近年來，隨著用電的工業(yè)化、商業(yè)化的出現(xiàn)，每年都在不斷提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和供電質(zhì)量。供電可靠性要得到真正意義上的提高，我們必須對構(gòu)成電力網(wǎng)中三大部分進(jìn)行關(guān)鍵性的提高。
　　電力網(wǎng)是由送電、變電、發(fā)電構(gòu)成的，我們之所以得到一個照明系統(tǒng)常用的220V電壓，中間是經(jīng)過了發(fā)電廠、變電站、配電所的電力變壓器，發(fā)電機(jī)由于其本身絕緣限制，一般電壓等級在6kV、10kV，如果不通過升壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送電能的話，必然會導(dǎo)致功率損耗大，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量和可靠性，為了減少輸電線路在線路阻抗的作用下?lián)p耗過大的功率，我們采用電力變壓器對發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行升壓。由于發(fā)電機(jī)的輸出功率是一定的，提高電壓等級就可以降低電流，當(dāng)輸電線路上的電流降低，其有功耗損也得到一定的降低。電力變壓器不是永遠(yuǎn)沒有故障，據(jù)統(tǒng)計，電力變壓器的故障占電氣設(shè)備總故障的30%，而且變壓器故障的多樣化造成查找困難，加上設(shè)備的限制，很多時候都是通過經(jīng)驗判斷變壓器故障是由哪種原因造成，及時發(fā)現(xiàn)變壓器存在故障、及時排除故障可以延長變壓器的使用壽命，是提高供電可靠性的手段之一。
　　
一、變壓器的用途、分類與工作原理 　　
　　(一)變壓器的用途
　　變壓器是利用電磁感應(yīng)，以相同的頻率，在兩個或更多的繞組之間變換交換電壓或電流的一種靜止電氣設(shè)備。各種不同的用電設(shè)備常常需要不同電壓的電源，我們?nèi)粘Ｉ钣玫碾姛?、電器的工作電壓?20V;安全照明用燈的電壓為36V、24V或12V;三相交流電動機(jī)一般用380V電壓。從電力系統(tǒng)的角度來看，一個電力網(wǎng)將許多發(fā)電廠和用戶聯(lián)系在一起，分成主系統(tǒng)必須是統(tǒng)一的一種電壓等級，這也需要各種規(guī)格和容量的變壓器來連接各個系統(tǒng)。所以說電力變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的一種電氣設(shè)備。
　　在實際工作中，變壓器除了用來變換電壓外，還用來變換交流電流，交換阻抗，改變相位等。
　　(二)變壓器的分類
　　變壓器有不同的使用條件、安裝場所，有不同的電壓等級和容量級別，有不同的結(jié)構(gòu)形式和制冷方式，所以應(yīng)按不同原則進(jìn)行分類。
　　1.按用途不同。變壓器分為電力變壓器，特種變壓器，儀用互感器、試驗用的高壓變壓器和調(diào)壓器等。
　　2.按繞組構(gòu)成不同。變壓器分為雙繞組，三繞組、多繞組變壓器和自耦變壓器。
　　3.按鐵芯結(jié)構(gòu)不同。變壓器分為芯式和殼式變壓器。
　　4.按相數(shù)的不同。變壓器分為單相、三相、多相變壓器。
　　5.按調(diào)壓方式不同。變壓器分為無勵磁調(diào)壓變壓器，有載調(diào)壓變壓器。
　　6.按冷卻方式不同。變壓器分為干式變壓器、油浸自冷變壓器、油浸風(fēng)冷變壓器、強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器、強(qiáng)迫循環(huán)導(dǎo)向冷卻變壓器、充氣式變壓器。
　　7.按線圈結(jié)構(gòu)不同。變壓器分為單線圈變壓器、雙線圈變壓器、三線圈變壓器及多線圈變壓器。
　　8.按中心點(diǎn)絕緣不同。變壓器分為全絕緣變壓器和半絕緣變壓器。
　　(三)變壓器工作原理
　　變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理(如上圖所示):當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓 1時，流過電流 1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢 1， 2，感應(yīng)電勢公式為:E=4.44fNm。
　　式中:E——感應(yīng)電勢有效值;F——頻率;N——匝數(shù);m——主磁通最大值。
　　由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢 1和 2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓 1和 2大小也就不同。
　　當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時，一次側(cè)僅流過主磁通的電流( 0)，這個電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流 2時，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流 0，一部分用來平衡 2，所以這部分電流隨著 2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。
　　上述的平衡作用實質(zhì)上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。
　　
二、變壓器鐵芯故障 　　
　　(一)鐵芯故障的種類
　　鐵芯有兩大基本結(jié)構(gòu)開式，即殼式和芯式，它們的主要區(qū)別在于磁路即鐵芯與繞組的相對位置，繞組被鐵芯包圍的稱為殼式;鐵芯被繞組包圍時稱為芯式。
　　芯式變壓器特點(diǎn)是繞組包圍鐵芯，鐵芯處于器身內(nèi)芯，故稱芯式或內(nèi)芯式，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是總有幾個繞組的一邊沒有鐵芯或鐵軛而殼式變壓器特點(diǎn)是鐵芯包圍繞組，故稱殼式變壓器或外鐵式變壓器。它主要用在家用視頻電器或特大型變壓器上，可拆分小件到現(xiàn)場組成整體變壓器，一般情況下殼式鐵芯是水平放置，芯式鐵芯是垂直放置的，大容量的芯式變壓器由于運(yùn)輸高度所限、壓縮了上下鐵軛的高度，以增加旁軛的辦法增加磁路。將變壓器鐵芯做成單相三柱(一個芯柱)單相四柱(兩個芯柱)或三相五柱(三個芯柱)。它們?nèi)员Ａ粜臼浇Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因此它們雖有包圍繞組的旁軛，仍屬于芯式結(jié)構(gòu)。
　　(二)鐵芯的結(jié)構(gòu)
　　鐵芯的夾緊一般有兩種結(jié)構(gòu)形式，一是鐵芯柱無孔綁扎及鐵軛上穿螺桿的結(jié)構(gòu)，另一個是鐵芯柱無孔綁扎及鐵軛無孔的拉帶結(jié)構(gòu)。(1)鐵芯的鋼夾緊裝置是使整個鐵芯構(gòu)成一個整體的堅固結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足如下要求:夾緊裝置一般做成框架式、此夾緊裝置的結(jié)構(gòu)上要保證能承受鐵芯本體的緊力;(2)夾緊裝置在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能通過各類絕緣件可靠地對繞組進(jìn)行壓緊，支撐所有引線和裝置器身上的所有絕緣件及組件，并應(yīng)具有器身在油箱中的定位結(jié)構(gòu)和保證器身運(yùn)輸中穩(wěn)定的定位結(jié)構(gòu);(3)夾緊裝置與鐵芯相接觸的面一定要平整，且夾緊裝置不得有任何變形，以保證鐵芯能夠均勻受力，鐵芯片的邊緣應(yīng)不出現(xiàn)翹起，鐵芯各處的“波浪”應(yīng)保證最小，鐵芯勵磁時噪聲要符合標(biāo)準(zhǔn)要求;(4)為防止鐵芯多點(diǎn)接地，結(jié)構(gòu)鋼件應(yīng)用專門的絕緣件與鐵芯本體隔開;(5)夾緊裝置與鐵芯相接觸處必須有可靠的絕緣件隔開。
　　(三)鐵芯接地
　　變壓器在運(yùn)行中，鐵芯以及固定鐵芯的金屬結(jié)構(gòu)零件、部件等，均處于在強(qiáng)電場中，在電場作用下，它具有較高的對地電位。如果鐵芯不接地，它與接地的夾件及油箱之間就會有電位差，在電位差的作用下，會產(chǎn)生斷續(xù)放電現(xiàn)象。另外，在繞組的周圍具有較強(qiáng)的磁場。鐵芯和零部件都處在非均勻的磁場中，它們與繞組的距離和不相等，所以各零部件被感應(yīng)出來的電動勢大小也各不相等。彼此之間因而也存在著電位差，鐵芯和金屬構(gòu)件上會產(chǎn)生懸浮電位差，電位差雖然不大但也能擊穿很小的間隙。因而也會引起持續(xù)性的微量放電，這些現(xiàn)象是不充許的，而要檢查這些不斷續(xù)放電的部位是非常困難的。因此，必須將鐵芯以及固定鐵芯等金屬零部件可靠接地，使它們與油箱同處于地電位。
　　鐵芯是由許多層硅鋼片疊積而成，如果鐵芯有兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地，則鐵芯中磁通變化時就會在接地回路中有感應(yīng)環(huán)流，接地點(diǎn)越多環(huán)流回路也越多。此環(huán)流將引起空載損耗增大、鐵芯溫度升高，當(dāng)環(huán)流足夠大時，將燒毀接地片產(chǎn)生故障，所以鐵芯必須一點(diǎn)接地。
所謂鐵芯一點(diǎn)接地，只是指其磁導(dǎo)體而言，其夾件不受此限制。鐵芯片與夾緊件要絕緣的一個原因就是確保鐵芯一點(diǎn)接地。
　　鐵芯的硅鋼片相互之間是絕緣的，這是為防止產(chǎn)生較大的渦流，因此切不可將所有的硅鋼片接地，否則將造成較大的渦流而使鐵芯發(fā)熱。么鐵芯的接地又是怎樣做的呢?通常是將鐵芯的任意一片硅鋼片接地。這是因為硅鋼片之間雖然絕緣，但其絕緣電阻極數(shù)值是很少的，不均勻的強(qiáng)電場和磁場在硅鋼片中感應(yīng)的高壓負(fù)荷，可以通過硅鋼片從接地處流向大地，但卻能阻止渦流從一片流向另一片，所以若將鐵芯任一片硅鋼片接地，哪么，整個鐵芯也就都接地了。
　　
三、變壓器鐵芯故障診斷 　　
　　(一)鐵芯多點(diǎn)接地的常見原因與表現(xiàn)特征
　　統(tǒng)計資料表明，變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障在變壓器總事故中占第三位，主要原因是變壓器在現(xiàn)場裝配及施工中不慎，遺落金屬異物，造成多點(diǎn)接地或鐵軛與夾件短路，芯柱與夾件相碰等。鐵芯接地故障可以根據(jù)以下三方面的征兆作出判斷:
　　1.鐵芯局部過熱，使鐵芯損耗增加，甚至燒壞。
　　2.過熱造成的溫升，將使變壓器油分解，產(chǎn)生的氣體溶于油中，引發(fā)絕緣油性能下降。
　　3.油中氣體不斷增加并析出(電弧放電故障時，氣體析出量較之更快)，可能導(dǎo)致氣體繼電器動作而使變壓器跳閘。
　　鐵芯多點(diǎn)接地時，正常接地點(diǎn)和故障接地點(diǎn)之間形成一個閉合回，當(dāng)主磁通穿過這一回路時會感應(yīng)電流，此電流在兩接地點(diǎn)和鐵芯的環(huán)路中流動，形成環(huán)流。環(huán)流使鐵芯局部過熱，導(dǎo)致與之接觸的絕緣油分解產(chǎn)生氣體，并溶于變壓器油中，取油樣抽出氣體做色譜分析試驗，檢測出特征氣體(如H2，CH4，C2H2，C2H6，C2H2等，每次接地取兩組數(shù)據(jù))是判斷鐵芯接地的依據(jù)。
　　(二)鐵芯多點(diǎn)接地的檢查方法
　　1.采用抽油樣，進(jìn)行氣相色譜分析。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，為區(qū)分故障類別，可取油樣對油中含氣量及組分進(jìn)行色譜分析。(1)色譜分析中如氣體中的甲烷(CH4)及烯烴組分含量較高，而一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)氣體含量和以往相比變化不大，或含量正常，則說明鐵芯過熱，鐵芯過熱可能是由于多點(diǎn)接地所致;(2)色譜分析中當(dāng)出現(xiàn)乙炔(C2H2)，說明鐵芯已出現(xiàn)間歇性多點(diǎn)接地。
　　2.采用交流電流表測量接地線有無電流。因變壓器鐵芯接地導(dǎo)線和外引的接地套管相連接，利用其外引接地套管，接入電流表，測量地線上有無電流。變壓器鐵芯正常接地時(一點(diǎn)接地)，因無電流回路形成，接地電流很少(在1A以下)或等于零;當(dāng)鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地時，鐵芯主磁通周圍有短路匝存在，匝內(nèi)將有環(huán)流流通，其環(huán)流包圍的多少取決于磁通被包圍多少而定，一般可達(dá)幾十安培。利用測量地線中有無電流存在可以正確地判斷鐵芯有無多點(diǎn)接地故障。
　　3.交流法測定多點(diǎn)接地故障。交流法測量，是用電流表測量接地系統(tǒng)中有無交流電流存在。測量方法是先給變壓器低壓繞組施加220～380V的交流電壓，測量鐵芯中產(chǎn)生磁通。打開鐵芯和夾件的連接片，用交流毫安表(或萬用表的mA檔)的兩接線電筆，沿鐵軛各行逐點(diǎn)測量，當(dāng)mA表中有電流值顯示，說明鐵芯接地正常，只有一點(diǎn)接地;當(dāng)毫安中指針指示為零(毫安表中無電流讀數(shù))，說明被測處鐵芯疊片為接地故障。
　　4.直流法測定多點(diǎn)接地故障。先將鐵芯與夾件的連接片打開，在鐵軛兩側(cè)的硅鋼片上施加6V直流電壓，接著用直流電壓表(或萬用表直流電壓檔)依次測量各級鐵芯疊片間的電壓，當(dāng)電壓表的指針在零位，讀數(shù)為0，或指針指示反向，則可認(rèn)為被測處是故障接地點(diǎn)。
　　
四、鐵芯多點(diǎn)接地故障的排除方法 　　
　　(一)變壓器不能停運(yùn)時的臨時排除方法
　　1.對有外接地線的變壓器，當(dāng)發(fā)生多點(diǎn)接地故障，若測得故障電流較大時，先可臨時斷開地線，使變壓器處于無接地(正常一點(diǎn)接地)狀態(tài)下運(yùn)行。采取此種措施應(yīng)注意的是要加強(qiáng)對運(yùn)行的變壓器的監(jiān)視，以防故障點(diǎn)臨時消失后使鐵芯出現(xiàn)懸浮電位。
　　2.當(dāng)檢測和判定的多點(diǎn)接地故障接地不實，屬于不穩(wěn)定型。可采取在工作接地線中串入一滑線電阻，將電流限制在1A以下。具體做法是先將正常工作接地線打開，分別用電壓表及電流表測出電壓及電流，根據(jù)歐姆定律求出電阻R，即R=U/I，從而來確定電阻容量的大小;滑線電阻先取好后，將其串接在工作接地線中。
　　3.加強(qiáng)監(jiān)視，可經(jīng)常取油樣進(jìn)行色譜分析，判定故障點(diǎn)的產(chǎn)氣速率大小，如產(chǎn)氣速率緩慢，變壓器可繼續(xù)運(yùn)行;若產(chǎn)氣速率較快，為防止故障擴(kuò)大，應(yīng)退出運(yùn)行，組織檢修。
　　4.移接正常接地線位置，當(dāng)多點(diǎn)接地故障點(diǎn)位置檢測中已確認(rèn)，又無法處理，可采取將鐵芯的正常工作接地片移至故障點(diǎn)同一位置，用以較大幅度地減少環(huán)流。
　　(二)變壓器停運(yùn)后的修理措施
　　1.對修后未將箱蓋上定位銷翻轉(zhuǎn)或除去，造成多點(diǎn)接地的，應(yīng)將箱蓋上定位銷翻轉(zhuǎn)過來或除掉，使其不構(gòu)成多點(diǎn)接地。除掉定位銷(或翻過來)后，應(yīng)進(jìn)一步檢查其它原因造成多點(diǎn)接地故障現(xiàn)象，如有應(yīng)予以排除。
　　2.因夾件肢板距芯柱太近，使翅起的疊片與其相碰。則應(yīng)調(diào)整夾件肢板和扳直翹起的疊片，使兩者間距離符合絕緣間隙標(biāo)準(zhǔn)。
　　3.由于鐵軛螺桿襯套過長，應(yīng)在檢修中將其擰下，鋸去一段使其與疊片不相碰。
　　4.對于夾件墊腳與鐵軛間的絕緣紙板脫落或破損者，應(yīng)接絕緣規(guī)范要求，更換一定厚度的新紙板。
　　5.對于鐵軛螺桿絕緣管損壞而造成的多點(diǎn)接地，應(yīng)及時更換新的絕緣管。
　　6.檢修或更換箱蓋上的溫度計座套，使其與上夾件或鐵軛、旁住間距離符合規(guī)定要求，杜絕相碰造成多點(diǎn)接地。
　　7.清除油箱內(nèi)油中或器身中落入的金屬異物，以消除由其構(gòu)成的接地故障。
　　8.消除油箱底部及下夾件與鐵軛間木墊快上的油泥污物，對變壓器油進(jìn)行真空干燥處理，消除水分及潮氣，提高絕緣電阻值。
　　9.由于鐵芯疊片局部生銹或絕緣漆皮、氧化膜層脫落，可拆下這部分疊片，補(bǔ)涂硅鋼片漆，使片間有良好的絕緣層;當(dāng)原硅鋼片質(zhì)量有問題，表面不平度，凹凸不平坑密布，片間絕緣較差，又無法修復(fù)時，只好更換這部分鐵芯疊片。
　　10.對于因多點(diǎn)接地故障燒斷了正常工作接地線，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)更換。
　　11.對于因多點(diǎn)接地造成木夾件燒壞或鐵芯過熱嚴(yán)重而燒毀，均按標(biāo)準(zhǔn)要求，予以更換。
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