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关于配电变压器几种损坏情况的分析
xiao_xiao1 发表于 2009/7/7 14:53:56 709 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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1、因缺油、油中含有水份、杂质，使线圈绝缘受潮和油耐压强度降低而损坏的有44台，占总损坏台数的39.6%;
2、因累计过负荷，温升超过规定值，使绝缘介质变脆老化，变压器油过热分解而损坏的有19台，占总损坏数的17。1%;
3、因没安装避雷器或避雷器失效雷击而损坏的有15台，占总损坏台数的13.5%;
4、因架设不合格，外力因素或失修造成二次侧混线短路而损坏的有11台，占总损坏台数的9.9%;
5、因过载、短路时，一、二次没有安装合格的熔丝，失去保护而损坏的有7台，占总损坏台数的6.3%;
6、因高压套管受污、，受损(裂纹、破解)对油箱击穿放电而损坏的有5台，占总损坏台数的4.5%;
配电变压器的损坏，不仅造成了严重的经济损失，而且，有的还造成了重大触电伤亡事故。我县在这方面的教训是惨痛的。
为了及时发现配电变压器存在的缺陷，自今年三月份开始，我局安排了盖州、熊岳两个试修所，对全县各农村用户配电变压器着手进行试验，试验结果表明，有相当数量的一部分配电变压器是带病运行的。例如，仅就盖州试修所现已试验完的535台的情况来看，其中缺油的有105台，占试验总数的19.6%，油耐压合格的有38台，占试验总合数的7.1%;不合格的有50台，占试验总台数的9。3%;交流耐压不合格的有30台，占试验总台数的5.6%。
二、配电变压器损坏原因分析
经验证明，配电变压器内损坏，不管程度如何，大都是绝缘结构、绝缘介质(电缆纸、变压器油等)在很多因素(如温度、电气、化学和机械等，的作用下，而遭到损坏的。
温度是配电变压器运行中最常遭到因素。它是由介质损失和变压器的铜铁损而引起的。除正常运行温度外，还会碰到过载和短路时产生的过电流引起的温度骤升(短路时短路电流达到额定电流的25~30倍。因而，铜损将达到额定电流时几百倍，使绕组温度上升非常迅速)。
变压器的固体绝缘介质在温度作用下，将会失去水份、变脆、机械强度下降。若温度持续上升，使发热量不断增加，形成恶性循环使绝缘介质进一步烧熔、烧裂、烧焦，直至完全破坏。这就是所谓的热击穿。发生热击穿的时间较慢，一般要经历数小时的时间。但当突发短路时，所经历的时间比较短，当有适合的保护时，不会发生热击穿。如果我们以绕组温度达到250℃不烧毁为限，所需时间为：
式中：ZK一变压器漏阻抗标么值，
jcp一变压器平均电流密度。
如果取ZK=0.055， jcp="3".0A/mm2
(设为铜导线)，则
t≈2·5 秒
根据熔丝的安一秒特性，熔丝会提前熔断。
变压器油在温度作用下会发生过热分解，使性能劣化。瓷质绝缘如套管在温度作用下也将会出现空隙，以致损坏。
电气作用也是配电变压器运行中经常耐受的因素。变压器的绝缘，除了长期承受工 作电压外，而且还将短时或瞬时承受内部过电压和大气过电压的作用。工作电压的作用是长期的，主要从绝缘簿弱的部位局部放电，从而发展为电化学击穿。而过电压的时作用，主要是产生积累效应，使少化程度逐步扩大，最后导致电击穿。电击穿的形成机理是绝缘介质中的自由电子，在强电场的作用下，使其运动速度加快，动能剧增，发生游离，形成电子崩，构成放电形成阶段。如放电通道进一步发展，电流剧增，介质破坏，电压降为零，构成放电完成阶段，即主放电阶段。主放电时间很快，一般在零点几秒内就可完成。
化学作用通常也是配电变压器运行中往往不可避免的因素。化学作用主要是指氧化，水解和生成沉淀物的过程。例如固体绝缘介质、变压器油接触空气后，在温度的共同作用下，可引起氧化析出沉淀物，腐蚀、影响绝缘，使其发生化学变化;导致老化最后以击穿的形式而破坏。化学变化主要是由于在绝缘介质中电场不均匀的地方，发生局部放电而引起的。我们把局部放电引起介质的化学变化，使之老化直至最后发展成热击穿的全部过程叫做电化学击穿。电化学击穿的时间一般较长，有时要经历数小时到数年。机械力的作用，往往也是变压器运行中可能遇到的，如电动力。尤其是突发短路，将出现很大电动力(因为电动力与电流的平方成正比，突发短路时变压器绕组受到的电动力可达额定时的几百倍)，往往使绝缘遭到机械破。
根据上述各种击穿的机理，通过对损坏的配电变压器修试分析，说明配电变压器的损坏大都是由于电击穿和电化学击穿而引起击而热击穿损坏的数量相对要少一些)绝缘结构绝缘介质存在的某些缺陷，是造成前两种的穿的内在原因，这可从下述在修试中总结击各种缺陷情况得到证明。
1、绝缘介质中存在气隙，浸漆不佳，其中形成一定空腔，在一定的电场强度下而击穿。
2、绝缘结构中存在簿弱部位，如线圈端部、引线、线圈间、匝间等电场强度分布不均，在较高外施电压作用下而击穿。例如高频雷电冲击波浸入配电变压器高压线圈，其端部可能出现很大的电压梯度，如下列图中曲线①在发生电磁振荡时电压分布如曲线②由图可见，这时，某些部位的线圈，它的对地主绝缘甚至承受比冲击放电压的还要高的电压。
3、绝缘结构工艺不良。如导线表面有角、毛刺，油箱及金属构件中有尖角，纸筒与垫块间、线匝与垫块间有楔形油隙，在较高的电场作用下而击穿。 信息请登陆:输配电设备网
4、浸漆工艺不好，在浸漆的绝缘件中，形成含有气体的漆瘤、漆泡。其中气体的击穿强度低;发生放电而击穿。
5、金属部件和导体间的电气连接不良绝缘处理不好，于该处发生放电而击穿。
6、变压器油中含有气体、杂质、水份使击穿电压大为降低。例如当油中存在气泡时，其在电压作用下的场强与介质的介电系数成反比
故气泡中的场强远比油低，故气泡极易放电。而水份在电场作用下易发生极化，形成沿电场方向的杂质“小桥”，因其泄电漏电流较大，引起杂质发热，使水份气化，最后导致放电击穿。
三、防止配电变压器损坏的对策
由上所述，我们知道配电变压器的损坏一是由于运行管理不善，二是技术上的问题解决不好而造成的。因此必须从这两方面采取措施。
(一)、关于技术方面的措施：配电变压器的损坏在技术上主要是由于在温度、电气化学和机械等因素作用下，致使绝缘老化、变质，最后发生热击穿、电击穿或电化学击穿而造成的。损坏时，可能是因为其中的一种击穿穿而作用的结果，也可能是其中的两种或兼而有之而作用的结果。为了有效地防止各种击穿损坏变压器，我们有必要再来分析一下影响它们的因素，并提出解决的办法。
1. 关于温度
温度是影响热击穿、电化学击穿的一种重要的因素。
实验证明，击穿电压随周围媒质温度增加而显著下降，与温度成指数反比关系。在运行中要防止变压器的温升超过规定的数值，以免降低其使用寿命和导致击穿破坏。众所周知，配电变压器绝缘材料使用寿命与周围温度成指数函数关系，可用下列经验公式来确定。
T=A
其中T～使用寿命，年，
A～常数，对油浸变压器约为7.15×104
～系数，约为0.088， 信息来源:http://tede.cn
～绝缘的温度，℃，
从上式可见，当绝缘的长期耐受温度为90～95℃时，其正常损坏期为20年左右。而当度每增加3℃，绝缘材料的寿命将减少一半。为防止温度过高，可采取下列措施： 信息来源:http://www.tede.cn
①限制变压器不应长期过载和防止短路，根据焦耳一楞次定律Q=0.24I2Rt可知，决定发热量的主要因素是I，I越大，I2增值越快，在比较短的℃时间内就有可能烧毁变压器。特别是短路时的情况更为严重。其次，虽然电流超过不甚大，但过负荷时间很长，由于热量积累的关系也会烧毁变压器。一般过负荷烧毁的变压器多半发生二次绕组。
⑨一、二次安装合格的熔丝，以便一旦短路和过载时，熔丝熔断，使变压器得到保护但要注意下列问题。
(1)高压熔丝不要裸露在外面，要安装在熔丝管里，这样做便于灭弧，防止弧光短路。
(2)高低压熔丝不能以其它金属导体代替，也不能以低压熔丝代替高压熔丝。因为在同样的额定电流下，由低熔点高电阻系数的铅锌制成的低压熔丝，耍比用高熔点低电阻系数的铜银等制成的高压熔丝具有较大的截面因此熔断时，金属蒸气多，对灭弧不利。
3、关于绝缘
绝缘介质质量的好坏，绝缘结构完善程程度与否，对各种击穿的影响很大，如绝缘介质导热性能好，热导大，则不易发生热击穿。如绝缘介质均匀致密，则其击穿强度相对要高击穿的可能性就要减少。若不够均匀致密，其中含有气孔时，会使电场发生畸变，击穿电压大大降低。如运行中绝缘受潮‘使介质损失增加，有时也会发生热击穿，若绝缘结构存在某些弱点，如电缆纸质量不佳，垫层厚度不够，导线有毛刺、尖角，层间绝缘处理不当时，极易从这些地方击穿。若变压器油中含有水份，杂质时，其击穿强度也会大大降低。为防止上述情况，可解决下列几个问题。在设计制造时要保证绝缘材料的质量，尽量均匀致密，垫足层数，包扎均匀，去掉导线上的毛刺、尖角绕制线圈时，防止用力锤打，在检修时，可适当提高有关部位的绝缘强度或加大绝缘间隔如对层间绝缘簿弱的变压器可，将端部线圈匝间的绝缘(约为全部线圈的5%)适当予以加强。在浸漆烘于时，要设法防止产生漆泡和漆瘤，消除绝缘中的水份气泡在运行中，要防止线圈受潮，绝缘性能劣化，要加强对变压器的油务监督。防止变压器渗漏油、缺油，空气水份、进入变压器，防止油中有杂质。
3、关于过电压过电流
如前所述，过电压过电流对变压器的破坏作用也很大，也必须加以防止和限制。
过电流的作用有两方面：即发热和机械力作用。发热会导致热击穿。机械力的作用会使线圈发生位移磨损绝缘，使绝缘结构、整个线圈遭到破坏。
过电压对变压器的危害很大，以大气醒过电压为例，因为它的幅值很高(高达十几倍相于电压)，持续时间很短(不超过几十微秒)所以其危害性较大，其性质也较特殊。它一方面可将线圈与铁芯或油箱间的绝缘或高压线圈与低压线圈间的绝缘击穿，造成线圈接地故障，使主绝缘遭到破坏;另一方，它可使同一线圈内匝与匝间或一段线圈与另一段线圈间的绝缘击穿，造成匝间，短路故障，使纵绝缘遭到破坏。这两种情况都必须设法防止。除了加强变压器绝缘薄弱的部位外，还必须对大气过电压加以限制。其方法是在高低压出口侧安装伐型避雷器。但在安装运行中要注意以下几个问题。
(1)高压伐型避雷器要尽量靠近变压器安装，距离越近，效果越好，一般安装在跌落开关内侧。这样便于试验，维修和退出运行。值得注意的是，不要安装在变压器的外壳上，以防避雷器爆炸时斌毁变压器。
(2)避雷器的地应与变压器外壳和低压侧中性点连在一起共同接地，如下图。这样，当高压侧落雷，避雷器放电时，变压器绝缘上承受的即是避雷器的残压。而接地装置上的电压降并没有作用在变压器的绝缘上这对变压器的保护是十分有利的能够减少变压带高低压绕组间和高低压绕组对变压器外壳间发生绝缘击穿的危险。我县曾发生过因避雷器接地与两线一地运行的变压器的一次工作接地线相连而未与外壳连在一起，避雷器放电时对外壳而击穿。
(3)为防止低压侧落雷和反变换波的影响，应在低压侧出口处，安装一组低压伐型避雷器Fs一0.25或MY—400压敏电阻及氧化锌避雷器。
(4)为了限制雷电波侵入陡度与幅度，在配电变压器和避雷器之间，增设一组电感线圈。其构造，线圈直径20厘米，30匝左右，长度24厘米，电感量为100微亨。
(5)两线一地制运行的配电变压器，为了使雷击后较易切断工频续流，最好选用15KV的伐型避雷器。 信息请登陆:输配电设备网
(二)关于运行管理方面的措施
1.搞好配电变压器的现场试验，特别要开展配电变压器感应耐压试验，及早发现匝间，层间的局部放电缺陷。这对运行年限较长，维护管理不善的农村配电变压器尤其必要。
2.加强巡视检查农村配电变压器绝大部分安装在室外。它经常受着变化着的气候条件(如温度、雷雨、雪雾、污染等)的影响。另外，它还受到经常变化的负荷的影响作用。有时它还要受到外力的破坏。为了掌握其运行状况，及时发现缺陷，必须定期巡视，最好一月一次。
巡视内容主要有：
(一)声音是否正常
(1)发出的声音较正常的嗡嗡声大，沉重而无杂音。是过负荷。过电征过电流穿越短路引起的。
(2)发出放电的劈裂声，可能是缺芯接地线断裂：发出间断性放电的吱一吱声，可能是铁芯接地接触不好。
(3)发出连续的或间歇的撞击声和清脆的唰唰声，可能是变压器外壳与其它外物(大小不同)接触(接触程度不同)时，因铁芯振动而引起外物振动所致。
(4)发出叮叮当当的声音，可能是铁芯夹件松动，在电磁力作用下，各部件互相撞击所致。
(5)发出咕噜的开锅声可能是匝间短路，发热，使变压器油局部沸腾。
(二)油位是否正常
当气温和变压器温度发生变化时，油位会随之升降，当渗漏油，取抽样时都会使油位下降。因为油的主要作用是绝缘和冷却。油面过低，将会失去绝缘，易引起放电，使线圈受潮。另外，也影响散热。应注意随时补油。
(三)湿度是否正常
当变压器过负荷，分接开关接触不良，线圈匝间短路硅钢片绝缘不好。变压器缺油，穿芯螺丝与铁芯间绝缘不好等都会使温度升高。一般变压器大概上有瘟度计插孔，可用温度计直接检查。如无插孔，可用水限温度计贴在变压器外壳上测量温度。 信息请登陆:输配电设备网
(四)负荷是否正常 根据负荷的变化情况，可随时测量，防止过载。
(五)其它项目 如连接线接触情况，套管是否清洁无损，在高负荷时还要进行夜巡视，雷雨、大雾、大风、雨雪、冰雹发生后要进行特巡。
3、加强运行管理
加强管理，主要是保证变压器在额定情况下进行。要设法保证变压器在额定电压、额定容量下进行。防止铜铁损耗增加。搞好熔丝监察。加强绝缘电阻的监视。新投运变压器油的管理，要按周期搞好油简化试验。