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变压器绕组温度异常原因及诊断方法吕振东

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：吕振东

[导读] 摘要：变压器是电力系统中的重要组成部分之一，广泛应用于电力系统中。

        国网呼伦贝尔供电公司内蒙古呼伦贝尔市 021000
        摘要：变压器是电力系统中的重要组成部分之一，广泛应用于电力系统中。而绕组温度直接决定变压器的使用寿命，所以为了保障变压器运行安全可靠，延长变压器的使用寿命，研究变压器绕组温度异常原因及诊断方法具有十分重要的意义。
        关键词：变压器绕组；温度异常原因；诊断方法
        电力变压器是电力系统中最为重要的电气设备之一，其运行状况对电力系统安全可靠运行关系极大。在电力变压器的主要机构中，绕组是非常重要的组成部分。因绕组超温运行，导致绝缘老化，电力变压器绕组击穿、烧毁事故有相当大比例。某变电站发生过一起变器烧毁的严重故障，故障后检查变压器发现变压器绕组已经击穿、严重烧毁，故障的原因是变器绕组某一点出现异常高温（可能有毛刺或者其他缺陷），这种异常的绕组高温逐渐积聚，导致烧穿绝缘，最终引发变压器故障。
        1变压器绕组温度异常原因
        1.1内部故障引起温度异常
        变压器内部故障如匝间短路或层间短路，线圈对围屏放电，内部引线接头发热，铁芯多点接地使祸流增大过热，零序不平衡电流等漏磁通与铁件油箱形成回路而发热等因素引起变压器绕组温度异常时，还将伴随着瓦斯或差动保护动作，故障严重时还可能使防爆管或压力释放阀喷油，这时变器应停用检查。
        1.2冷却器不正常运行引起温度异常
        冷却器不正常运行或发生故障如潜油泵停运，风扇损坏，散热管道积祐，冷却效率不良，散热器阀门没有打幵等原因引起变压器绕组温度异常。应及时对冷却系统进行维护和冲洗或投入备用冷却器，否则就要调整变压器的负荷。
        1.3温度指示器有误差或指示失灵
        温度表的故障主要是远传温度表的显示数据，与标准数据相比较误差很大，造成远传温度表指针不能正确指示、计算机终端不能正确显示主变压器实际温度，给变压器安全运行造成运行隐患。
        变压器温度表的故障主要表现在：装置故障和人为故障两个方面。
        装置故障方面表现在装置及设备本身存在各种各样的误差，综合误差导致超过允许范围，形成故障。可以表现在PT100电阻随温度变化的非线性对应关系，导致简单的计算公式失效，显示器以及计算机显示不准确，存在装置故障。
        在人为故障方面表现在错误的接线方式导致的人为故障；错误的安装及未将温度表探头安装库内注入变压器油，导致的人为故障。
        2变压器绕组温度异常诊断方法
        目前，变压器绕组温度的在线诊断方法概括起来可分为直接测量法、间接计算法和热模拟测量法三种。
        2.1直接测量法
        直接测量法：该种方法一般在制造过程中埋设测温元件，埋设点越多测量越准确，但维护技术很复杂，价格也很昂贵。
        随着光纤技术的发展，越来越多国家关注直接测量方法，直接测量方法是在变压器绕组直接埋设光纤传感器，使用温度测量仪测量显示绕组温度。与传统的测量顶层或底层油温的方式不同，光纤测温可以直接通过放在绕组中的传感探头实现真实、准确测量“热点”的温度，给电力用户提供直接动态的测量，具有直接、实时、准确等优点。
        其做法是使用光纤探头测量绕组温度时，将其嵌入垫块或直接附在需要温度监测的导线上，这种使用方式，首先必须拆开局部导线绝缘，并在安装光纤测温探头后再恢复导线绝缘。更普遍的方法是把光纤测温探头插入相邻线饼间的热块中，在福向热块上幵槽，将光纤测温探头粘适当的位置。这种方法能避免拆包绝缘这种极其精密作业。由于垫块实际上阻止此位置的油循环，所以此垫块处的温度梯度非常小，光纤测温探头测得的是两个相邻线饼的平均温度。
        经过技术和工艺的不断完善，直接测量绕组热点温度的光纤测温系统正逐渐成为监测临界参数的首选产品。过去，光纤探头易损一直是变压器制造商在安装时所面临的一个难题，但产品经过改进后，增加了光纤保护套，改进了箱壁穿通结构，安装过程中光纤可以适当盘绕，使问题得到了解决。

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        直接测量的优点是显而易见的：高效，准确，精度高，实时。缺点也同样的显而易见：探头易损坏，检修和维护困难。
        2.2间接测量法
        间接计算法：是基于负载导则热点计算公式的间接计算法，具有足够的精确度，因此把这种方法用于变器绕组热点温度测量是目一种经济、简便和实用性强的绕组热点测温方式。它是根据假设的变压器热模型，导出的热点温升计算公式，这是变压器绕组热点估算的经典方法，具有一定的精度，是一种实用有效的测量方法。
        2.3热模拟测量法
        热模拟测量法：变压器绕组的发热是由变压器的负载损耗产生的。由负载损耗公式可知，绕组的发热是和变压器电流的平方成正比的。由于变压器绕组是浸在绝缘油中的，因此，绕组温度表是在一个油温表的基础上，配备一台电流匹配器和一个电热元件。温度表的传感器即温包插在变压器油箱顶层的油孔内。当变压器负载为零时，绕组不发热，故温度表读数为变压器油的温度当变压器带上负载后，通过电流互感器输出的与负载成正比的电流，经电流匹配器调整后流经嵌装在波纹管内的电热元件，使电热元件发热。电热元件所产生的热量，使弹性元件的位移量增大。由于弹性元件的位移量是由变压器顶层油温和变压器负载电流决定的，因此在设计绕组温度表时，考虑了流经电热元件的电流（匹配器的二次电流）所产生的温度指示增量，它近似于变压器被测绕组对油的温升。这样，绕组温度表指示的温度是变压器顶层油温与绕组对油的温升之和，它反映了被测变压器绕组的最热部分温度。由于安装在变压器上的测温设备经过一段时间运行后精度降低，.测量误差增大，存在隐患，已在电网中停止使用这种测温仪。
        3实际案例分析
        （1）某年110kV变电站综自后台报1#主变压器非电量保护绕绕组温度高报警，1#变压器三侧开关跳闸。事件发生后，及时组织人员对保护装置、故障录波装置、#1主变压器及其它设备进行了巡视检查。现地检查发现变压器三侧开关跳闸、1#主变绕组温控器温度指示为132度，其它设备未发现异常。
        为进一步查明及分析故障原因，我们组织对1#主变压器跳闸前后的运行状态进行了详细的检查和分析，具体有以下几点：
        一是跳闸时1#主变所带负荷为58.14MW，其中主变为SFZ11-120000型有载调压变压器，额定容量为120MVA，跳闸时主变本体温控器上层油温为32℃，绕组温度为132℃，综自后台监控显示油温为31.37℃，绕组温度为114℃，油温与绕温实际偏差超过80℃。
        二是因检查发现1#主变油温与绕温偏差值较大，超过80度，一般铜油温差在20k左右。同时，通过观察绕组温度、1#主变负荷对应表，当主变负荷大于30MW时，绕组温度在半小时内上升值超过20度，而当时变压器负荷无明显变化，初步判定故障可能为绕组温控器自身异常。
        （2）在某地区新近投运的变电站未运行的工程验收过程中，2号主变压器分别有三块温度表，分别是两块油温表，生产厂家为杭州华立，指针式温度表，精度为1.5级；一块绕组温度表，成产厂家为杭州，指针式温度表，精度为1.5级。三块温度表的机械指针目测温度指示为27°C，而主控室远程电脑显示2号变温度显示为31.4°C、25°C、21°C。在电脑显示上存在较大偏差。此时环境温度约为28°C。
        2号主变温度指针表显示油温温度为28°C、29°C，绕组温度为28°C，电脑后台显示2号变温度表为油温为25.5°C，油温2为25.2°C，绕组为24.6°C，出现明显的误差。
        上述尚未投入运行的设备系统上就已经可以看到误差的存在是巨大的，甚至可能已经超出了可参考范围，可以认为是存在明显的缺陷与故障。
        4结束语
        变压器时刻处于平稳安全的运行状态中，是有效的保障电网能够可靠工作的重要条件，同时可以增加变压器的应用年限。其中，变压器应用年限的重要影响因素之一就是绕组温度取值情况，所以必须要重视科学的绕组温度并动态的监测，找出工作异常的原因，并针对性的采取策略处理，维护变压器的安全工作。
        参考文献
        [1]刘婷婷.变压器绕组温度计异常原因与诊断技术研究[J].电子技术与软件工程，2015（04）：140-141.
        [2]《变压器用绕组温控器》（JB/T8450）.