吴永仁
（中山ABB变压器有限公司528449）
摘要：在电力系统中，变压器的作用是毋庸置疑的，它能够实现对电压的有效调节和控制，保证供电的安全性和稳定性，是整个系统的核心关键设备之一。保障变压器正常运行是供电工作的重要内容，而过热故障是变压器最常见的故障，并给变压器安全运行带来严重威胁。如何快速、准确地判定变压器过热的原因，及时排除故障，是变压器安全运行及防止设备事故的关键。本文将对变压器过热故障的原因进行分析，并探究其解决办法及预防措施，促进变压器的安全稳定运行。
关键词：变压器；过热故障；原因；解决措施
变压器过热是常见的变压器故障之一，它严重威胁到变压器的安全运行及使用寿命。变压器运行过程中，会发生能量转移和损耗，绝大部分能量经过变压后仍以电能方式输送出去。小部分能量损失在能量转换的过程中，在绕组、铁心和金属结构件中产生热量，当该区域散热量小于损耗产生的热量时，会导致该区域温度不断升高，超出国标或IEC限值要求，发生变压器过热故障。变压器过热的原因很多，下面将详细阐述变压器过热故障的原因和类型，以及解决方案。
一、变压器过热故障的原因
变压器过热故障的原因大致可以分为磁路故障、电路故障和冷却故障。
1.磁路故障通常指磁场在金属件或硅钢片上产生涡流或环流，形成损耗，并导致部件温度升高，当该区域的散热量小于发热量时，部件的温度会不断攀升，直至超出国标规定的限值，产生过热故障。常见的磁路故障有铁心过热、铁心多点接地和油箱壳体过热。
铁心过热
铁心是变压器能量交换的场所，是变压器的核心部件之一。它由很多非常薄的硅钢片（通常为0.3mm厚）叠积而成的。硅钢片表面都有绝缘涂层，片与片之间是绝缘的，这样做的目的是减少铁心涡流损耗，减少发热量。当铁心直径达到一定值时，需要在心柱内加入油道，增加散热面。当铁心硅钢片磁损过大而冷却不足时，铁心温度逐渐升高，形成故障。
铁心接缝气隙
变压器铁心轭与心柱之间不可避免存在缝隙，当缝隙硅钢片搭接不可靠时，气隙过大时，缝隙磁阻会增大，磁通从此缝隙经过时，产生的损耗也会增大，容易导致气隙处过热。
铁心多点接地
变压器铁心只允许一点接地，多点接地会导致硅钢片与地之间连成闭合环路，在磁场的作用下，形成环流，产生没必要的损耗，导致温度升高，形成故障。
油箱壳体发热
线圈、引线等带电体在油箱内部产生的漏磁场穿入油箱壁或夹件等金属结构件，会产生涡流，形成损耗，导致箱壳温度升高。
2、电路故障主要指电流通过导体时发热，当电流密度选择过大时，或接触面不可靠时，导体温度不断升高，严重时甚至烧毁。常见的电路故障如下：
绕组过热
绕组是变压器的核心部件之一，是变压器激磁和感应部件，电流的主要流通场所。当绕组导线的电流密度过大时，导线损耗增加，温度升高，产生过热故障。导线规格选取不合理，涡流感应面增大，也会导致额外损耗，温度升高，也会产生过热现象。
引线过热
引线是将线圈电流引到套管或分接开关的部件，当引线电流密度选择过高时，会导致引线电缆过热。此外穿缆式套管内部，引线电缆通常不含绝缘，如果电缆长度过长，会导致引线电缆直接和套管内屏蔽铜管接触，当有多个接触点时，会产生环流现象，进而造成过热故障。
分接开关接触不良
连接开关中主要包括了动触头和静触头，触头本身具有一定的弹性，所以在使用时可以自行弹开。通常在触头的表面涂一层物质，防止两个触头接触时发生反应，但是在长时间的使用过程中，很多触头的表面物质会逐渐被磨损或腐蚀，或者是弹簧失去了弹性，这会使触头接触后产生极大的电阻，进而发热。
引线接头连接过热
变压器引线接头由于螺丝力矩不合理，导致压紧力不够，出现接触不良的情况发生，导致接触面电阻增大，增加损耗，产生额外热量，导致过热故障。
3、冷却故障
散热器
变压器在长时间使用的过程中，其表面会积攒很多的灰尘，如果不及时对其进行清理，会影响到散热器表面的散热效果，热量难以散发出去，导致散热量下降，当变压器散热量小于变压器损耗时，变压器内部温度会逐渐升高，产生过热故障。
铁心油道堵塞
大型电力变压器铁心都需要内置油道进行散热，油道通常采用木条垫开。而变压器运行过程中，铁心存在微小振动，长期运行后，木条可能松动挪位，堵塞油道，导致铁心散热效果下降，温度上升。
线圈油道堵塞
变压器长期运行后，线圈导线的纸包绝缘不断老化，存在松散和脱落的可能。导线绝缘的松散和脱落都会导致线圈油道缩小，散热效果下降，温度升高。
二、变压器过热故障诊断
1、外观检查
变压器部分过热故障会将温度传到油箱外壳上，会在相应的区域产生一些异常气味及声音。工作人员可以通过一些简单的操作来对其进行检测。如果需要获得更准确的温度数据，可以以下测量方法：
通过红外线测温装置可以直接测量故障点的温度。
如果需要检测某一片区域的温度状况，可以使用热成像摄像机对油箱外壳进行热成像。
2、内部故障诊断
内部诊断是指通过试验的方法间接判断出故障原因。
油中溶解气体分析法（DGA）
这是目前最常用且可靠的诊断方法。它通过分析油中气体含量来判断出故障的原因。烃类气体的产生速率随温度变化，在特定的温度下，某些气体产生速率最大。比如随着温度升高，产气率最大的依次为CH4、C2H6、C2H2、C2H4。温度故障与溶解气体之间存在着对应关系。试验证明：
过热、电晕和电弧故障，油中气体成分主要是：CO、CO2、CH4、C2H2、C2H6、O2、N2、H2
绝缘击穿、闪络、分接开关电弧故障，油中气体成分主要是：C2H2。
分接开关接触不良，铁心多点接地，局部短路，导线过热，引线过热，引线接触不良等，油中气体成分主要是：CH4、C2H2，其次是C2H6。
正常变压器油中不含这些气体成分。
油中溶解气体分析法，只能确认变压器内部是否存在故障及故障类型，但不能确定故障发生的具体位置。
铁心多点接地测量法
这个诊断可以确认铁心是否存在多点接地。将铁心的连接线与地网断开，用2500V的绝缘电阻表测量连接线与地网之间的电阻，正常110KV和220KV变压器，铁心与地之间的绝缘电阻应大于500MΩ，如果这个电阻过小的话，说明铁心存在多点接地。
绕组直流电阻测量法
从套管处测量各绕组的电阻，和变压器出厂文件数据进行对比，看是否存在较大偏差，来判定内部绕组是否存在断线或接触不良等故障。
短路阻抗测量法
这个检测主要是用来判断内部线圈是否存在变形和错位，或者内部是否存在较大的涡流或环流损耗。
变压器过热故障的原因是多方面的，但很难直接对其内部故障进行诊断，在这种情况下，工作人员可以通过对套管、散热器等组件检查，并对变压器进行油色谱的分析、绝缘特性和电气性能检测，综合分析变压器的运行状态。
三、变压器过热故障的处理措施
1、优化设计
变压器过热故障的一个重要原因是变压器自身的结构存在缺陷，针对这个问题，要求设计人员在设计变压器过程中必须要对变压器结构进行优化。对变压器过热故障的内部原因，采取针对性的优化措施，避免引起过热故障。比如对特殊变压器，在设计阶段，应对变压器进行有限元分析，模拟变压器内部的电场和磁场分布，计算出各部件温度，对热点温度较高的区域进行屏蔽处理或改用无磁钢板等。
2、提高质量
变压器本身质量问题也是引起变压器过热故障的一个重要原因，很多变压器由于自身的运行不稳定、散热功能不到位而引发了过热故障。这时就需要厂家提高变压器制造质量，优化制造工艺，对绝缘部位，强磁场区域进行重点加工，防止出现绝缘绝缘击穿，涡流环流过大等问题发生。
3、做好漏磁防范
电压器在使用的过程中，漏磁问题属于一种比较常见也比较严重的问题，针对该问题，要求相关工作人员必须要加强漏磁防范工作，尽量减小漏磁损耗，在变压器的油箱内壁或绕组位置附近设置磁屏蔽装置，防止漏磁对油箱产生影响。
也可以用无磁钢板代替普通钢板，减少涡流损耗。
4、清理散热附件
散热器是电力变压器散热的主要方式，很多变压器都是由于散热器管道受阻而导致散热功能不到位，进而引发过热故障，针对该问题要求相关工作人员必须要对散热器管道进行定时清理，保证散热器管道的正常使用。
5、防止铜管和引线接触
在变压器使用的过程中，引线与套管内屏蔽铜管发生接触形成环流引发的过热故障十分常见，所以在变压器使用的过程中，相关人员人员必须要防止铜管和裸引线发生接触，做好绝缘包扎工作，防止二者直接接触引发环流；或者在连接引线之前，施工方可以按套管长度裁剪引线，安装后将引线拉直，避免和周围的铜管接触，但这种做法不是很理想。
结束语：
综上所述，我国变压器在使用的过程中，过热故障属于一种比较常发的故障，该故障的发生原因是多方面的，既包括变压器自身零件和结构的因素，又包括其使用环境等因素等的影响，而一旦出现了该故障，就会威胁到整个电力网络的运行安全。所以我国相关部门必须要加强对变压器过热故障的重视，要认识到其危害性，在发生变压器过热故障之后，相关工作人员需要及时进行故障的诊断和排除，准确定位故障原因，并采取切实有效的措施加以处理，防止过热故障的进一步扩大，提高变压器的运行质量。
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