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摘要：在电气化铁道中，牵引变压器是整个牵引供电系统最为重要的设备，是整个牵引变电所的心脏。牵引变压器运行的正常与否，很大程度上决定了供电系统的稳定。因受到运行环境、制造工艺、运行时间等因素的影响，必然会出现一些影响其正常运行的故障。在变压器出现故障时，如果能快速准确地判断故障类型、后果严重程度、应急操作处理，则可以将变压器故障出现后的损失降到最低。在正常情况下，变压器的故障率是比较低的，而一旦故障出现，造成的损失小则数千元，多则上百万元。对曾经出现过的变压器故障的分析就显得尤为重要，也符合铁路交通事故“安全第一，预防为主”的指导思想。
关键词：牵引变压器；运行；故障分析
一、变压器工作原理
1.1单相变压器工作原理
如下图所示：
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当变压器二次侧开路如在一次侧施加频率为f的交流电压Ú1 ，流过电流为Í1，则在铁心中产生交变磁通Φ使这两个线圈发生电磁联系，根据电磁感应原理：交变磁通穿过两个线圈感应出电势，其大小与磁通所铰链的线圈匝数以及主磁通最大值成正比，即： É=4.44fWΦm。式中：É—感应电动势 f—频率（Hz） W—线圈匝数 Φm—主磁通最大值
载时，一、二次侧端电压与一、二次线圈匝数成正比，这样,变压器就起到了变换电压的作用。
1.2三相变压器工作原理：
工作原理图如（图1）：
三相变压器的铁心有三个心柱，每个心柱上都套装着一、二次线圈，其一、二次线圈分别接成星形或三角形，构成三相电路并分别与电源和负荷连接。三相变压器工作原理与单相一样，单相中的电压和电流相当于三相变压器的相电压和相电流。
二、变压器常见故障及分析
2.1声音出现异常
①电网发生单相接地或产生谐振过电压时，变压器的声音较平常尖锐； ②当有大容量的动力设备起动时，负荷变化较大，使变压器声音增大；③过负荷使变压器发出很高而且沉重的“嗡嗡”声; ④个别零件松动如铁芯的穿芯螺丝夹得不紧或有遗漏零件在铁芯上，变压器发出强烈而不均匀的“噪音”或有“锤击”和“吹风”之声; ⑤变压器内部接触不良，或绝缘有击穿，变压器发出“噼啪”或“吱吱”声，且此声音随距离故障点远近而变化; ⑥系统短路或接地时，通过很大的短路电流，使变压器发出“噼啪”噪音，严重时将会有巨大轰鸣声。
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2.2在正常负荷和正常冷却方式下，变压器出现油温不断升高的情况
①由于涡流或夹紧铁芯用的穿芯螺丝绝缘损坏均会使变压器的油温升高。而穿芯螺丝绝缘破坏后，使穿芯螺丝与硅钢片间的绝缘破坏，这时有很大的电流通过穿芯螺丝，使螺丝发热，也会使变压器的油温升高；②绕组局部层间或匝间的短路，内部接点有故障，接触电阻加大，二次线路上有大电阻短路，会使油温升高。
2.3变压器绝缘油颜色出现显著变化的情况
绝缘油在运行时可能与空气接触，并逐渐吸收空气中的水份，从而降低绝缘性能。同时绝缘油也可能吸收、溶解大量空气，由于油经常在较高温度下运行，油与空气中的氧接触，生成各种氧化物，氧化物呈酸性，易使变压器内部的金属、绝缘材料受腐蚀，增加油的介质损耗，随之降低绝缘强度，造成变压器内闪络，易引起绕组与外壳击穿。
2.4油枕或防爆管出现喷油的情况
当二次系统突然短路，而保护拒动，或内部有短路故障，而出气孔和防爆管堵塞等，内部的高温和高热会使变压器油突然喷出，喷出后使油面降低，有可能引起瓦斯保护动作。
2.5出现三相电压不平衡的情况
三相负载不平衡引起中性点位移、系统发生铁磁谐振、绕组局部发生匝间和层间短路，造成三相电压不平衡。
2.6继电保护发生动作的情况
继电保护动作，一般说明变压器内部有故障。瓦斯保护是变压器的主要保护，它能监视变压器内部发生的部分故障，常常是轻瓦斯动作发出信号，重瓦斯动作跳闸。
轻瓦斯动作的原因有以下几方面：
①滤油、加油和冷却系统不严密，致使空气进入变压器；温度下降和漏油使油位缓慢降低；变压器内部故障，产生少量气体；变压器内部短路；保护装置二次回路故障；②外部检查未发现变压器有异常现象时，应查明瓦斯继电器中气体的性质，可采用气相色谱法作出适当判断。
2.7绝缘瓷套管出现闪络和爆炸的情况
密封橡胶垫质量不好，安装位置不当，螺母压得不紧等原因，导致套管密封不严，进水或潮气浸入使绝缘受潮而损坏; 电容式套管绝缘分层间隙存在内部形成的游离放电;套管表面积垢严重，以及套管上有大的碎片和裂纹，均会造成套管闪络和爆炸事故。
2.8分接开关出现故障的情况
变压器油箱上有“吱吱”的放电声，电流表随响声发生摆动，瓦斯保护可能发出信号，油的闪点降低。这些可能是分接开关故障而出现的现象。故障原因如下: ①分接开关触头弹簧压力不足，触头滚轮压力不匀，使有效接触面积减少，以及因镀银层的机械强度不够而严重磨损等会引起分接开关烧毁; ②分接开关接触不良，经受不起短路电流的冲击而发生故障③倒分接开关时，分头位置切换错误，引起开关烧坏; ④相间距离不够，或绝缘材料性能降低，在过电压作用下短路。
如发现电流、电压、温度、油位、油色和声音发生变化，应立即取油样作气相色谱分析。当鉴定为开关故障时，应立即将分接开关切换到完好的档位运行。
2.9变压器故障原因的分析
变压器故障的原因，可分为电路故障和磁路故障。电路故障主要指线环和引线故障等，常见: 线圈绝缘老化、受潮，分接开烧损，切换器接触不良，材料质量及制造工艺不良，过电压冲击及二次系统短路引起的故障等。磁路故障一般指铁芯、轭铁及夹件间发生的故障，常见： 变压器油受潮、硅钢片短路、穿芯螺丝及轭铁夹件与铁芯间的绝缘损坏以及铁芯接地不良引起的放电等。
三、小结
通过以上分析可知，变压器的故障出现的机率虽小，但存在不同的类型、不同危害。如何正确的分析、判断、处理变压器故障，以上仅是对变压器的声音、温度、油位、外观及其他现象的故障的初步、综合的归纳、分析，由于变压器故障并非某单一因素的反映，而是涉及诸多因素，有时甚至会出现假象。因此，必要时必须进行变压器的特性试验及综合分析，才能准确、可靠找出故障原因，判明故障性质，提出较完善的处理办法，确保变压器的安全运行。通过运行经验，对变压器较为通用的故障判断及处理，当运行中的变压器出现下列情况之一者，均应立即停止运行①变压器音响很大且大均匀或有爆裂声；
②油枕或防爆管喷油；③冷却及油温测量系统正常，但油温较平常相同条件下运行时高出15ºC以上，或不断上升时；④套管严重破损和放电；⑤漏油使油位不断下降或低于下限；⑥油色不正常（隔膜式油枕者除外），或油内有碳质等杂物；⑦变压器着火；⑧重瓦斯保护动作；⑨因变压器内部故障引起纵差动保护动作。
其中发出②④⑦⑧⑨项中的某一项，且主变压器两侧断路器未跳闸时，值班人员可立即手动使该变压器系统高、低压侧断路器跳闸，然后再报告电力调度。出现其它某一项时，应经电力调度批准后，根据其下达的命令将该变压器退出运行。
参考文献
[1]刘文涛 牵引变压器的故障分析及处理.中国科技纵横 2015年第21期.
[2]运行中变压器油质量 GB/T 7595-2017.
[3]电气化铁路牵引变压器技术条件 TB/T 3159-2007.
[4]电气化铁道牵引变电所供电设备绝缘水平TB/T 2805-1997.