1、 2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 1 页 共 ？ 页1 引言（或绪论）随着国民经济的增长，社会生产力水平的提高，电力事业迅速发展，装机容量和电网规模在日益增大。一个大型的电网往往由大量的电气设备组成，不同的设备之间互相关联，紧密耦合。一方面提高了系统的自动化水平，为生产带来了可观的经济效益。另一方面，由于影响系统运行的因数剧增，使其产生故障或失效的潜在可能性越来越大。一个设备的故障常常会引起整个电网的链式反应，导致整个电网不能正常运行乃至瘫痪。各行业对电力的需求日益增加，而且对供电稳定性和可靠性的要求也越来越高，这些无不在提醒人们对电力系统中设备的运行可靠性的要求不断提高。电力变压器
2、是电力系统的重要输变电设备，其运行状况直接关系到发电、供电系统的安全性和供电可靠性。根据统计资料分析，电力变压器的内部故障主要有过热性故障、短路故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。对 359 台故障变压器的统计表明：过热性故障占 63%；高能量放电故障占 18.1%；过热兼高能量放电故障占 10%。而在过热性故障中，分接开关接触不良占 50%；铁心多点接地和局部短路或漏磁环流约占 33%；导线过热和接头不良或紧固件松动引起过热约占 14.4%；其他故障占 2.1%。可见，如何监视变压器的内部过热故障是变压器绝缘监督的重点，变压器绝缘油测试是发现该类故障十分有效的一种测试手段，配合其他测试方法
3、，往往能准确判断出故障点位置，避免事故发生。本文主要通过一次最近发生变压的器事故来对变压器匝间短路故障进行分析和处理，最后指出维护变压器正常运行的措施。2 概述变压器是一种静止电器，它通过线圈间的电磁感应，将一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。2.1 变压器的基本工作原理和结构2.1.1 基本工作原理和分类1基本工作原理变压器的主要部件是铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电联系。在一2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 2 页 共 ？ 页次绕组中加上交变电压，产生交链一、二次绕组的交变磁通，在两绕组中分别感应电动势。只要磁通有变化量和一、二次绕组的匝数
4、不同，就能达到改变压的目的。2分类：按用途分：电力变压器和特种变压器。按绕组数目分：单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。按相数分：单相变压器、三相变压器和多相变压器。按铁心结构分：心式变压器和壳式变压器。 按调压方式分：无励磁调压变压器和有载调压变压器。 按冷却介质和冷却方式分：干式变压器、油浸式变压器和充气式变压器。2.1.2 基本结构1铁心变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为 0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。2绕组变压器的电路，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。3绝缘套管将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用
5、。4油箱油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器） 。dtNe11tde222014 届 毕 业 设 计 论 文 第 3 页 共 ？ 页此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器等。2.2 变压器的型号和额定值2.2.1 变压器的型号型号表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容，表示方法为：具体代码介绍如下：D-单相，S-三相，J-油浸自冷，G-干式空气自冷，F- 油浸风冷，FP- 强迫油循环风冷，SP-强迫油循环水冷，L-绕组为铝线，Z-有载调压，SC-三相环氧树脂浇注，SG-三相干式自冷，JMB-
6、局部照明变压器，YD-试验用单相变压器 BF(C) -控制变压器（C 为 C 型铁芯结构，DDG-单相干式低压大电流变压器） 。2.2.2 变压器的额定值1额定容量 kVASN指铭牌规定的额定使用条件下所能输出的视在功率。 2额定电压 U21/指长期运行时所能承受的工作电压, 是指一次侧所加的额定电压， 是指一次NU1 NU2侧加额定电压时二次侧的开路电压。在三相变压器中额定电压为线电压。3额定电流 AIN21/指在额定容量下，允许长期通过的额定电流。在三相变压器中指的是线电流。4三者关系单相： NNIIUS21三相： 33 变压器的常见故障2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 4 页 共
7、 ？ 页3.1 变压器故障按部位分类分析变压器故障按部位通常可分为绕组、铁心、绝缘、引线、分接开关、套管、密封等七类故障。如下图所示。3.1.1 、绕组故障分析和处理方法变压器的核心部位是变压器绕组，构成变压器输入、输出电能的电气的回路，其故障模式可分为：绕组短路、绕组断路、绕组松动、变形、位移、绕组烧损。其中绕组短路又可分为：层间短路、匝间短路、股间短路等。变压器绕组故障除外在因素外，大部分是由于绕组本身结构及绝缘不合理所引起，以绕组短路出现率最高，它不仅影响到绕组本身，而且对铁心、引线、绝缘层等都有极大的影响。这种故障属致命性的，此时变压器内部可能出现局部高温或局部高能量放电现象，如不及时
8、处理会导致变压器绕组完全损坏，严重时其油温声速升高，体积膨胀，甚至导致变压器爆炸，升级为灾害性故障。对于变压器绕组松动、变形、失稳，绝缘损伤现象，变压器在这种情况下虽能运行，但实质上内部已受损，抗短路能力差，若外部短路或受到雷击的影响进一步使绕组松散，内部场强分布不均，极易导致局部放电进而损伤导线。另外松散导线也易在电磁力作用下产生振动，互相磨擦而划破绝缘。绕组烧损是指绕组绝缘部分碳化，最终形成绕组短路，发展为致命性故障，因而这类故障属于监界性故障。对此一般处理方法为： 1 、修得变形部位，必要时应更换绕组； 2 、拧紧压圈螺订，紧固松脱的衬垫、撑条； 3 、修复改善结构，提高机械强度，修补绝
9、缘，并作浸漆干燥处理。绕组断路，当高压侧有一相断路时，变压器将非在全相状态下运行，变压器低压侧三相电压、电流呈现不平衡，三相直流电阻也不平衡；两相断路则变压器不能运行；当低压侧两相断路时，变压器为单相负载运行，断路的两相无电压输出，因而变压器断路属于致命性故障，为此须更换或修复绕组。2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 5 页 共 ？ 页3.1. 2 铁心故障分析和处理方法变压器铁心和绕组是传递、交换电磁能量的主要部件，要使变压器可靠运行，除绕组质量合格外，铁心质量好坏是决定正常运行的关键。铁心的故障模式可分为：铁心多点接地、铁心接地不良、铁心片间短路。其中铁心多点接地可分为：铁心动态性多
10、点接地和牢靠性多点接地。变压器铁心故障以铁心多点接地出现较多，伴随有铁心局部过热运行时间过长将会使油纸绝缘老化、绝缘垫块碳化、铁心片绝缘层老化，甚至使铁心接地引线绕断，这类故障属临界性故障。铁心片间短路将会在强磁场中形成涡流使铁心局部过热，铁心接地不良也会使铁心局部过热，同时出现介损超标现象。局部过热现象易烧坏铁心片间绝缘，扩大铁心故障，因而它们也属临界性故障。而铁心动态性接地情况将有所不同，它主要是由杂质在电场力作用下形成导电小桥（由一些杂质纤维与金属粉末组成），有时在大电流的冲击下而摧毁，出现情况不稳定，一般不影响变压器运行，但不定期的局部过热会使内部绝缘受伤，属轻度性故障。变压器铁心应定
11、期测试其绝缘强度，用 1000 伏兆欧表测得绝缘值不应低于 2 兆欧，发现绝缘强度低于标准时，要及时更换螺栓套管和绝缘垫，或对绝缘损坏的硅钢片进行重刷绝缘处理。3.1.3 、分接开关故障分析和处理方法有载分接开关内部传动结构较为复杂，而且经常操作切换，它的故障直接影响到变压器的正常运行，分接开关由于受高温和绝缘油影响，极易使触头表面氧化，产生氧化膜，使触头间接触电阻增大，由于接触不良引起局门路高温，破坏接触表面。其故障模式主要有简体爆炸、触头烧损、档序错乱、齿轮损坏。简体爆炸甚至会导致变压器着火，属致命性故障。开关档序错乱、齿轮损坏、触头烧损在故障状态下运行将会扩大故障，它属临界性故障。201
12、4 届 毕 业 设 计 论 文 第 6 页 共 ？ 页对此的一般处理方法是： 1 、更换或修整触头弹簧； 2 、拧紧松动的螺栓； 3 、对分接开关位置错位要进行纠正； 4 、若属于有载调压装置安装或调整不当则要对调压装置按要求进行调整。3.1.4、引线故障分析和处理方法引线是变压器内部绕组出线与外部接线的中间环节，其接头通过焊接而成，因而焊接质量好坏直接影响到引线故障的发生。其主要故障模式有：引线短路、引线断路、引线接触不良。引线相间短路和不及时处理会导致绕组相间短路，属致命性故障，事故扩大会发展成为灾难性故障。引线接触不良会产生局部高温烧断引线而使变压器停止运行，属于临界性故障。引线接触不良
13、有以下原因： 1 、螺栓松动； 2 、焊接不牢； 3 、分接开关接点损坏。针对上述原因，应采取如下措施： 1 、在变压器停运检修时，应对接触不良的螺栓都重新紧固；2 、检修时在焊接前必须将焊接面清洗干净，焊接后认真检查焊点质量，以防运行时焊点脱落引起事故； 3 、应将开关转换到位，逐个紧固螺栓，确信一切正确无误后，才允许投入运行。3.1.5 、套管故障分析处理方法套管是变压器内绕组与油箱外联结引线的重要保护装置。它长期遭受电场、风雨、污染等影响，易使瓷釉龟裂，绝缘老化，是变压器故障多发部位。其故障式主要有：套管炸裂、套管位移、开焊、局部放电。套管爆炸将致使变压器停运甚至烧毁，故属于致命性故障；
14、套管位移、开焊将会有水顺着套管进入变压器本体内，极易导致变压器绕组短路或相间短路，局部放电或易局部过热，易使套管内部绝缘击穿，属临界性故障。一般处理方法是： 1 、清除瓷套管外表面的积灰和脏污； 2 、若套管密封不严或绝缘受潮劣化则应更换套管。3.1.6 、绝缘故障分析处理方法变压器内部绝缘是变压器质量优劣的关键，大部分故障都是因绝缘性能不佳引起，因而绝缘的好坏是变压器能否长期、安全可靠运行的基本保证。绝缘故障模式可分为：绝缘损伤、介损超标。绝缘损伤与介损超标在短期内变压器仍能正常运行，但这些故障会使变压器内部产生局部放电或局部轻度过热现象，进一步损伤绝缘将导致变压器内绕组局部短路、绝缘件碳化
15、等故障，属轻度性故障。2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 7 页 共 ？ 页一般处理方法有： 1 、对绝缘受潮要进行干燥处理； 2 、若变压器油劣化则要更换或处理变压器油； 3 、检查油道是否堵塞，并清除油道中的杂物； 4 、若油面过低则应检查有否渗漏及增加油量至油面线。3.1.7 、密封不良和处理方法变压器密封不良主要是接头处处理不好，如焊接质量不良、螺栓乱扣以及法兰不平等原因造成。其后果是漏油、漏气，影响范围大。故障模式有密封圈老化、瓷套脱落或破裂、箱体焊点裂纹、潜油泵处漏气等。这类故障通常不易被发现，检查中要特别注意。发现问题应及时处理： 1 、对密封圈老化要更换密封圈； 2 、属
16、瓷套破裂要更换瓷套； 3 、箱体焊点有裂纹须补焊； 4 、所有紧固螺栓必须拧紧。3.2 从变压器的异常声音判断故障及处理3.2.1“吱吱”声当分接开关调压之后，响声加重，以双臂电桥测试其直流电阻值，均超过出厂原始数据的 2，属接触不良，系触头有污垢而引起的。处理方法：旋开分接开关的风雨罩，卸下锁紧螺丝，用搬手把分接开关的轴左右往复旋转 1015 次，即可消除这种现象，修后立即装配还原。其次，终端杆引至跌落式熔断器的引下线采用裸铝或裸铜绞线，但张力不够，再加上瓷瓶扎线松驰所致。3.2.2 噼啪”的清脆击铁声这是高压瓷套管引线，通过空气对变压器外壳的放电声，是变压器油箱上部缺油所致。处理方法：用清
17、洁干燥的漏斗从注油器孔插入油枕里，加入经试验合格的同号变压器油(不能混油使用) ，补油量加至油面线温度+20 为宜，然后上好注油器。否则，油受热膨胀会产生溢油现象。如条件允许，应采用真空注油法以排除线圈中的气泡。对未用干燥剂的变压器，应检查注油器内的排气孔是否畅通无阻，以确保安全运行。3.2.3 沉闷的“噼啪”声这是高压引线通过变压器油而对外壳放电，属对地距离不够(30mm)或绝缘油中含有2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 8 页 共 ？ 页水份。驱潮的方法：另从三相三线开关中接出三根 380V 的引线，分别接在配电变压器高压绕组 A、B 、c 端子上，从而产生零载电流，该电流不仅流过高
18、压线圈产生了铜损，同时也产生了磁通，磁通通过线圈芯柱、铁心上下轭铁、螺栓、油箱还产生了铁损，铜损和铁损产生的热能使变压器油、线圈、铁质部件的水份受到均匀加热而蒸发出来，均通过油枕注油器孔排出箱外。低压线圈中感应出 25V 的零载电压，作为油箱产生涡流发热的电源。从配电变压器的低压绕组 a、b、c 端子上，接出三根 1016mm2 塑料铝芯线，分别在油箱外壳上、中、下缠绕三匝之后，均接于配电变压器低压绕组零线端子上，所产生的涡流发出的热能能使配电变压器油箱受到均匀加热，进一步提高配电变压器的干燥质量。注意，若焙烘的温度高于配电变压器的额定温度，去掉 B 相电源后即可降低干燥时的温度。3.2.4“
19、吱啦吱啦”的如磁铁吸动小垫片的响声，而变压器的监视装置、电压表、电流表、温度计的指示值均属正常这往往由于新组装或吊芯检修时的疏忽大意，没将螺钉或铁垫上紧或掉入小号铁质部件，在电磁力作用下所致。处理方法：待变压器吊芯检修时加以排除。3.2.5 特殊噪声由于负载和周围环境温度的变化，使油枕的油面线发生变化，因此，水蒸气伴随空气一并被吸入油枕内，凝成水珠，促使内部氧化生锈，随着积聚程度加剧，会落到油枕的下部。铁锈通过油枕与油盖的连通管，堆积在部分轭铁上，从而在电磁力的作用下产生振动，发出特殊噪声。这还会导致变压器运行油机械杂质增多，使油质恶化。处理方法：油枕与集泥器的清洁是同时进行的，应根据变压器的
20、负荷情况，温升状况来决定。使用经验证明，两年清洁一次为好。3.2.6 继续放电声变压器的铁心接地，一般采用吊环与油盖焊死或用铁垫脚方法。当脱焊或接触面有油垢时，导致连接处接触不良，而铁心及其夹件金属均处在线圈的电场中，从而感应出一定电位，在高压测试或投入运行时，其感应电位差超过其问的放电电压时，即会产生断续放电声。处理方法：吊芯检查。把接地脱焊面清除干净，重新电焊或把油泥消除至清洁为止，保持良好的接触状态。同时应以 500V 摇表测试，铁心与变压器外壳要接地良好。3.3 变压器温度异常2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 9 页 共 ？ 页变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下，较
21、原来同条件时的温度高，并有不断升高的趋势，也是变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器故障象征。引起温度异常升高的原因有：1、变压器匝间、层间、股间短路；2、变压器铁芯局部短路；3、因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热；4、长期过负荷运行，事故过负荷；5、散热条件恶化等。 处理方法：运行时发现变压器温度异常，应先查明原因后，再采取相应的措施予以排除，把温度降下来，如果是变压器内部故障引起的，应停止运行，进行检修。3.4 油位显著下降及严重漏油正常时的油位上升或下降是由温度变化造成的，变化不会太大。当油位下降显著，甚至从油位计中看不见油位，则可能是因为变压器出现了漏油、渗油现象。变压器运行中
22、渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。3.5 油色异常，有焦臭味。新变压器油呈微透明、淡黄色，运行一段时间后油色会变为浅红色。如油色变暗，说明变压器的绝缘老化；如油色变黑(油中含有碳质)甚至有焦臭味，说明变压器内部有故障(铁心局部烧毁、绕组相间短路等)，这将会导致严重后果，应将变压器停止运行进行检修，并对变压器油进行处理或换成合格的新油。变压器油在变压器中起绝缘和冷却作用，若油质变坏就会起不到应有的作用。为防止因油质变坏而发生严重后果，应在变压器正常运行时，定期取油样进行化验，以便及时发现问题。以上对变压器的声音、温度、油位、外观及其他现象对配电变压器故障的判断，
23、只能作为现场直观的初步判断。因为，变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。必要时必须进行变压器特性试验及综合分析，才能准确可靠地找出故障原因及处理方法。2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 10 页 共 ？ 页3.6 其他原因其他原因往往是绝缘老化或制造中绝缘损坏造成短路；系统的短路冲击造成绕组松动；油泥堵塞油道导致过热等。结论变压器在电力系统中发挥着“心脏”的功能，一旦发生故障，整个区域内的电力网将立刻瘫痪。做好变压器的检查维护工作、消除设备缺陷和隐患是极其重要的。下面是一些维护变压器正常运行的重要措施。一、防止变压器绝缘老化。不定期地用兆欧表对变压
24、器进行绝缘吸收比的摇测，通过直流电阻检测，根据变压器相间电阻值参数的平衡系数来及早发现问题，必要时还应对变压器进行直流泄漏电流值与往年或出厂时的数据进行比较，施加交流工频电压来进行绝缘强度检查，同时通过变压器上层油温情况，掌握变压器负荷变化,避免变压器长期处于负荷高峰运行 12。二、防止变压器绝缘油劣化。对变压器油劣质的预防措施，主要是通过对变压器介质损耗进行检测，利用气相色谱来分析变压器潜伏性故障。气相色谱法具有灵敏度高、不需将设备停运等优点，可作为监测充油设备运行的重要手段。三、防止变压器过电压引起故障。一般要求在变压器的一、二次侧装设避雷器。对于发电厂、变电所等拥有大容量主变压器的地方，
25、还应加设过电压二次回路监控系统装置。四、防止变压器套管破损。受潮的套管应及早进行干燥，破损的套管应更换新套管，加封气密性好、弹性强的耐油件，经试验检测合格后方可投入运行。五、防止变压器引线的绝缘故障。变压器在投运前应对其各高低压桩头进行复检，将各接触点的螺丝旋紧，以防接触不良；同时，还应做好对其绝缘油位的监视工作，严禁无油或少油运行。六、防止变压器磁路故障。变压器磁路故障主要反映在变压器器芯内部的绕组和铁芯之2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 11 页 共 ？ 页间。要确保穿心螺丝、夹板与铁芯之间有一定的安全距离，铁芯硅钢片组合之间的空隙要小。此外，变压器的铁芯要与大地可靠相连接。七、防
26、止分接开关故障。首先要对变压器的各电压档位进行电压比、直流电阻相间的比较测试，同时，还须对变压器进行短路、空载损耗试验，从而确定变压器是否具备安全运行条件 13。八、合理分配负荷，防止单相或三相长期过负荷。规程规定，配电变压器的不平衡中性线电流不应超过低压侧额定电流 25%。实际上铁路用电不同时的多，负荷大小不确定因素多，配电变压器低压供电负荷分配难以平衡达到要求。这时可考虑用大一级的配电变压器进行配电，尽量减少变压器单相长期长时间过负荷，导温度高损坏配电变压器。致 谢（小 3 号黑体，居中）致 谢由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在 设 计 过 程 中 难 免 出 现 错 误 ，敬
27、请 各 位 专 家 和 老 师 批 评 指 正 。 本 设 计 是 在 指 导 老 师 直 接 指 导 下 完 成 的 ， 在 设 计的选题及其设计过程中指导老师多次给予我指导。当完成了设计的初稿之后，指导老师在百忙中挤出时间，仔 细 地 阅 读 了 设 计 初 稿 ，提出了许多珍贵的修改意见。在本次毕业设计过程中，能得到老师的指导使我感到非常的荣幸，指导老师严谨的治学作风、高尚的学术品质、热情的待人态度给我留下了深刻的影响。在完成毕 业 设 计 之 际 ， 在 此 向 指 导 老 师 表 示 衷 心 的 致 谢 。另 外 ， 在 设 计 期 间 ， 老 师 给 予 我 的 帮 助 在 此 向
28、 她 表 示 深 切 的 谢 意 。在设计的整理、资料的收集、图文的处理等方面，得到了班上同学的积极帮助，占 用 了 他 们 许 多 宝 贵 时 间 ， 在 此 也 向 他 们 表 示 由 衷 的 感 谢 。在 设 计 即 将 付 印 之 时 ，对 以 上 导 师 、同学给予我真诚的帮助再次表示万分的感谢。（小 4 号宋体，1.5 倍行距）2014 届 毕 业 设 计 论 文 第 12 页 共 ？ 页参考文献1沈水福，高大勇设备故障诊断技术北京：科学出版社，1990.2徐敏，黄邵毅设备故障诊断手册-机械设备状态监测和故障诊断，西安：西安交通大学出版社，1998.3Mohamed AAWahab
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