变压器外部故障切除后恢复性涌流的研究

第一篇：变压器外部故障切除后恢复性涌流的研究

变压器外部故障切除后恢复性涌流的研究

刘中平1，陆于平1，袁宇波1,2

(1.东南大学电气工程系，江苏省南京市，210096；2.江苏省电力公司技术中心，江苏省南京市，210036)

摘要：长期以来，变压器区外故障切除后的电压恢复过程被认为与空载合闸一致，其实变压器在此期间的电磁暂态过程有其自身的特点。本文考虑了断路器在电流过零时开断短路电流的约束条件，从微分方程的角度出发，分析了变压器从外部故障发生到被切除的电磁暂态全过程，提出了故障传递剩磁的概念，说明了影响变压器外部故障切除后恢复性涌流四个参数，并且通过数字仿真和动模录波数据进行了验证。在此基础上，变压器差动保护的动作行为分析表明恢复性涌流本身不会造成保护误动。关键词：变压器；差动保护；恢复性涌流；故障传递剩磁 中图分类号：TM

图1是变压器发生外部故障的系统接线示意0 引言

图，假设在t0时刻故障点K发生三相短路故障，近年来，变压器差动保护出现区外故障切除后在t时刻故障被切除，此时故障电流流过变压器。误动的报道。但长期以来，变压器区外故障切除后的电压恢复过程被认为与变压器的空载合闸过程一致[1]，实际上，变压器在外部故障切除后的电磁暂

K态过程有其自身的特点。变压器经历外部故障切除

图1 变压器外部故障接线示意图 扰动可以按故障电流是否流经变压器来划分成两种

Fig.1 Sketch of transformer during an external fault 情况：一种是短路故障时故障电流不流过变压器，另一种是故障电流流过变压器。本文将讨论故障电断路器跳闸一般在电流过零点附近完成，在此流流过变压器的情况下的暂态过程。考虑理想状态，认为断路器就是在电流过零时开断文献[2]在不考虑负荷电流的情况下，认为变压短路电流。另外，电力系统各相电流之间有120°器在外部故障切除后，因为电压突然升高，变压器的相位差，因此三相电流不能同时过零，本文认为一次侧的电流全部流入励磁支路而出现恢复性涌故障线路两侧的断路器分别在各相电流过零时切除流；而文献[3]从变压器外部故障切除时故障切除与故障，不考虑三相故障切除存在时间差而造成的影电压恢复同时发生的特点出发，说明电力系统出现响。恢复性涌流的可能性极小。文献[4]从变压器的微分1.1 变压器的暂态数学模型 方程推导出变压器铁芯甚至有可能出现深度饱和的单相变压器的暂态数学模型使用变压器的T型情况；文献[5]和[6]主要从电能质量的角度讨论了电等效电路，在此等效电路中各电气量都是瞬时值。压跌落对变压器的影响。因此，需要对变压器在外R1L1R2L2部故障扰动期间的暂态过程进行详细分析，进而才

i1i2Rm+能讨论变压器在外部故障切除后能否出现恢复性涌

ua流以及对变压器差动保护的影响。imLm_变压器出现励磁涌流主要是变压器铁芯饱和所

图2 变压器的暂态数学模型 致，因而本文将从故障切除的特点以及变压器的微

Fig.2 Transformer transient model 分方程角度出发，分析变压器在外部故障切除后的电压恢复过程是否能够引起变压器铁芯饱和。

变压器的暂态模型中电源电势ua采用电压源模型，在变压器经历外部故障的扰动期间，不考虑1 变压器在外部故障扰动期间的暂态分析 ua的相角突变。该数学模型用微分方程可表示为：

uaR1i1L1di1dtea

(1a)eaR2i2L2di2dt

(1b)eaddt

(1c)i1i2im

(1d)式中，是变压器铁芯磁链；ea是变压器励磁支路电势；R1和L1分别是变压器一次侧回路电阻和电感（包括系统电感Ls和变压器一次侧漏感L1）；R2和L2分别是归算后的变压器二次侧回路电阻和电感（负荷以等效阻抗表示）。

在上述微分方程中，式(1a)和式(1b)是电路平衡方程，式(1d)是磁势平衡方程。

1.2 变压器区外发生故障

变压器正常运行时，假设电源电势为

ua2Uasin(t)

(2)忽略变压器励磁电流Im，则相应的负荷电流为

ia2Iasin(ta)

(3)式中，IaUaR2X2，aarctan(XR)；R和X（RR1R2，XL1L2）分别是正常运行时的等效电阻和电抗。

变压器正常运行时，励磁支路的电势ea可以近似认为与电源电势ua相等（忽略变压器一次侧回路电阻和电感），即

eaua

(4)这样，变压器铁芯磁链可通过式(1c)求得

(t)mcos(t)

(5)其中，m2Ua，即m是变压器正常运行时铁芯磁链的幅值。

在t0时刻变压器区外发生故障，变压器二次侧回路参数突变为R2k和L2k。故障期间同样可以忽略励磁电流Im，认为变压器一次侧电流I1和二次侧电流I2相等。则故障电流为

ik2Iksin(tk)2Iasin(a)2Iksin(

(6)

k)etTk式中，IkUaRk2Xk2，karctan(XkRk)，TkXk(Rk)；Rk和Xk（RkR1R2k，XkL1L2k）分别是故障点到系统电源的等效电阻和电抗。

变压器在外部故障的扰动期间，如果用h表示外部故障的严重程度，则

hR2kjX2kR1jX1R2kjX2k

(7)这样，变压器励磁支路的电势可以近似表示为

eahua

(8)

另外，变压器在外部故障发生时，铁芯磁链应该维持不变，因而可以通过式(1c)求得变压器铁芯在外部故障期间的磁链表达式：

(t)hmcos(t)hmcos()mcos()(9)

在此，定义变压器在外部故障发生时铁芯的暂态磁链m(1h)cos()为故障传递剩磁。从故障传递剩磁的表达式可以看出，外部故障的严重程度h与故障传递剩磁成线性关系；外部故障发生时电势相角的余弦值与故障传递剩磁也成线性关系。具体铁芯磁链波形如图3所示。

21(pu)0-1-2-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16 图3 变压器发生外部故障时的铁芯磁链 Fig.3 Transformer fluxes during an external fault

图3是变压器外部发生三相短路故障的铁芯磁

链波形。通常变压器外部故障持续的时间很短，因而忽略故障传递剩磁的衰减（如果故障时间足够长，故障传递剩磁的衰减会经历两个过程，在此不作详细讨论）。

1.3 变压器外部故障被切除

在t时刻外部故障被切除，变压器二次侧回

路参数突变为R2和L2。此时，电压恢复，因而变压器励磁支路电势ea又可以近似认为与电源电势ua相等（同样忽略变压器一次侧回路电阻和电感），同时，变压器在外部故障切除时刻，铁芯磁链还是应该维持不变，这样通过式(1c)可以求得变压器在外部故障切除后的铁芯磁链表达式（没有考虑暂态磁链的衰减）：

(t)mcos(t)m(1h)cos() t(10)

mcos()hmcos()令变压器在外部故障切除时铁芯暂态磁链的初

始值为f，则磁链f由m(1h)cos()（故障传递剩磁）和m(1h)cos()两部分构成。其中，磁链m(1h)cos()很明显受到外部故障切除时刻的约束。

如果忽略变压器外部故障切除后的负荷电流，则故障电流ik在t时刻恰好过零，即ik()0。如果进一步忽略变压器外部故障发生时的负荷电流2Iasin(a)eTk，则由式(6)可得

2Iksin(k)2Iksin(k)eTk

(11)同时认为k/2，则式(11)化简为

cos()cos()eTk

(12)即

m(1h)cos()m(1h)cos()eTk

(13)由此可见，故障严重程度h、故障切除时刻、故障回路衰减时间常数Tk和电势相角共同决定暂态磁链m(1h)cos()的大小。如果衰减时间常数大，而故障切除时间短，则指数eTk具有较大的绝对值；如果衰减时间常数小，而故障切除时间稍长，则指数eTk几乎就为零。

实际上，电力系统保护的动作非常快，如果两三个周波就能切除故障，同时假设故障回路的衰减时间常数较大，在时刻指数eTk还是具有较大的数值。

综上所述，变压器在外部故障切除时铁芯暂态磁链的初始值f可表示为：

fm(1h)cos()(e/Tk1)

(14)在故障衰减直流分量还没有充分衰减之前（表现为指数eTk具有一定的数值），磁链f的两个组成部分m(1h)cos()与m(1h)cos()符号相反，相互抵消，从而减小了变压器外部故障切除时暂态磁链的绝对值；如果故障衰减直流分量充分衰减（表现为指数eTk接近于零），磁链f就接近于故障传递剩磁m(1h)cos()。1.4 负荷电流的影响

如果增加考虑变压器外部故障发生时的负荷电流，如图4显示三相变压器在外部故障切除时二次侧（高压侧）电流的过渡过程，其中图4左侧电流波形是电力系统的故障录波图，而图4右侧电流波形是线性变压器的数字仿真图，可以近似认为变压器二次侧电流是从故障电流直接过渡到负荷电流。

2010i105Ha0iHa(pu)0-1000.050.10.150.2-5-0.040.010.060.110.16i1010Hb0iHb(pu)0-10-2000.050.10.150.2-10-0.040.010.060.110.162010i10iHcHc(pu)00-1000.05t0.1(s)0.150.2-10-0.040.010.06t(s)0.110.16 图4 变压器在外部故障切除时二次侧电流的过渡 Fig.4 Transformer secondary current transition at the time of clearing an external fault

变压器二次侧电流从故障电流直接过渡到负荷电流，这样变压器二次侧电流i2在时刻保持不突变，另外变压器铁芯磁链在时刻应该维持不变（相应的励磁电流也应该维持不突变），从而保证了变压器一次侧回路总磁链a（aL1i1）在时刻不突变，满足电路平衡方程(1a)。

变压器二次侧电流在t时刻从故障电流ik直接过渡为负荷电流，则

ik()2Iasin(a)

(15)式中，IaUaR2X2，aarctan(XR)；R和X（RR1R2，XL1L2）分别是变压器外部故障切除后恢复正常时的等效电阻和电抗。

考虑到负荷电流Ia和Ia与故障电流Ik相比显得较小，仍然可以忽略故障电流ik()中的负荷电流2Iasin(a)eTk和表达式(15)中的负荷电流

2Iasin(a)，从而表达式(12)~(14)依然近似成立，只是相应的故障切除时刻稍有变化，但并没有造成本质的影响。数字仿真及动模试验

2.1 数字仿真

数字仿真采用的变压器铁芯磁化特性采用反正切函数进行拟合[7]。数字仿真过程包含变压器经历近区外部故障扰动全过程，且设定变压器高压外侧近区发生三相金属性短路故障，如图1所示的双侧电源的系统。因为变压器高低压侧采用星三角接线，变压器高压侧电流是相电流，低压侧电流是线电流，故需要进行星三角变换。

在忽略故障切除后的负荷电流的情况下，故障点K（故障点K处在线路全长的5%左右）发生三相短路故障并且被切除的电流波形如图5所示。

105iL(pu)0-5-10-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16105iH(pu)0-5-10-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16 图5 变压器一次侧电流和二次侧电流 Fig.5 Transformer primary and secondary currents

图5所示电流分别是变压器一次侧和二次侧的三相电流。如图所示，故障发生后约经过60ms后被切除，此时高低压侧电流分别过零，随后低压侧出现恢复性涌流，其中故障电流的衰减时间常数约为50ms。

10.5im(pu)0-0.5-1-1.5-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16(a)0.40.2im(pu)0-0.2-0.4-0.6-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16(b)10.5im(pu)0-0.5-1-1.5-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16(c)0.5im(pu)0-0.5-1-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16(d)

图6 变压器的励磁电流 Fig.6 Transformer exciting currents

图6是变压器区外发生故障并被切除的三相励磁电流波形。其中，图6(a)所示励磁电流波形与图5相对应；图6(b)与图6(a)相比，区别是故障电流的衰减时间常数约为100ms；图6(c)与图6(a)相比，不仅故障电流的衰减时间常数约为100ms，而且故障约经过100ms才被切除；图6(d)与图6(a)相比，衰减时间常数和故障切除时间这两个参数相同，只是故障点K的位置发生变动，电气距离较远，使得变压器在外部故障期间励磁电压约为正常运行时的一半。通过上述励磁电流波形的比较，可以看出，图6(a)和(c)的变压器励磁电流波形主要由故障传递剩磁m(1h)cos()决定，而图6(b)的励磁电流波形由故障传递剩磁和磁链m(1h)cos()（cos()e/Tk）两者决定，励磁电流的峰值相对较小，从而说明了变压器外部故障切除时刻和衰减时间常数Tk对暂态磁链m(1h)cos()的影响；图6(a)和(d)的励磁电流波形对比说明了外部故障的严重程度h对故障传递剩磁以及变压器励磁电流影响；另外，图6显示的三相变压器励磁电流波形也说明了电势相角的影响。

如果增加考虑故障切除后的负荷电流，仿真的电流波形如图7所示。图7(a)与图5相对应，同样显示变压器一次侧和二次侧的电流，在故障被切除时刻，变压器电流直接从故障电流过渡为负荷电流。此时，直接从低压侧观察将难以判断是否存在恢复性涌流。一方面，外部故障切除后的高次谐波分量使得电流波形发生畸变；另一方面，负荷电流的存在使得励磁电流显得不够明显。但是变压器一次侧和二次侧电流之差的涌流特征还是较为明显，如图7(b)所示。

105iL(pu)0-5-10-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16105iH(pu)0-5-10-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16(a)

10.5im(pu)0-0.5-1-1.5-0.04-0.0200.020.040.06t(s)0.080.10.120.140.16(b)

图7 变压器两侧电流和励磁电流

Fig.7 Transformer primary currents, secondary currents and

exciting currents considering load currents

图7(b)所示的励磁电流波形，与图6(a)相比，在参数、h和Tk保持不变的情况下，增加考虑了故障切除后的负荷电流，因而故障切除时刻发生了轻微变化，此时励磁电流波形也只有轻微的变化。可见，增加考虑故障切除后的负荷电流对励磁电流不会造成较大的影响。

实际上，高压输电系统发生三相短路故障的概率很小，经常出现不对称故障。高压输电系统发生不对称故障时，变压器产生的故障传递剩磁同样受到相角的影响，尤其电力系统发生单相接地故障时，相角是随机的，对于一定范围内的角度，故障传递剩磁绝对值会很小（当然还与故障严重程度h有关），这样就不会出现恢复性涌流。2.2 动模数据

图8是变压器高压外侧近区发生三相短路动模试验的录波波形，其中高压侧电流已经经过归算；而图9是图8相应的变压器高低两侧的差流，即变压器的励磁电流。通过对变压器区外故障切除后励磁电流波形进行局部放大图的观察，可以发现三相励磁电流中的两相电流的涌流特征较为明显。从故障电流的衰减情况判断，在故障切除时刻变压器出现恢复性涌流主要是由故障传递剩磁引起铁芯饱和而形成的。

50低压侧电流 50高压侧电流（归算后）i0LA 0iHA-50-0.100.10.20.3-50-0.100.10.20.35050iLB 0iHB 0-50-0.100.10.20.3-5000.10.20.35050iLC 0iHC 0-50-0.100.10.20.3-50-0.100.10.20.3t(s)t(s)图8 变压器低压侧和高压侧电流 Fig.8 Transformer primary and secondary currents 2变压器两侧差流 两侧差流（局部放大）10i0dA-2-1-4-0.100.10.20.30.10.150.20.250.3211idB 00-1-1-0.100.10.20.30.10.150.20.250.3412i0dC 0-1-2-0.100.10.20.30.10.150.20.250.3t(s)t(s)图9 变压器低压侧和高压侧的差流

Fig.9 Biased currents between transformer primary and secondary currents

图9同样可以说明变压器外部故障切除后电压恢复过程中励磁电流受到故障切除时刻和衰减时间常数Tk以及相角的影响（但并没有说明故障严重程度h的影响）。

图10是一组典型的变压器空载合闸励磁涌流波形图。通过图10和图9的电流波形对比，可以发

现两者励磁电流的峰值和衰减过程存在差别。这说明了两种情况下变压器铁芯饱和程度不一致，即变压器空载合闸过程与变压器外部故障切除后电压恢复过程的主要差别。

变压器空载合闸励磁涌流 局部放大图 40520i0dA 0-2000.20.40.60.8-50.40.450.50.550.655idB 00-500.20.40.60.8-50.40.450.50.550.6205idC 00-20-4000.20.40.60.8-5t(s)0.40.45t(s)0.50.550.6 图10 变压器空载合闸励磁涌流

Fig.10 Transformer inrush currents due to switching-on without

load

2.3 变压器恢复性涌流对差动保护的影响

通过对动模录波数据分析发现：变压器外部故障切除后的恢复性涌流的二次谐波含量保持在较高的水平，但是恢复性涌流的数值较小，如图11所示，而相应的变压器差动保护的动作平面则如图12所示。

根据图12显示，变压器外部故障切除后的恢复性涌流的幅值还达不到差动保护的启动条件，即使能够满足保护的启动判据，二次谐波闭锁判据也能够阻止差动保护误动，故在电流互感器没有出现饱

和的情况下，变压器外部故障切除后的恢复性涌流本身不会引起差动保护误动。

1100IA10.5IA250IA1,2 IA2 /IA1-0.1000.10.20.3(%)00.10.150.20.250.31100IB10.5IB250IB1,2 IB2 /IB1-0.1000.10.20.3(%)00.10.150.20.250.31100IC10.5IC250IC1,2 IC2 /IC1-0.1000t(s)0.10.20.3(%)0.10.15t(s)0.20.250.3 图11励磁电流的基波和二次谐波有效值及二次谐波含量 Fig.11 Fundamental component and the second component of transformer exciting currents and the corresponding ratios 3020100-0.13020100-0.13020100-0.100.10.20.300.10.2IzId0.3IzId00.10.20.3IzId105Generator-Transformer Units Protection).北京: 水利电力出版社(Beijing: Hydraulic and Electric Power Press), 1987 2 仇资, 李莉(Qiu Zi, Li Li).变压器外部故障切除后的暂态0510152025010磁通分析(An Analysis on Transient Flux after the Clearance of External Faults in Transformers).亚洲继电保护和控制学术研讨会(The Asian Conference on Power System Protection), 2003, 288~293 许正亚, 陈月亮(Xu Zhengya, Cheng Yueliang).外部短路故障切除时变压器差动保护动作行为分析(An Analysis into the Behaviors of the Transformer Differential Protection for the

Clearance of an External Short-Circuit Fault).亚洲继电保护和控制学术研讨会(The Asian Conference on Power System Protection), 2003, 294~298 林湘宁, 刘沛(Lin Xiangning, Liu Pei).变压器外部故障切除后差动保护误动的机理分析(Mechanism Analysis of the Maloperation of Transformer Differential Protection after External Fault Clearance), 电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems), 2003, 27(19), 57~60 L.Guasch, F.Córcoles, J.Pedra, and L.Sáinz.Effects of Symmetrical Voltage Sags on Three-Phase Three-Legged Transformers.IEEE Transactions on Power Delivery, 2004, 19(2), 875~883 L.Guasch, F.Córcoles, and J.Pedra.Effects of voltage sags on three-phase three-legged transformers.10th International Conference on Harmonics and Quality of Power, 2002, 2, 571~576 Silvano Casoria, Gilbert Sybille, Patrice Brunelle.Hysteresis Modeling

in

the

MATLAB/Power

System

Blockset，Mathematics and Computers in Simulation, 2003, 63, 237~248 ***0t(s)0510152025图12 变压器差动保护的动作量和制动量及动作平面 Fig.12 Operating and restraining currents of differential protection and its tracks 如果考虑电流互感器在外部故障扰动期间出现饱和现象，则在变压器外部故障切除后，电流互感器会逐步退出饱和，但如果两侧暂态特性的不一致，可能形成一定的相位差电流。此时，一方面，经电流互感器传变后的两侧差流包括恢复性涌流和电流互感器引起的误差电流，因而二次谐波电流含量会降低，如果低于15%，二次谐波闭锁判据就无法起作用；另一方面，变压器从故障电流恢复成正常的负荷电流，差动保护的制动量也迅速变小。总之，如果电流互感器造成的差流较大，就可能形成变压器差动保护误动的情况。结论

变压器外部故障发生时刻的电势相角、故障严重程度h、故障切除时刻以及故障回路的时间常数Tk，这四个参数和变压器铁芯的性质决定着变压器能否出现恢复性涌流以及励磁电流的特征。

变压器在外部故障切除后的恢复过程中形成的励磁涌流数值相对较小，恢复性涌流本身无法造成差动保护误动；而电流互感器暂态特性的不一致形成的相位差电流很可能是造成变压器差动保护区外故障切除后误动的原因。在此，建议保护厂商和运行人员为变压器差动保护选择暂态性能良好的电流互感器，同时调整电流互感器的负载使得变压器两侧的电流互感器的饱和特性趋向一致。

刘中平（1979-），男，硕士研究生，研究方向是电力系统继电保护。E-mail: lzp1999@263.net

陆于平（1962-），男，教授，博士生导师，主要从事微机保护尤其是主设备保护的教学和研究工作。E-mail: luyuping@seu.edu.cn

袁宇波（1975-），男，博士后，研究方向是电力系统继电保护。E-mail: yuanyubo@seu.edu.cn

参 考 文 献 史世文(Shi Shiwen).大机组继电保护(Large-scale A Study of Transformer Recovery Inrush after the Clearance of External Faults

Liu Zhongping1, Lu Yuping1, Yuan Yubo1,2

(1.Southeast University, Nanjing 210096, China;2.Jiangsu Electric Power Co., Nanjing 210036, China)Abstract: The transient of transformer voltage recovery after the clearance of external faults was for long considered to be the same with that of transformer switching-on without load.In fact, the transient during that period has its own characteristic.Taking into account the constraint that a breaker would open at the fault current zero-crossing, this paper theoretically analyzes the transformer magnetic-electric transient during the entire period of external faults.The fault transferring residual flux is first presented and four variables influencing the transformer recovery inrush current are studied.The digital simulation results and dynamic simulation data illustrate the influences of the above four variables.Furthermore, the operating characteristic of transformer differential protection indicates that transformer recovery inrush itself cannot result in mal-operation of differential protection.Key words: transformer;differential protection;recovery inrush;fault transferring residual flux

第二篇：机电——变压器故障分析范文

变压器故障的统计分析及预防方法

摘要：

随着经济科技发展，当前世界上对于电能的需求与日俱增。保证不间断的为生活、生产、国防、军事、航天、通信供电已成为建设生产的重中之重。要连续不间断的供给用户高质量的电能，就要在发电，输电，分电，用电各个环节中有坚强的技术保障。而在这一系列的过程中，变压器始终起着很重要的作用。所以要保证变压器的故障尽可能的小。

通过近十几年对变压器故障的统计和维修经验，对引起变压器故障的原因进行讨论。给变压器的操作、维护、检查提出建议性的结论。涉及到：延长其使用寿命的维护方法，故障的起因、类型、频率等。关键词：变压器 故障统计 分析 预防

变压器故障不仅损坏当时运行的变压器，而且影响电力系统的正常运行，甚至损坏其它设备，引起火灾等严重事故。因此如何确保变压器的安全运行受到了世界各国的广泛关注。

在我国近现代话电力技术的展中，电力工业的安全运行是一个永久的重要主题。本文从介绍变压器故障的统计结论，为国内进一步的智能电网的建设提供参考及可借鉴的科学统计方法，以达到为电力部门，为国家服务的目的。

一、有关故障统计的结果

不同的部门有不同的变压器，故障不同。为了便于分析可将变压器分成以下类型：水泥与采矿业变电变压器；化工、石油与天然气业变压器；电力部门变压器，食品加工业变压器；医疗业变压器；制造业变压器；冶金工业变压器；印刷业业变压器；商业建筑业变压器；纸浆与造纸业业变压器。

经过长期监测统计得知，要同时考虑频率和程度时，电力部门变压器故障的风险是最高的，冶金工业变压器的故障及制造业变压器故障分别列在第二和第三位。

按照厂家给出的参数看，一般来说在“理想状态下”各种变压器的平均使用时间为30～40年。但是在实际中并非如此。时有故障发生的变压器平均寿命为10~15年，以X轴代表时间，以Y轴代表故障情况通常有盆形曲线显示使用初期寿命结果，用递减波形曲线显示后期衰老曲线。这些曲线所能给出的意义在于在以后的使用过程中确定对变压器进行周期检查维修的时间和深度。

应该指出的是电力工业中的变压器，他的使用寿命在关系到很多部门的设备的安全和正常使用。我国在改革开放后经历了一个工业飞速发展的阶段，而且现在还正在处于一个转型的阶段，这期间带来了基础工业快速发展，特别是电力工业大规模的扩大。这些自70年代到90年代安装的电力设备，按照它设计与运行的状况，到现在为止大部分都已到了老化更换的阶段。有关部门应对于这些时间已安装的变压器给予特别的关注。

二、变压器故障原因分析

经过多方面的研究和多年的经验，尽管变压器的用途种类不同、老化趋势不同，但故障的基本原因仍然相同。

1、雷击

对于雷击的研究比较少，因为很多时候不是直接的雷击事故就会把冲击故障归为“线路涌流”。防止雷击最好的方法当然是加装避雷装置，不仅可以保护变压器，还可以减少电力系统中的冲击电流，减少暂态波动。

2、线路涌流 线路涌流，是应该被列入首要的故障因素。线路涌流（或称线路干扰）包括：合闸过电压、电压峰值叠加、线路短路故障、闪络以及震荡方面的大电流、电压的不正常现象。这类故障对变压器的损害最为严重的原因是电流、电压过大，因此须在大电流冲击保护充分性的方面给与更多的关注。安装过流保护监视装置，可以对变压器进行实时的测量检测报告。并把这个结果送入电力系统自动化运行的整体系统中作为安全运行的指标。

3、质量疏漏问题 一般情况下，以前的变压器在这方面的问题并不是很大，只是偶尔的一些不可避免的。例如接线出线端松动或无支撑、垫块不紧、焊接不良、铁心绝缘度不高、抗大电流强度不足以及油箱中的油不纯净等。加强测试检测，在未安装时尽早的发现问题。

4、绝缘老化

在过去的很多变压器故障中，由于绝缘老化造成的故障在所有故障中位列第二，由于绝缘老化，大部分的变压器都严重的缩短了服役时间，使用寿命都早20年左右。制定一定的制度，确保老化的速度是达到额定的使用年限。

5、过载

由过负荷引起，变压器长期处于大于规定的额定功率运行。随着经济和科技的发展，用电负荷在增多，发电厂、用电部门在不断的持续缓慢提升负荷。直接导致越来越多的变压器超负荷运行，过高的温度导致了变压器的绝缘纸板过早的老化，使得整个绝缘强度下降。在这种状态下，若有一定的冲击电流，发生故障的可能性将会很高。确保负荷在变压器的额定运行条件下，不要长时间的过负荷运行，这样得不偿失。在油冷变压器中需要经常的仔细监视顶层油温。发现温度高是要及时的做处理。

6、受潮

受潮是不可避免的，由于种种外部自然原因，常常使管道渗漏、顶盖渗漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及绝缘油中存在水分等。变压器的设计和建造的标准应与安装地点相配套。若置于户外，确定该变压器适于户外运行。变压器油的介电强度随着其中水分的增加而急剧下降。油中万分之一的水分就可使其介电强度降低近一半。所有变压器（除小型配电变压器）的油样应经常作击穿试验，以确保正确地检测水分并通过过滤将其去除。

7、不正当的维护 经过调查的结果是，不正当的维护引起变压器故障的概率排在引起变压器故障概率的第四位。主要是由于，保养不够、未装控制或控制装的装的不正确、冷却剂泄漏、污垢堆积和自然界的电气化学腐蚀。

8、破坏及故意损坏

这类主要是认为的外在破坏，常常发生在线路末端直接连接用户的变压器，不过这种破坏是很不常见的。

9、连接松动

这一类问题引起故障的可能性也是很小的，并且可以尽大限度的避免，但是在实际中却时有这方面的事故发生，与往的研究也有所不同。这一类事故包括了在电气连接方面的制造工艺以及保养情况，最为突出的问题就是不同性质金属之间不当的配合，但是这种情况在慢慢的减少，另一个问题就是螺栓连接间的紧固不恰当。

三、结语： 参考以上统计分析结果及提出的一些建议，在以后的建设运行中可制订一个整体的维护、检查和试验的规划。这样就能尽最大限度的减少变压器故障，从而减少由于变压器故障带来的一系列不良影响。还能节约因为故障检修而花费的巨大人力、财力、物力，变压器的使用寿命也会随之增加。

[1]国网运行有限公司 组编.高压直流输电岗位培训教材.中国电力出版社2009，（4）

[2]姚志松，姚磊.新型节能变压器选用、运行.中国电力出版社，2010（1）[3]赵家礼.图解变压器修理操作技能.化学工业出版社，2007（10）

第三篇：变压器异常现象和故障处理

浅析变压器运行中的异常现象与故障处理

【关键词】变压器

异常

故障

【前言】变压器在输配电系统中占有极其重要的地位，与其它电气设备相比其故障率较低，但是一旦发生故障将会给电力系统及工农业生产带来极大的危害。因此，能针对变压器在运行中的各种异常及故障现象，作出迅速而正确的判断、处理，尽快消除设备隐患及缺陷，从而保证变压器的安全运行，进而保证电力系统的安全运行，是我们每一个电力运行人员应具备的基本技能。

电力变压器是发电厂和变电站的主要设备之一。变压器的用途是多方面的，不但需要升高电压把电能送到用电地区，还要把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之升压与降压都必需由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。

变压器是由铁芯、线圈、油箱、油枕、呼吸器、防暴管、散热器、绝缘套管、分接开关、瓦斯继电器、还有温度计、热虹吸、等附件组成。

通过对变压器运行中的各种异常及故障现象的浅析，能对变压器的不正常运行和处理方法得以了解、掌握。在处理变压器异常及故障时能正确判断、果断处理。在正常巡视变压器时及时发现隐患、缺陷，使设备在健康水平下运行。

一、变压器运行中的各种异常现象及故障的形成原因：

（一）声音异常

正常运行时，由于交流电通过变压器绕组，在铁芯里产生周期性的交变磁通，引起硅钢片的磁质伸缩，铁芯的接缝与叠层之间的磁力作用以及绕组的导线之间的电磁力作用引起振动，发出的“嗡嗡”响声是连续的、均匀的，这都属于正常现象。如果变压器出现故障或运行不正常，声音就会异常，其主要原因有：

1.变压器过载运行时，音调高、音量大，会发出沉重的“嗡嗡”声。

2.大动力负荷启动时，如带有电弧、可控硅整流器等负荷时，负荷变化大，又因谐波作用，变压器内瞬间发出“哇哇”声或“咯咯”间歇声，监视测量仪表时指针发生摆动。

3.电网发生过电压时，例如中性点不接地电网有单相接地或电磁共振时，变压器声音比平常尖锐，出现这种情况时，可结合电压表计的指示进行综合判断。

4.个别零件松动时，声音比正常增大且有明显杂音，但电流、电压无明显异常，则可能是内部夹件或压紧铁芯的螺钉松动，使硅钢片振动增大所造成。

5.变压器高压套管脏污，表面釉质脱落或有裂纹存在时，可听到“嘶嘶”声，若在夜间或阴雨天气时看到变压器高压套管附近有蓝色的电晕或火花，则说明瓷件污秽严重或设备线卡接触不良。

6.变压器内部放电或接触不良，会发出“吱吱”或“劈啪”声，且此声音随故障部位远近而变化。

7.变压器的某些部件因铁芯振动而造成机械接触时，会产生连续的有规律的撞击或磨擦声。

8.变压器有水沸腾声的同时，温度急剧变化，油位升高，则应判断为变压器绕组发生短路故障或分接开关因接触不良引起严重过热，这时应立即停用变压器进行检查。

9.变压器铁芯接地断线时，会产生劈裂声，变压器绕组短路或它们对外壳放电时有劈啪的爆裂声，严重时会有巨大的轰鸣声，随后可能起火。

（二）外表、颜色、气味异常

变压器内部故障及各部件过热将引起一系列的气味、颜色变化。1.防爆管防爆膜破裂，会引起水和潮气进入变压器内，导致绝缘油乳化及变压器的绝缘强度降低，其可能为内部故障或呼吸器不畅。

2.呼吸器硅胶变色，可能是吸潮过度，垫圈损坏，进入油室的水分太多等原因引起。

3.瓷套管接线紧固部分松动，表面接触过热氧化，会引起变色和异常气味。（颜色变暗、失去光泽、表面镀层遭破坏。）

4.瓷套管污损产生电晕、闪络，会发出奇臭味，冷却风扇、油泵烧毁会发生烧焦气味。5.变压器漏磁的断磁能力不好及磁场分布不均，会引起涡流，使油箱局部过热，并引起油漆变化或掉漆。

（三）油温油色异常

变压器的很多故障都伴有急剧的温升及油色剧变，若发现在同样正常的条件下（负荷、环温、冷却），温度比平常高出10℃以上或负载不变温度不断上升（表计无异常），则认为变压器内部出现异常现象，其原因有：

1.由于涡流或夹紧铁芯的螺栓绝缘损坏会使变压器油温升高。2.绕组局部层间或匝间短路，内部接点有故障，二次线路上有大电阻短路等，均会使变压器温度不正常。

3.过负荷，环境温度过高，冷却风扇和输油泵故障，风扇电机损坏，散热器管道积垢或冷却效果不良，散热器阀门未打开，渗漏油引起油量不足等原因都会造成变压器温度不正常。

4.油色显著变化时，应对其进行跟踪化验，发现油内含有碳粒和水分，油的酸价增高，闪电降低，随之油绝缘强度降低，易引起绕组与外壳的击穿，此时应及时停用处理。

（四）油位异常：

1.假油位：（1）油标管堵塞；（2）油枕呼吸器堵塞；（3）防暴管气孔堵塞。

2.油面过低：（1）变压器严重渗漏油；（2）检修人员因工作需要，多次放油后未补充；（3）气温过低，且油量不足；（4）油枕容量不足，不能满足运行要求。

（五）渗漏油

变压器运行中渗漏油的现象比较普遍，主要原因有以下： 1.油箱与零部件连接处的密封不良，焊件或铸件存在缺陷，运行中额外荷重或受到震动等。

2.内部故障使油温升高，引起油的体积膨胀，发生漏油或喷油。

（六）油枕或防暴管喷油

1．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暴管堵塞等。

2．内部的高温和高热会使变压器突然喷油，喷油后使油面降低，有可能引起瓦斯保护动作。

（七）分接开关故障

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，油的绝缘降低，这些都可能是分接开关故障而出现的现象，分接开关故障的原因有以下几条：

1.分接开关触头弹簧压力不足，触头滚轮压力不均，使有效接触面面积减少，以及因镀层的机械强度不够而严重磨损等会引起分接开关烧毁。

2.分接开关接头接触不良，经受不起短路电流冲击发生故障。3.切换分接开关时，由于分头位置切换错误，引起开关烧坏。4.相间绝缘距离不够，或绝缘材料性能降低，在过电压作用下短路。

（八）绝缘套管的闪络和爆炸故障

套管密封不严，因进水使绝缘受潮而损坏；套管的电容芯子制造不良，内部游离放电；或套管积垢严重以及套管上有裂纹，均会造成套管闪络和爆炸事故。

（九）三相电压不平衡

1.三相负载不平衡，引起中性点位移，使三相电压不平衡。2.系统发生铁磁谐振，使三相电压不平衡。3.绕组发生匝间或层间短路，造成三相电压不平衡。

（十）继电保护动作

继电保护动作，说明变压器有故障。瓦斯保护是变压器的主保护之一，它能保护变压器内部发生的绝大部分故障，常常是先轻瓦斯动作发出信号，然后瓦斯动作跳闸。

轻瓦斯动作的原因：（1）因滤油、加油，冷却系统不严密致使空气进入变压器。（2）温度下降和漏油致使油位缓慢降低。（3）变压器内部故障，产生少量气体。（4）变压器内部故障短路。（5）保护装置二次回路故障。

当外部检查未发现变压器有异常时，应查明瓦斯继电器中气体的性质：如积聚在瓦斯继电器内的气体不可燃，而且是无色无嗅的，而混合气体中主要是惰性气体，氧气含量大于6％，油的燃点不降低，则说明变压器内部有故障，应根据瓦斯继电器内积聚的气体性质来鉴定变压器内部故障的性质；如气体的颜色为黄色不易燃的，且一氧化碳含量大于1％－2％，为木质绝缘损坏；灰色的黑色易燃的且氢气含量在3％以下，有焦油味，燃点降低，则说明油因过滤而分解或油内曾发生过闪络故障；浅灰色带强烈臭味且可燃的，是纸或纸板绝缘损坏。

通过对变压器运行中的各种异常及故障现象的分析，能对变压器的不正常运行的处理方法得以了解、掌握。

二、变压器在运行中不正常现象的处理方法

（一）运行中的不正常现象的处理

1.值班人员在变压器运行中发现不正常现象时，应设法尽快消除，并报告上级和做好记录。

2.变压器有下列情况之一者应立即停运，若有运用中的备用变压器，应尽可能先将其投入运行：

（1）变压器声响明显增大，很不正常，内部有爆裂声；（2）严重漏油或喷油，使油面下降到低于油位计的指示限度；（3）套管有严重的破损和放电现象；（4）变压器冒烟着火。

3.当发生危及变压器安全的故障，而变压器的有关保护装置拒动，值班人员应立即将变压器停运。

4.当变压器附近的设备着火、爆炸或发生其他情况，对变压器构成严重威胁时，值班人员应立即将变压器停运。

5.变压器油温升高超过规定值时，值班人员应按以下步骤检查处理：

（1）检查变压器的负载和冷却介质的温度，并与在同一负载和冷却介质温度下正常的温度核对；

（2）核对温度装置；

（3）检查变压器冷却装置或变压器室的通风情况。若温度升高的原因由于冷却系统的故障，且在运行中无法检修者，应将变压器停运检修；若不能立即停运检修，则值班人员应按现场规程的规定调整变压器的负载至允许运行温度下的相应容量。在正常负载和冷却条件下，变压器温度不正常并不断上升，且经检查证明温度指示正确，则认为变压器已发生内部故障，应立即将变压器停运。

变压器在各种超额定电流方式下运行，若顶层油温超过105℃时，应立即降低负载。

6.变压器中的油因低温凝滞时，应不投冷却器空载运行，同时监视顶层油温，逐步增加负载，直至投入相应数量冷却器，转入正常运行。

7.当发现变压器的油面较当时油温所应有的油位显著降低时，应查明原因。补油时应遵守规程规定，禁止从变压器下部补油。

8.变压器油位因温度上升有可能高出油位指示极限，经查明不是假油位所致时，则应放油，使油位降至与当时油温相对应的高度，以免

9.溢油。

10.铁芯多点接地而接地电流较大时，应按排检修处理。在缺陷消除前，可采取措施将电流限制在100mA左右，并加强监视。

11.系统发生单相接地时，应监视消弧线圈和接有消弧线圈的变压器的运行情况。

（二）瓦斯保护装置动作的处理

瓦斯保护信号动作时，应立即对变压器进行检查，查明动作的原因，是否因积聚空气、油位降低、二次回路故障或是变压器内部故障造成的。

瓦斯保护动作跳闸时，在原因消除故障前不得将变压器投入运行。为查明原因应考虑以下因素，作出综合判断：

（1）是否呼吸不畅或排气未尽；（2）保护及直流等二次回路是否正常；

（3）变压器外观有无明显反映故障性质的异常现象；（4）气体继电器中积聚气体量，是否可燃；

（5）气体继电器中的气体和油中溶解气体的色谱分析结果；（6）必要的电气试验结果；

（7）变压器其它继电保护装置动作情况。

（三）变压器跳闸和灭火

1.变压器跳闸后，应立即查明原因。如综合判断证明变压器跳闸不是由于内部故障所引起，可重新投入运行。若变压器有内部故障的征象时，应作进一步检查。

2.变压器跳闸后，应立即停油泵。

3.变压器着火时，应立即断开电源，停运冷却器，并迅速采取灭火措施，防止火势蔓延。

【结束语】变压器在运行当中容易出现一些异常现象，但只要我们平常工作认真、细致、巡视设备一丝不苟，这些异常现象就能及时被发现，从而有针对性的采取措施，预防事故的发生。这不仅是我们的责人，同时也有效的降低生产成本，维护了设备的安全运行，为整个电力系统的安全，乃至国民经济的健康发展做出自己应有的贡献。当然，由于本人的水平有限，以及工作经验欠缺，文章尚有不足之处，希望能与大家共同探讨

第四篇：变压器的故障分析

声音异常

变压器在正常运行时，会发出连续均匀的“嗡嗡”声。如果产生的声音不均匀或有其他特殊的响声，就应视为变压器运行不正常，并可根据声音的不同查找出故障，进行及时处理。主要有以下几方面故障

电网发生过电压。电网发生单相接地或电磁共振时，变压器声音比平常尖锐。出现这种情况时，可结合电压表计的指示进行综合判断

变压器过载运行。负荷变化大，又因谐波作用，变压器内瞬间发生“哇哇”声或“咯咯”的间歇声，监视测量仪表指针发生摆动，且音调高、音量大

变压器夹件或螺丝钉松动。声音比平常大且有明显的杂音，但电流、电压又无明显异常时，则可能是内部夹件或压紧铁芯的螺丝钉松动，导致硅钢片振动增大

变压器局部放电。若变压器的跌落式熔断器或分接开关接触不良时，有“吱吱”的放电声；若变压器的变压套管脏污，表面釉质脱落或有裂纹存在，可听到“嘶嘶”声；若变压器内部局部放电或电接不良，则会发出“吱吱”或“噼啪”声，而这种声音会随离故障的远近而变化，这时，应对变压器马上进行停用检测

变压器绕组发生短路。声音中夹杂着水沸腾声，且温度急剧变化，油位升高，则应判断为变压器绕组发生短路故障，严重时会有巨大轰鸣声，随后可能起火。这时，应立即停用变压器进行检查

变压器外壳闪络放电。当变压器绕组高压引起出线相互间或它们对外壳闪络放电时，会出现此声。这时，应对变压器进行停用检查。

气味，颜色异常

防爆管防爆膜破裂：防爆管防爆膜破裂会引起水和潮气进入变压器内，导致绝缘油乳化及变压器的绝缘强度降低

套管闪络放电，套管闪络放电会造成发热导致老化，绝缘受损甚至此起爆炸

引线（接线头）、线卡处过热引起异常；套管接线端部紧固部分松动或引线头线鼻子滑牙等，接触面发生氧化严重，使接触过热，颜色变暗失去光泽，表面镀层也遭破坏

套管污损引起异常；套管污损产生电晕、闪络会发生臭氧味，冷却风扇，油泵烧毁会发出烧焦气味

另外，吸潮过度、垫圈损坏、进入油室的水量太多等原因会造成吸湿剂变色。

油温异常

发现在正常条件下，油温比平时高出10摄氏度以上或负载不变而温度不断上升（在冷却装置运行正常的情况下），则可判断为变压器内部出现异常。主要为

内部故障引起温度异常。其内部故障，如绕组砸间或层间短路，线圈对围屏放电、内部引线接头发热、铁芯多点接地使涡流增大过热，零序不平衡电流等漏磁通过与铁件油箱形成回路而发热等因素引起变压器温度异常。发生这些情况时，还将伴随着瓦斯或差动保护动作。故障严重时，还有可能使防爆管或压力释放阀喷油，这时应立即将变压器停用检修

冷却器运行不正常所引起的温度异常。冷却器运行不正常或发生故障，如潜油泵停运、风扇损坏、散热器管道积垢、冷却效果不佳、散热器阀门没有打开、温度计指示失灵等诸多因素引起温度升高，应对冷却器系统进行维护和冲洗，以提高其冷却效果。

油位异常 变压器在运行过程中油位异常和渗漏油现象比较普遍，应不定期地进行巡视和检查，其中主要表现有以下两方面

1、假油位：油标管堵塞；油枕吸管器堵塞；防爆管道气孔堵塞

2、油面低：变压器严重漏油；工作人员因工作需要放油后未能及时补充；气温过低且油量不足，或是油枕容量偏小未能满足运行的需求。

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第五篇：变压器故障应急预案

变压器故障应急预案

1、表象 1.1 紧急停运

1.2 主变各连接部位严重发热 1.3 主变声音异常

2、应急处置 2.1 紧急停运

2.1.1 发生事故后，值班运行人员应立即向值班调度员及主管领导汇报已发生事故，明确报告事故发生的时间、基本情况。

2.1.2 当值调度员应迅速判断事故所引起后果，启动后备应急方案（改变运行方式），并根据情况及时上报上级调度部门，请求支援。2.2 主变及各连接部位严重发热

2.2.1 值班运行人员应立即向值班调度员报告设备异常情况，请求下一步工作指令。

2.2.2 当值调度员应迅速判断故障可能引起的后果，明确下达工作指令。2.2.3 启动后备应急方案（改变运行方式）或通知抢修部门（或相关单位）确定故障原因，恢复设备功能。2.3 主变声音异常

2.3.1 变压器运行正常时是发出连续匀称的嗡嗡声。2.3.2 除此之外的声音均为异常声响。

2.3.3 值班运行人员应立即向值班调度员报告设备异常情况，请求下一步工作指令。

2.3.4 当值调度员应迅速判断故障可能引起的后果，明确下达工作指令，启动后备应急方案。

3、故障判断 3.1 紧急停运

3.1.1 一般为变压器主体故障，主要有铁芯局部短路或熔毁，绝缘损坏；线圈间短路、断线，对地击穿；分接开关触头灼伤或有放电；套管对地击穿或放电；或继电保护动作等。严重时会起火。

3.1.2 变压器自动装置跳闸：此时应检查外部有无短路，过负荷和二次线路等故障，如故障原因不在外部，则需要检查绝缘电阻。3.2 主变及各连接部位严重发热

3.2.1 带荷后发热，可能是变压器功率不匹配；冷却系统散热不好；连接部位接触不良；

3.2.2 变压器主体本身质量存在问题。3.3 主变声音异常的判断

3.3.1 变压器发出“吱吱”声时，说明有闪络，这时必须检查变压器金属件的尖锐部分是否倒钝。

3.3.2 变压器有“哔剥”声时，表示有击穿现象，可能发生在线圈或铁芯与夹件间。

4、抢修恢复

4.1 变压器主体故障应及时通知厂家来人修理。

4.2 其他故障，应先隔离故障设备，确定故障点。通知抢修部门（或相关单位）检修设备，排除故障。

4.3 功率不匹配、冷却系统散热不好、连接部位接触不良等应通知抢修部门（或相关单位）检修设备，排除故障。

4.4 设备恢复正常后，重新投入运行时，运行人员应逐一恢复送电。