中水分起化学作用后，会产生硝酸和亚 硝酸，它们对绝缘材料起到强烈的腐蚀作用，并与导线裸铜起化学反 应后产生铜绿和硝酸铜粉末，使铜导线腐蚀，所以变压器故障后，必 须对油进行净化和脱气处理。 2.气相色谱分析试验结果判断 （1）根据油中气体含量限值进行判断 油中氢、烃气体含量限值大小用来判断变压器有无故障和故障严 重程度。当有一项达到“故障”值时，说明变压器内部有故障存在； 当其中有一项达到“注意”值时，应加强监视，跟踪分析。 （2）三比值法判断变压器故障 通过气相色谱分析判断变压器故障方法很多，如改良电协研法、 HAY判断法、浓度谱图法、三比值判断法等。在修理单位常用三比值 判断法。 三比值是指C2H2/ C2H4、CH4/ H2、C2H4/ C2H6三项比值大小，从这三项比值大小来判断变压器存在的故障情况，这种方法称为三比 值判断法。 三比值法中，对于相同的比值范围，以不同的编码表示出来。 （3）故障点的产气速率 为了准确判断故障，还要考虑故障发展趋势，故障点的产生气体 速率快慢与故障能量大小有关，一般采用绝对产气速率来判断。 若运行的变压器油中产气速率小于表中值，认为变压器正常，无 故障；若大于表中值，则表明变压器有潜伏性故障。 计算方法 A,AG21X,, a,td 式中 X——绝对产气速率，Ml/h； a A——第二次取样测得油中某气体含量； 2 A——第一次取样测得油中某气体含量； 1 69 2004年高电压培训班教材 ——两次取样时间间隔中的实际运行时间h； ,t G——变压器总油重，t。 要求测量准确，以减少误差。 表1 三比值法的编码规则 特征气比值范围编码 体的比说 明 CHCHCH 22值 244CHCHH24264 <0.1 0 1 0 例如： 0.1~1 1 0 0 CH 22＝1～3 时，编码为1； CH24CH 41~3 1 2 1 ＝1～3 时，编码为2；H2CH 24 ＝1～3 时，编码为1CH26 >3 2 2 2 表2 判断故障性质的三比值法 比值范围编码 序故障性 典型例子 号 质 CHCHCH 22244CHCHH242640 无故障 0 0 0 正常老化 低能 0 由于不完全浸渍引起含气孔穴中 量密度 1 但无1 0 的放电，或过分饱和或高湿度引起 的局部 意义 的孔穴中的放电 放电 高能 量密度 同上，但以导致固体绝缘的放 2 1 1 0 的局部电痕迹或穿孔 放电 低能不同电位之间的油的连续火花放3 1?2 0 1?2 量的放电或对悬浮电位连接不良的连续 70 2004年高电压培训班教材 ?电 火花放电。固体材料之间油的击穿 高能有工频续流的放电。绕组之间或线4 量的放1 0 2 圈之间，或线圈对地之间的油的电 电 弧击穿。选择开关切断电流 低于 5 150?的0 0 1 一般性的绝缘导线过热 热故障? 150～ 300?低 6 温范围0 2 0 的过热 故障? 由于磁通集中引起的铁心局部 300～ 过热 700?中 热电温度增加，从铁心中的小热7 等温度0 2 1 点，铁心短路，由于涡流引起的铜 范围的 过热，接头或接触不良（形成焦炭） 热故障 以及铁心和外壳的环流 高于 700?高 8 温范围 0 2 2 的热故 障? 表3 绝对产气速率的统计值 （mL/h） 油 保 护 开放式 封闭式 气 方 体 法 组 分 H － 0.30 2 CH 0.10 0.20 4 CH 0.10 0.20 24 CH 0.05 0.10 26 71 2004年高电压培训班教材 CH 0.01 0.02 22 C+C 0.26 0.52 12 CO 0.40 1.50 <故障>P295 油处理 数码拍照 P300表格等 包括标准 10.油的处理 安装前变压器油的检查若不合格，需进行处理，其方法有 真空喷雾法、压力式过滤法、真空净化法、白土过滤法和IMC-33分子筛球过滤法等。为了提高处理效果，往往几种方法配合使用。 安装前变压器油的几种处理方法 方法 处理特点与处理过程 备注 真空喷油从污油罐排出，经滤油、加热后为了较理想地消除油雾法 油和水分同时由喷雾器喷出时，因中水分，可采用2~3级 油的热容量较大，其微粒能再结合真空处理系统，如再配 成油粒滴入油罐内，而水微粒带有合吸附剂吸附干燥，效 一定热量，再加上油罐维持在果更好 93.3~101.2kPa的真空度，水微粒很 快形成汽化状态，被真空抽出 压力式采用LY-50~100型板式滤油机，装每一滤板、滤框间嵌套过滤法 备简单，便于操作，在常温下可进2~3张滤纸，且1h左 行，它利用油泵压力将油强迫通过右更换一次，滤纸消耗 具有吸附和过滤作用的滤纸而透大。适用于含水分和杂 72 2004年高电压培训班教材 入滤板槽内，使油往复过滤得以净质不严重的油 化； 滤油机的正常压力为196~392kPa， 超过此值应检查是否堵塞 真空净采用真空滤油机净化变压器油。它真空滤油机有 化法 将原油用油泵压入加热器进行加ZLY-50~150、JYJ-11和 热，随后经过滤器净化处理，再送JYJ-22三种型式。前两 入脱气罐内进行脱气、脱水处理，种为单级真空式，用于 使油中水分在高真空状态下迅速110kV级及以下变压 汽化、蒸发，分离出的混合气体被器；后者为两级真空 真空泵抽走。净化后的油从脱气罐式，用于 下部经真空排油泵、高精度过滤器220kV级及以下变压 送入变压器 器。 吸附过比压力式法多一吸附器，一般用φ油应加热到40~50?，滤法 3~7mm硅胶作吸附剂，故可以吸附硅胶饱和后应调换经 油中的酸性过氧化物及树脂和纤加热400?干燥处理后 维杂质。油污染严重时还应加真空的硅胶 滤（净）油机 白土过白土是氧化铝和三氧化硅的结合白土用量根据油的外 滤法 物。白土颗粒的表面孔，对于有机观和酸值决定。当外观 低分子悬浮酸以及树脂、胶状悬浮状态透明时： 碳粒均具有吸附力。白土要在酸值 白土量 73 2004年高电压培训班教材 100~11?下预热1~3h增加活泼性，（mgKOH/g）(占油 但温度过高会使其趁热逸散于空重%) 气中。白土和油混合温度和搅拌时0.05~0.08 5~8 间为： 0.08~0.12 8~15 混合温度（?） ＜60 60 ＞80 搅拌时间（min）40~50 30 ＜10 白土最好二次加入油中，间隔期间 油温保持在60?左右 LMC-33分子筛微球催化剂（俗称“801”）过滤后，油介质损耗率 分子筛具有强烈吸附作用，其过程为被处可达0.05~0.1，击穿电微球过理油加热至50~60??按约1%油压达60kV 滤法 重的801逐渐加入油中，搅拌1h ?静止4h，油渣沉淀后将油抽出? 经板式滤油机过滤，再经真空喷雾 罐脱水、脱气 2004年9月22日 74