【技术解析】--油浸式电力变压器安全运行与维护
一、引言
随着我国经济的快速发展，供电建设出现了爆发性增长，装机容量每年超过15%的增长速度。同时多年来我国油浸式变压器在运行时也发生了多起燃烧和爆炸事故，造成了对人员和设备威胁，给社会经济带来严重损失。特别35kV以下油浸式变压器在中、小企业发挥着重要的作用，其构造简单，运行可靠性较高，在额定条件下带额定负荷可连续运行20~25年。为了社会经验发展提升更好的服务，保障变压器的安全运行，下面谈谈如何做好日常性的油浸式变压器维护和检修工作，确保正常供电。
二、变压器运行中的检查
变压器的运行情况，可通过仪表，保护装置及各种指示信号等设备来反映，对仪表不能反映的问题，需值班人员去观察、监听，及时发现，如运行环境的变化、变压器声音的异常等等。经常有人值班的，每天至少检查一次，每星期进行一次夜间巡视检查。无固定值班人员的至少每两个月检查一次。在有特殊情况或气温急变时，要增加检查次数或进行即时检查。油浸式变压器是电力系统中输配电力的主要设备。
1．监视仪表
变压器控制盘的仪表，如电流表、电压表、功率表等应1-2h抄表一次，画出日负荷曲线。在过负载下运行时，应每0.5h抄表一次，表计不在控制室时，每班至少记录两次。
2．监视变压器电源电压
电源电压的变化范围应在士5%额定电压以内。如电压长期过高或过低，应通过调整变压器的分接开关，使二次电压趋于正常。
3．测量三相电流是否平衡
对于变压器三相负荷，线电流不应超过低压侧额定电流的25%，超过时应调节每相负荷，尽量使各相负荷趋于平衡。
4．变压器的允许温度和温升
(1)允许温度
变压器在运行时，要产生铜损和铁损，使线圈和铁芯发热。变压器的允许温度是由变压器所使用绝缘材料的耐热强度决定的。油浸式电力变压器的绝缘属于A级，绝缘是浸渍处理过的有机材料，如纸、木材和棉纱等，其允许温度是105℃。变压器温度最高的部件是线圈，其次是铁芯，变压器油温最低。线圈匝间的绝缘是电缆纸，而能测量的是线圈的平均温度，故运行时线圈的温度应≤95℃。
为了监视变压器运行时各部件的温度，规定以变压器上层油温来确定变压器允许温度，为了防止油质劣化及变压器油不过快氧化，油浸式变压器顶层油温一般规定值如表1所示。
电力变压器的运行温度直接影响到变压器的输出容量和使用寿命。温度长时间超过允许值，则变压器绝缘容易损坏，使用寿命降低。变压器的使用年限的减少一般可按“八度规则”计算，即温度升高8℃，使用年限减少1/2。试验表明：如果变压器绕组最热点的温度一直维持在95℃，则变压器可连续运行20年。若绕组温度升高到105℃，则使用寿命降低到7.5年，若绕组温度升高到120℃，使用寿命降低到2.3年，可见变压器使用寿命年限主要决定于绕组的运行温度。
变压器绕组温度与负载大小及环境温度有关。变压器温度与环境温度的差值叫变压器的温升。对A级绝缘的变压器，当环境温度为40℃（环境最高温度）时，国家标准规定绕组的温升为65℃，上层油温的允许温升为45℃，只要上层油温及温升不超过规定值，就能保证变压器在规定的使用年限内安全运行。
允许温度=允许温升+40℃，当环境温度＞40℃，散热困难，不允许变压器满负荷运行。当环境温度＜40℃时，尽管有利散热，但线圈的散热能力受结构参数限制，无法提高，故不允许超负荷运行。如当环境温度为零度以下时，让变压器过负荷运行，而上层油温维持在90℃以下，未超过允许值95℃，但由于线圈散热能力无法提高，结果线圈温度升高，发热，超过了允许值。
例如，一台油浸自冷式变压器，当环境温度为32℃时，其上层油温为60℃，未超过95℃，上层油的温升为60℃-32℃=28℃，＜允许温升45℃，变压器可正常运行。若环境温度为44℃，上层油温为99℃，虽然上层油的温升为99℃-44℃=55℃，没超过温升限定值，但上层油温却超过了允许值，故不允许运行。若环境温度为一20℃时，上层油温为45℃，虽＜95℃，但上层油的温升增为45℃一（—20）℃=65℃，已超过温升限定值，也不允许运行。
因此，只有上层油温及温升值均不超过允许值，才能保证变压器安全运行。
5．变压器油的运行
检查油枕和充油套管内油面的高度，密封处有无渗漏油现象。油标指示一般应在1/4~3/4处。油面过高，一般是由于冷却装置运行不正常或变压器内部故障等所造成的油温过高引起的。油面过低，应检查变压器各密封处是否有严重漏油现象，放油阀是否关紧。油标管内的油色应是透明微带黄色，如呈红棕色，可能是油位计脏污造成的，也可能是变压器油运行时间过长，油温高，使油质变坏引起。
我国常用的变压器油有国产I-10℃(老标准25#)、I-40℃(老标准45#)两种。在油浸式变压器中，变压器油既是绝缘介质，又作为冷却介质。因此，变压器油质量的优劣直接影响到变压器的运行质量。新的和运行中的变压器油都需要做试验，以保证变压器安全可靠运行。
(1)油的试验
①耐压试验。测量油的介质强度，它是指试油器两电极间油层击穿时电压表所显示的最小值。击穿电压的高低说明油中水、杂质的含量。一般要求介质强度愈高愈好。
②介质损耗试验。在外加电压作用下测量绝缘介质中功率损耗的数值，它反映出油质的好坏及净化程度，一般要求介质损失角正切值在20℃时≤0.5%。
③简化试验。为了掌握变压器油运行的情况，一般仅作如下简化试验项目：酸价试验KOH新油的标准≤0.05mg/g，运行中的油应≤0.4mg/g。耐压试验同前述。闪点试验一般在130~140℃。游离碳，机械混合物，最好没有新油的酸碱度pH值一般为5.4~5.6。
(2)油在运行中的要求
对电压在35kV以下的变压器每两年至少取样作一次简化试验，对电压在35kV以上的变压器，每年至少作一次简化试验。在两次简化试验之间作一次耐压试验。当变压器经受短路故障后，或出现异常情况时，应根据油样进行分析。通过简化试验后，若不符合上述标准时，则说明油已变质，应及时处理，使其恢复到标准值如发现油受潮，应进行干燥，如油已老化，应进行净化和再生一般可用过滤法，澄清法，干燥后将油与水分、杂质分离，或者使用化学处理法，除去油的酸碱，然后再过滤、干燥，使油再生，恢复其原有的良好性能。
(3)油质量简易鉴别
①油的颜色。新油一般为浅黄色，氧化后颜色变深。运行中油的颜色迅速变暗，表明油质变坏。
②透明度。新油在玻璃瓶中是透明的，并带有紫色的荧光，否则，说明有机械杂质和游离碳。
③气味。变压器油应没有气味，或带一点煤油味，如有别的气味，说明油质变坏。如烧焦味说明油干燥时过热；酸味则说明油严重老化；乙炔味则说明油内产生过电弧。其他味可能是随容器产生的。
(4)补油和取油样
补油：
①新补入的油应经试验合格。35kV变压器应补入相同牌号的油，l0kV及以下的变压器可补入不同牌号的油（应作混合油耐压试验）。
②补油后要检查气体继电器，并及时放出气体，24h后无问题，再将重气体保护接入掉闸位置。
③不准从变压器底部油阀处补油，以防止底部污秽物质进入变压器内。
取油样：
①从变压器中取油样应在天气干燥时进行。
②取油样时，先从变压器底部阀门处放掉底部积存的污油，然后用干净布将油阀擦净，再放少许油冲洗油阀，将油样放入洗净的毛玻璃瓶中。此过程，应防止灰尘、水分等浸入油中。装油后将瓶口塞紧，用火漆或石蜡加封。
③简化试验取油0.9kg，耐压试验取油约0.45kg。启瓶时，室温应接近油样温度，以防油样受潮，每次取油试验结果，应与上次取样试验结果作比较，以掌握油质性能的变化和趋势。
6．检查变压器响声
变压器正常运行时，一般有均匀的嗡嗡声，这是由于交变磁通引起铁芯振颤而发出的声音。如果运行中有其他声音，则属于声音异常。
7．检查绝缘套管 检查绝缘套管是否清洁，有无破损裂纹及放电烧伤痕迹。
8．检查一、二次母线
母线接头应接触良好，不过热，如贴有示温蜡片的，应检查蜡片是否熔化。
9．检查干燥剂
送电前和运行中的变压器，应检查吸湿器中的硅胶，如硅胶已由浅蓝色变成粉红色，则说明硅胶已饱和吸湿，已失去作用应及时换用干燥的硅胶，或对受潮硅胶进行还原处理后再用。
当吸湿器下部变压器油的酸值KOH的含量达到。0.1~0.15mg/g，而且酸值不再降低时，应更换干燥剂。更换方法：旋下法兰盘上的螺钉，将吸湿器及储油柜相连的呼吸器管脱开，再旋松内部螺母，卸下盖板，即可倒出或装入干燥剂。新装或更换硅胶的质量一般为变压器油质量的0.8%~0.9%；硅胶粒度为3~7mm，
受潮变色后的硅胶可以再生。方法是：将回收的受潮硅胶，置于电热炉或热风炉内焙烘，温度115~120℃，加热15~20h。待全部硅胶呈现蓝色时，即可再次使用。硅胶每再生一次，其吸湿力将有所降低。
10．检查压力释放阀或防爆管及气体继电器
释放阀或防爆管的防爆膜应完整无裂纹，无存油。气体继电器无动作。
11．检查接地、保护设备及变压器室
外壳接地及保护设备应良好。变压器室门窗是否完整，通风是否良好。对于变压器应有计划地进行停电清扫瓷套管及有关附属设备，检查母线的接线端子等连接点接触情况，摇测绕组的绝缘电阻及接地电阻。
三、油浸式电力变压器发生火灾的原因
1．变压器线圈绝缘损坏发生短路。变压器线圈的纸质和棉纱绝缘材料，如果经常受到过负荷发热或绝缘油酸化腐蚀等作用，将会发生老化变质，损坏绝缘，引起匝间、层间短路，使电流急增造成线圈发热燃烧。同时，绝缘油因热分解，产生可燃气体，与空气混合达到一定的比例，形成爆炸性混合物，当遇到火花时就会发生燃烧或爆炸。变压器线圈短路也可能由于制造质量不好，绝缘损坏引起。也可能在检修过程中，碰动高低压线圈引线和铜片时，使其与箱壁相碰或接近，造成绝缘间距太小而形成接地或相间短路，使高低压线圈起火。
2．接触不良。在线圈与线圈间、线圈端部与分接头间、分接头转换开关触点接触部分等，如果接触不良，连接不好，都可能由于接触电阻过大造成局部高温，引起油燃烧，甚至爆炸。
3．铁芯过热。变压器铁芯硅钢片间绝缘损坏、夹紧螺栓绝缘损坏、铁芯硅钢片固定不紧密等，会使变压器运行中铁芯发热过大，造成起火，并使绝缘油分解燃烧。
4．油中电弧闪络。变压器线圈之间、与油箱壁之间由于损坏而放电产生电弧闪络；雷击过电压击穿等引起电弧闪络，使油发生燃烧。变压器漏油，使油箱中的油面降低而减弱油流的散热作用，也会使变压器的绝缘材料过热和燃烧。
5．变压器引起爆炸主要因为变压器油为可燃液体，当变压器内部出现严重过载、短路、绝缘损坏等故障时，绝缘油受到高温或电弧作用下，迅速使变压器油分解气化、闪燃并着火（变压器油闪点为140℃，燃点为165～180℃左右，自燃点为332℃），受热分解产生大量烃类混合气体，使变压器内部的压力急剧上升，然后导致变压器油箱的结构破坏爆裂。
因为乙炔和氢气超标后与空气混合形成爆炸性气体，遇高温可以发生爆炸，变压器油是变压器火灾爆炸事故的根源。
6．外部线路短路。由于外力损坏或自然灾害，如砍树或大风刮倒树木倒在线路上引起短路或断线接地；风筝落在导线上，引起短路；变压器高低压套管上爬上鼠类、鸟类等小动物造成短路；高低压保护在故障时拒动，不能切断电路等都可能造成变压器起火。
四、油浸式变压器运行中防火防爆措施及预防
如果变压器内部发生过载或短路，绝缘材料或绝缘油就会因高温或电火花作用而分解，膨胀以至气化，使变压器内部压力急剧增加，可能引起变压器外壳爆炸，大量绝缘油喷出燃烧，油流又会进一步扩大火灾危险。所以我们总结出几点防火防爆措施供用户参考：
1．防止变压器过载运行。如果长期过载运行，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匣间短路、相间短路或对地短路及油的分解。
2．保证绝缘油质量。变压器绝缘油在贮存、运输或运行维护中，若油质量差或杂质、水分过多，会降低绝缘强度。当绝缘强度降低到一定值时，变压器就会短路而引起电火花、电弧或出现危险温度。因此，运行中变压器应定期化验油质，不合格的油应及时更换。
3．防止变压器铁芯绝缘老化损坏。铁芯绝缘老化或夹紧螺栓套管损坏，会使铁芯产生很大的涡流，引起铁芯长期发热造成绝缘老化。
4．防止检修不慎破坏绝缘。变压器检修吊芯时，应注意保护线圈或绝缘套管，如果发现有擦破损伤，应及时处理。
5．保证导线接触良好。线圈内部接头接触不良，线圈之间的连接点、引至高、低压侧套管的接点、以及分接开关上各支点接触不良，会产生局部过热，破坏绝缘，发生短路或断路。此时所产生的高温电弧会使绝缘油分解，产生大量气体，变压器内压力加。当压力超过瓦斯断电器保护定值而不跳闸时，会发生爆炸。
6．防止电击。电力变压器的电源一般通过架空线而来，而架空线很容易遭受雷击，变压器会因击穿绝缘而烧毁。
7．短路保护要可靠。变压器线圈或负载发生短路，变压器将承受相当大的短路电流，如果保护系统失灵或保护定值过大，就有可能烧毁变压器。为此，必须安装可靠的短路保护装置。
8．保持良好的接地。对于采用保护接零的低压系统，变压器低压侧中性点要直接接地当三相负载不平衡时，零线上会出现电流。当这一电流过大而接触电阻又较大时，接地点就会出现高温，引燃周围的可燃物质。
9．防止超温。变压器运行时应监视温度的变化。如果变压器线圈导线是A级绝缘，其绝缘体以纸和棉纱为主，温度的高低对绝缘和使用寿命的影响很大，可根据变压器绝缘老化“八度法则”计算。所以一定要保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风，以达到降低变压器温升的目的。
