Анализ на дефекти и случаи за отстраняване на неполадки при разпределителни трансформатори

Причини на дефекти в разпределителните трансформатори
Дефекти, причинени от повишаване на температурата
Влияние върху металните материали
Когато трансформаторът работи, ако токът е твърде голям, като клиентската нагрузка надхвърля номиналната капацитет на трансформатора, температурата на трансформатора ще се повиши, което на свой ред ще омекоти металните материали и значително ще намали техния механичен резистентност. Например за медта, ако е изложена на високотемпературна среда над 200 °C за дълго време, нейният механичен резистентност ще бъде значително ослабен; ако температурата превиши 300 °C за кратко време, механичният резистентност също ще падне рязко. За алюминиевите материали, дългосрочната работна температура трябва да бъде контролирана под 90 °C, а краткосрочната работна температура не трябва да надхвърля 120 °C.
Влияние на лош контакт
Лошият контакт е важна причина за много дефекти на разпределителното оборудване, а температурата на електрическата контактна част има голямо влияние върху качеството на електрическия контакт. Когато температурата е твърде висока, повърхността на електрическия контакт проводник ще се оксидира силно, а контактното съпротивление ще се увеличи значително, което ще доведе до повишаване на температурата на проводника и неговите компоненти, а в тежки случаи контакти може да бъдат сварени заедно.
Влияние върху изолационните материали
Когато околната температура надхвърли разумната рамка, органичните изолационни материали ще станат хрупки, ускорявайки процеса на стареене, водещ до значително спадане на изолационните свойства, а в тежки случаи може да се появи диелектрическо пробиване. Изследвания показват, че за клас A изолационни материали, в рамките на тяхната температурно-устойчива зона, при всяко увеличение на температурата с 8 - 10 °C, ефективният срок на ползване на материала ще бъде намален почти наполовина. Това взаимодействие между температурата и срока на ползване е известно като "термично стареене", което е важен фактор, влияещ върху надеждността на изолационните материали.
 Дефекти на разпределителните трансформатори, причинени от лош контакт
Дефекти, причинени от оксидация на защитни покрития
За да се подобри комплексната производителност на проводящите компоненти, в инженерната практика често се използват технологии за модификация на повърхността, за да се обработят ключови контактни части. Например, за проводния стержин на трансформатора, обикновено се формира драгоценен метален защитен слой (като злато, сребро или оловно-основен сплав) на неговата работна повърхност чрез електролитно осаждане. Този металургически свързващ слой може значително да подобри физическите и химичните свойства на контактния интерфейс.

Трябва да се отбележи, че по време на механичната работа в поддръжката на оборудването или при дългосрочно термично натоварване, покритието може да се откъсне частично или да бъде подложено на оксидация и корозия, следователно причинявайки проблеми като аномално увеличение на контактното съпротивление и намаление на способността за провеждане на ток. Експерименталните данни показват, че когато загубата на дебелината на покритието надхвърли 30%, електрическата провеждащост на неговия интерфейс ще покаже експоненциална тенденция към спадане.
Химическа корозия, причинена от директно свързване на мед и алюминий
В електрическата система за свързване, директният контакт между мед и алюминий, различни метали, ще създаде значителна разлика в потенциала, а неговата стойност може да достигне 0.6 - 0.7 V. Тази разлика в потенциала ще предизвика сериозна галванична корозия. В инженерната практика, поради невъзможността да се спазват строителните спецификации или неправилно избор на материали, често се случва директно свързване на медни и алюминиеви проводници без преходно лечение.

След този метод на свързване, когато системата е под напрежение, на контактния интерфейс ще започне да се формира слой от оксидна пленка, което ще доведе до нелинейно увеличение на контактното съпротивление. При номиналната работна температура, ефективният срок на ползване на такива колани обикновено не надхвърля 2000 часа, и накрая, ще се появят дефекти поради влошаване на контактната повърхност.
Силно затопляне на електрическите контакти, причинено от лош контакт
По време на фактическата инсталация на разпределителните трансформатори, обикновено се конфигурират анти-кражни измервателни кутии от нисковолтовата страна. Поради ограниченото вътрешно пространство на измервателната кутия и нестандартните строителни техники, често се появяват проблеми като оплитане на жиците или разхлабено механично залепване на клемните блокове. Тези лоши свързания ще доведат до аномално увеличение на контактното съпротивление, което ще причини прекомерно затопляне под действието на тока на нагрузката, и след това ще се активира аблативен дефект на нисковолтовия проводен стержин.

Още по-сериозно, постоянното повишаване на температурата в края на нисковолтовия обмотък ще ускори процеса на термично стареене на изолационния материал, създавайки скрити опасности от частичен разряд. Едновременно, прекомерното затопляне ще предизвика трансформаторното масло да претърпи пиrolизна реакция, намалявайки неговата изолационна сила и охладителна ефективност. Експерименталните данни показват, че когато температурата на маслото постоянно надхвърля 85 °C, неговото пробивно напрежение ще намалее с около 15% - 20% годишно. Този множествен ефект на влошаване е много вероятен да причини изолационни пробивни аварии, когато се сблъскат с мълниево прекомерно напрежение или комутационно прекомерно напрежение, което в крайна сметка ще доведе до дефекта на трансформатора.
Дефекти на разпределителните трансформатори, причинени от влажност
Увеличаването на относителната влажност на околната среда има двойно влияние върху изолационната система на разпределителното оборудване. Първо, диелектричната сила на влажния въздух намалява значително, а неговото пробивно напрежение е отрицателно корелирано с влажността; второ, адсорбцията на водни молекули върху повърхността на изолационните материали ще създаде проводими канали, което ще доведе до намаление на повърхностното съпротивление. Още по-сериозно, когато влагата се дифундира във вътрешността на твърдите изолационни медии или се разтвори в трансформаторното масло, това ще предизвика рязко увеличение на диелектричните загуби.

Когато съдържанието на вода в трансформаторното масло достигне около 100 μL/L, неговото пробивно напрежение при променлив ток ще се намали до около 12.5% от началната стойност. Това влошаване на изолационните характеристики ще увеличи значително теченията на утечка на оборудването. Във влажна среда, дори при номиналното оперативно напрежение, може да се появят частични разряди. Статистическите данни показват, че в среда с относителна влажност над 85%, дефектната скорост на разпределителните трансформатори се увеличава с 3 - 5 пъти в сравнение с тази в суха среда, главно проявяваща се като изолационни пробиви и повърхностни пробивни аварии.

Дефекти на разпределителните трансформатори, причинени от неправилна инсталация на молниеотводи
В електроенергийната система, надеждността на устройствата за защита от прекомерно напрежение直接影响变压器的运行安全。作为主要保护组件，金属氧化物避雷器（MOA）的安装质量、运行维护和预防性试验是确保其有效性的关键环节。然而，由于施工工艺不规范、检测程序执行不到位以及运维人员专业素养不足，实际保护效果往往大打折扣，这是导致配电变压器绝缘击穿事故的重要原因。
从运行实践的角度来看，保护装置在长期服役过程中会受到各种环境应力的影响。温度循环、机械振动和腐蚀介质等因素可能导致接地系统连接性能退化。当系统遭受雷击时，失效的接地回路无法及时泄放过电压能量，导致保护装置本身发生热击穿。据统计，在保护装置故障案例中，因接地不良引起的爆炸事故占60%以上，能量释放过程常伴有强烈的电弧放电。
几种配电变压器故障诊断方法
通过直观判断进行故障诊断
配电变压器的故障诊断可以通过外部特征进行初步判断。观察内容包括：外壳的完整性（裂纹、变形）、机械状态（紧固件松动）、密封性能（泄漏痕迹）、表面状况（污垢程度、腐蚀现象）以及异常迹象（颜色变化、放电痕迹、冒烟等）。这些外部特征与内部故障有特定的对应关系。

当变压器油呈现深棕色并伴有烧焦味，伴随异常温升和高压侧保护元件动作时，通常表明磁路系统存在异常，可能是硅钢片之间的绝缘损坏或多点接地故障。

如果运行电流异常增大，油温显著升高，三相参数不对称，并伴有低压侧保护装置动作、储油柜冒烟及二次电压波动，则可判断为绕组导体间绝缘损坏引起的匝间短路故障。当某一相的电气参数完全消失（电压和电流为0）时，这种特征通常对应于绕组开路或连接导体熔断故障。

储油柜喷油现象是变压器严重内部故障的重要标志。当故障产气速率超过压力释放装置的处理能力时，油箱内部将形成正压。最初表现为密封薄弱点的渗漏。随着压力继续上升，最终可能在箱体接合面处发生喷油。这种故障大多由绕组相间绝缘击穿引起，通常伴有高压侧保护元件熔断。根据气体继电器动作统计，约75%的严重故障会经历这一发展过程。
通过温度变化进行故障诊断
在配电变压器运行过程中，载流导体会因焦耳效应而不可避免地产生热损耗，这是一种正常的物理现象。然而，当设备出现电气异常（如绝缘劣化、接触不良）或机械缺陷（如绕组变形、冷却系统故障）时，其热平衡状态会被破坏，表现为运行温度超过设计允许值。根据热老化理论，每升高6-8°C，绝缘材料的老化速率将翻倍，从而显著影响设备的使用寿命。

对于由内部故障引起的异常温升，油路系统通常会有明显的异常。当热点温度达到临界值时，变压器油会发生热解反应，生成大量气体，导致压力释放装置动作，引起漏油或喷油。在工程实践中，可以采用简单的方法初步判断设备的温度状态：如果手能触摸变压器外壳超过10秒，其表面温度通常不超过60°C。这个经验值可以作为现场快速评估的参考。
通过气味变化进行故障诊断
打开油枕盖的瞬间，可以闻到一种特殊的刺鼻烧焦味。这表明变压器内部线圈烧毁，通常伴有两至三相跌落式熔断器熔断。

通过声音变化进行故障诊断
在变压器运行过程中，铁芯磁化产生的磁致伸缩效应会引发周期性的机械振动。这些振动及其伴随的声学特性是设备正常运行的重要指标。声学诊断技术能够有效监测变压器的运行状态。具体来说，声信号的频率特性、声压级变化以及振动谱特性可以揭示设备的潜在故障。

在使用声学检测方法时，可以采用导电棒（如绝缘棒）作为声波传导的媒介。将导电棒的一端接触设备外壳，另一端靠近听觉器官进行监听。一旦检测到异常声信号，应立即采取预防性维护措施，防止故障升级。以下是典型声学特征与故障类型的对应关系：

• 间歇性的“咔哒”声：通常表示铁芯叠片松动或紧固件扭矩不足。声压级一般在60到70分贝之间。
  高频放电声：伴随局部放电现象，声信号具有“噼啪”特征。在严重情况下，声压级可超过85分贝，并且常常可见放电痕迹。

• 突发性爆破声：这种情况多发生在引线绝缘损坏或对地放电时。声压级突变超过20分贝。

• 低频隆隆声：常见于低压侧接地故障，声信号的频率集中在100到400赫兹之间。

• 尖锐的啸叫声：这表明设备处于过激状态，声信号的主要频率通常在1到2千赫兹之间。

• 气泡沸腾声：伴随油温异常升高，声信号表现出持续的“咕噜”特征，通常表明油绝缘性能恶化。

通过仪器进行故障诊断
由于设备技术的限制，供电站大多使用万用表测量绕组导体的电阻是否导通，以确定变压器内部是否存在断线或匝间短路；使用绝缘电阻测试仪测量变压器各绕组对地的绝缘电阻，以确定主绝缘是否击穿。当绕组对地或相间绝缘击穿时，其绝缘阻抗值将接近0Ω。

在测试绕组的绝缘性能时，需要分别测量以下三个回路的绝缘参数：一次绕组、二次绕组与外壳之间的绝缘电阻；二次绕组、一次绕组与外壳之间的绝缘电阻；以及一次绕组与二次绕组之间的绝缘电阻。需要注意的是，测试中的参考地电位点是变压器的金属外壳结构。油浸变压器的绝缘电阻参考值如表1所示。

配电变压器故障诊断技术
配电变压器的故障诊断技术是确保设备安全运行的重要手段。通过先进的诊断技术，可以及时发现潜在故障，并采取有效措施防止故障扩大。以下介绍几种常用的配电变压器故障诊断技术。
绕组直流电阻测试
绕组直流电阻测试是检测变压器绕组健康状况的基本方法之一。通过测量绕组的直流电阻，可以确定绕组是否存在断线、接触不良或匝间短路等问题。例如，在某地区的一次例行检查中，检测到一台变压器高压侧绕组的直流电阻异常。进一步检查发现绕组存在匝间短路。及时更换绕组避免了更严重的故障发生。绕组直流电阻测试具有操作简单、结果直观的优点，是变压器日常维护中不可或缺的检测方法。
溶解气体分析（DGA）
溶解气体分析（DGA）是诊断变压器内部故障的重要技术手段。通过分析变压器油中溶解气体的成分和含量，可以确定变压器内部是否存在过热和放电等故障。利用IEC60599三比值法，可以准确识别放电型故障。例如，在某台变压器的油中检测到高浓度的乙炔（C2H2）和氢气（H2）。通过三比值法分析确定为放电型故障。及时维护避免了设备损坏。DGA具有灵敏度高、诊断准确的优点，是监测变压器状态的重要手段。
局部放电检测
局部放电检测是评价变压器绝缘状况的重要方法。局部放电通常发生在绝缘薄弱区域，长期放电会导致绝缘材料逐渐劣化，最终造成严重故障。通过局部放电检测，可以及时发现绝缘缺陷，并采取预防措施。例如，在对某台变压器进行局部放电检测时，发现高压套管处存在放电现象。更换套管后，放电现象消失，有效延长了设备的使用寿命。局部放电检测具有无损性和高灵敏度的优点，是监测变压器绝缘的重要手段。
振动与声学联合检测
振动与声学联合检测是通过分析变压器运行过程中的振动和声信号，来判断设备内部是否存在机械故障。例如，对于一台故障变压器，在125 Hz频段内的振动幅值超出标准3 dB。检查发现铁芯夹具松动。及时紧固后，振动恢复正常。振动与声学联合检测具有实时监测和准确诊断的优点，是诊断变压器机械故障的重要手段。
红外热像检测
红外热像检测是通过检测变压器表面的温度分布，来判断设备是否存在过热故障。例如，在对某台变压器进行红外热像检测时，发现高压套管连接处温度异常。检查发现连接螺栓松动。及时紧固后，温度恢复正常。红外热像检测具有非接触和快速诊断的优点，是诊断变压器过热故障的重要手段。
配电变压器故障排除方法及实例
变压器匝间短路引起的线路跳闸
故障现象
某变电站一条10 kV线路发生了过流跳闸。减少部分负荷后，试送电时仍发生过流。
故障原因分析
现场检修人员到达故障区域后，首先使用兆欧表测试供电线路的绝缘性能，测得对地绝缘值约为2 MΩ。随后，在10 kV电压互感器二次侧开口三角形端子上接入监测仪表。在临时送电试验中，观察到电压读数约为40 V。结合现场调查结果，故障前该线路未接入新的用电设备。

基于此，排除了因过载引起的过流保护动作的可能性。根据正常运行参数分析，该线路既不应触发过流保护，也不应出现单相接地异常。通过系统的检测和综合判断，初步确定故障的根本原因可能是某配电变压器内部绕组匝间绝缘击穿。分析认为，该线路某配电变压器可能存在匝间短路故障。因此，将线路从运行转为检修，并通知线路巡检。

进一步检查发现，该线路某客户的一台250 kV·A配电变压器高压侧A相存在匝间短路，这才是跳闸的真实原因。以下分析该配电变压器匝间短路引起的过流和假接地情况。由于配电变压器内部匝间短路，简化后的等效电路如图1所示。

设ZA、ZB、ZC分别为配电变压器A、B、C相的阻抗。UO为中性点电位。当三相负载平衡时，UO=0；当三相负载不平衡时，UO≠0，导致中性点位移。当配电变压器A相发生相间短路时，阻抗ZA的值会减小，IA的值会增大。当本线路上其他配电变压器A相电流之和大于继电保护的动作值Idz时，将发生过流跳闸。当线路上某变压器A相发生匝间短路时，该变压器A相的阻抗ZA会减小，TV开口三角侧的电压会上升。当该电压超过继电器整定值时，控制室中央信号会发出10 kV接地信号。

变压器低压线与外壳接触引起的事故
故障现象
某单位一台10 kV/400 V、100 kV・A变压器通过低压侧两条回路向负载供电。由于低压侧一条馈线回路无用电负荷，决定拆除该线路。拆线工作完成后恢复供电。当闭合A相和C相高压跌落式熔断器时，没有异常现象。但当闭合B相跌落式熔断器时，在变压器上盖上方约15厘米处突然出现巨大电弧，随后变压器油被喷出。
故障原因分析
事故发生后，全面了解了拆线工作，并对变压器进行了吊芯检查。检查发现，低压侧B相引线直接接触到外壳，接触点处有一个直径1厘米的孔洞。事故原因是拆低压侧线时，施工人员不小心旋转了变压器低压端子的螺丝，导致B相引线接触到变压器外壳。该变压器的中性点和外壳均直接接地，因此B相引线与外壳的接触点成为接地短路点。
处理对策
首先，通过焊接修复变压器本体上的孔洞。然后，拧紧低压引线连接螺丝。接着，过滤变压器油，并补充油位至安全水平。经测试合格后恢复供电。为防止此类事故再次发生，在连接和拆卸变压器时，应尽量避免旋转连接螺丝。一旦螺丝旋转，必须严格处理。只有确认无误后，才能投入变压器使用。
变压器呼吸孔堵塞引起的故障
故障现象
某农场新安装的一台315 kV·A配电变压器在投运一个月后，发出类似雷鸣的巨响后停止运行。