电力变压器能够保证不改变交流电的频率大小只改变交流电的电压幅值和电流幅值的高低以满足不同领域的用电需求。比如在发电厂把发电机发出的电压升高后进行远距离输送，到达目的地后再用变压器将高电压变换为工业用电或民用电，供给企业生产或人们的生活使用，这样就可以减少电能在传输过程中的损耗；耦合变压器可用于放大电路中阻抗的匹配或传递信号；电源功率较小的变压器在电子仪表和电子仪器中应用比较广泛，它主要能改变工作电源电压幅值的高低，然后在经过各种整流电路和滤波电路后，得到工作设备需要的直流电源等。由此可见变压器在电力系统中的重要性，变压器一旦出现故障将引起电力系统的瘫痪，引起重大财产损失，因此，保证变压器运行的安全性、可靠性是非常重要的任务。下面具体谈谈电力变压器的运行检修及调试[1]。

1、电力变压器的基本结构及工作原理

电力变压器在电力系统中属于极为重要的电气设备，它通过箱体内部的绕组和铁芯能将低电压、大电流变成高电压、小电流。电能在输送的过程中，损耗为P=I2RL，相同条件下U越强，I越小，P就越小(损耗就越小)。在选用输电线的时候，一般是根据电流大小选择线路的截面积，电流越小，截面积就越小，相同条件下就可以降低投资成本[2]。

1.1电力变压器的基本结构

变压器结构如图1所示，电力变压器分为油浸式电力变压器和干式电力变压器(按照冷却方式和冷却介质分类)。以油浸式电力变压器为例进行介绍，油浸式电力变压器的结构主要分为五大部分。

图1变压器结构

1.1.1油箱内部(器身)

器身包括绕组线圈、铁芯、绝缘件、引线及分接开关，绕组线圈与铁芯构成变压器的本体。线圈一般用铜质漆包线或沙包线绕制而成，一般分为高压线圈、低压线圈，三绕组的变压器还包括中压线圈，它是变压器传输电能的电流通路；铁芯由硅钢片按照不同的要求叠放构成，不同功率和使用场景的变压器采用不同的叠放方式，它能建立磁场、构成磁路[3]。

1.1.2油箱及附件

油箱用来放置铁芯、绕组、变压器油。

1.1.3进出引线装置

进出引线装置包括高、低压套管，主要用于高、低压引线与接地油箱绝缘隔离和支持。

1.1.4散热装置

当变压器在运行过程中上层油温与下部油温产生温差时，可通过箱体外部的散热片与外界进行温度交换，冷却后的变压油重新流回油箱，如此反复可改变内部油的温度，使温度下降。

1.1.5变压器保护装置

变压器保护装置包括气体继电器(瓦斯继电器)、防爆管(安全气道)、呼吸器、储油柜(油枕)、温度计等。气体继电器安装在油枕与油箱连接的管道上，当变压器器身内发生绕组、铁芯短路或接地等故障时，变压器内油温会升高甚至发生汽化现象，产生的气体流动到与安全气道相连接的瓦斯继电器处时，若气体浓度超过其整定值，瓦斯继电器就会接通信号回路发出报警信号或者断路器就会跳闸(轻瓦斯报警，重瓦斯跳闸)[4]。

1.2电力变压器的工作原理

1.2.1变压器正常工作必须满足的条件

1)一个高压绕组线圈、一个低压绕组线圈及一个铁芯。

2)磁通量有变化，一、二次绕组匝数应不相同。

1.2.2工作原理

变压器工作原理如图2所示，在一次绕组线圈中加上交流电压u1，在铁芯中就会产生交变磁通Φ，在一次绕组线圈和二次绕组线圈中就能分别产生感应电动势e1、e2，当二次侧形成回路时，绕组线圈中就有感应电流。

图2变压器工作原理

1)根据电磁感应定律，电动势的瞬时方程式为：

e1=-N1(dΦ/dt) (1)

e2=-N2(dΦ/dt) (2)

e1/e2=-N1(dΦ/dt)/-N2(dΦ/dt)=N1/N2(3)

2)电压一次线圈和二次线圈的电阻很小，忽略不计时，则有：

U1=e1(4)

U2=e2(5)

U1/U2=e1/e2=N1/N2(6)

3)电流忽略各种电磁能量损失和消耗时，则变压器输入功率与输出功率相同，即P1=P2，则有：

U1I1=U2I2(7)

I1/I2=U2/U1=N2/N1(8)

因此，变压器电压较低侧的绕组匝数较少而通过的电流较大，就需要选用截面积较大的导线绕制；电压较高侧的绕组匝数较多而通过的电流较小，可以选择截面积较小的导线绕制。

2、变压器的运行

变压器稳定运行不出故障，是保证电力系统稳定运行的关键，因此对变压器的日常巡视检查工作尤为重要。运行人员在变压器巡视检查时应注意的事项包括以下几方面。

2.1变压器的日常巡视项目

1)检查变压器的负荷电流有功、无功。2)变压器上层油温度一般情况不允许超过85℃，并检查有无异声、异味。3)检查变压器油位指示及各部位的油位表是否正常。4)检查变压器本体、仪器仪表连接处、焊缝处等部位的连接螺丝是否松动，是否出现渗漏油现象。5)检查变压器连接处有无扭曲变形，连接螺栓是否松动脱落，导线是否破损锈蚀、发热，应在夜晚或熄灯环境下观察是否发红，在雨天观察是否有蒸气。6)检查变压器吸潮硅胶颜色是否正常，如果颜色已经发生较明显的改变，就应更换硅胶或将硅胶重新烘干再次使用，并检查油封杯的油位、油色是否符合要求。7)检查变压器的油泵能否正常运转，运转声音和振动是否满足要求，并检查散热片是否有污物、风扇能否正常运转、油流向指示是否正确。8)检查变压器的有载调压机构的电机箱体密封是否完好，加热器能否正常运转。9)检查变压器套管有无放电闪络、脏污、破损、裂纹，对套管接线柱定期进行温度测试。10)检查变压器中性点接地和外壳接地是否良好稳固，检查接地体有无锈蚀和断裂。11)检查主变基础有无下沉[5]。

2.2变压器的非日常巡视检查

出现下列情况之一时，应加大对变压器的巡查力度：1)变压器长时间超过额定电压、额定负荷或异常运行时；2)每次事故跳闸后；3)雷雨、台风前后；4)变压器经过检修、技术改造、试验或长期停用后重新投入系统运行时；5)用电高峰季节、保重要用户供电期间、重大节日期间等。

2.3定期运行维护项目

每三个月进行一次冷却器电源切换和风扇启动试验。

2.4变压器各项电气预防性试验

变压器预防性试验应按照《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)进行。

3、变压器的常见故障及检修

变压器的故障一般分为绕组故障、铁芯故障及其他附件故障。

3.1绕组故障

3.1.1绕组匝间短路及层间短路

当发生此故障时，通常油温会突然升高超过正常值，电源侧电流表的数值变大，变压器内部有异常声响，不再是平稳的“嗡嗡”声，油枕盖上有黑烟冒出，熔断器熔断、跌落保险脱落，瓦斯保护动作并发出报警信号。根据这些现象大致判断变压器内线圈可能绝缘老化受潮，或者变压器进水。造成这一现象的原因可推断为变压器运行时间过久、绝缘强度无法满足要求，或者变压器在生产制造的过程中绝缘受损，强度降低；变压器受到强电压和强电流的冲击后，温度过高会造成绕组匝间局部绝缘损坏。确认具体原因的方法：一般先去听变压器运行时的声音，然后观察仪表的指示值，最后将变压器停电后测量三相绕组的电阻值，对变压器做耐压试验[5]。

3.1.2相间短路、绕组对地(铁芯、夹件、油箱等)短路

当发生此故障时，与变压器相连接的同一线路的熔断器熔断、跌落保险的熔丝会熔断致使其脱落，瓦斯继电器会动作跳闸同时发出警报，与变压器油箱相连接的安全气道的玻璃膜片会破裂喷油，同时会发出巨大的爆破声响。如果是没有安装瓦斯保护装置和设置安全气道的变压器，其箱体就可能因变压油膨胀而变形甚至损坏。根据这些现象大致判断原因：1)变压器箱中的油因绝缘老化密封不良或其他原因进入了水分或者存在较多的游离物质，导致绝缘不符合要求而被击穿；2)异物进入箱体，各种情况下超额定电压运行造成绝缘被击穿或绕组短路。确认具体原因的方法：一般先观察变压器油的颜色以及变压器三相之间有无异物，然后测试变压器整体的绝缘和相间绝缘情况。

3.1.3引线或者绕组断线

当发生此故障时，变压器输出会出现三相电压(或电流)不平衡现象或严重的机械损伤，变压器会发出放电声响。根据这些现象大致判断原因：1)变压器线路连接点虚焊或运行过程中电压电流超过额定值使线路某些部位烧断；2)绕组间、相与相之间及相对地间发生故障使线路断开。确认具体原因的方法：一般先观察电压表和电流表等仪表的指示值，然后用仪器测试各绕组的通断情况。

3.2铁芯故障

变压器铁芯噪音、铁芯片间绝缘损坏、铁芯片间局部熔毁等是变压器铁芯的常见故障[6]。

3.2.1铁芯噪音

当发生此故障时，变压器有较大的异常声响，由平稳的“嗡嗡”声变为尖锐刺耳的声音且频率较高。根据这些现象大致判断原因：1)变压器铁芯夹紧件松动或铁芯安装不稳固，或铁芯片间有异物；2)变压器超过额定容量运行或变压器A、B、C三相电流(或电压)的幅值相差甚大。铁芯噪音的判断只能通过拆开变压器后逐一检查。

3.2.2铁芯片间局部损坏

当发生此故障时，变压器油温度升高且油色由清亮的菜黄色变为深黄色，变压器不带负荷时的损耗也变大，将变压器拆箱检查时可看见铁芯片上的绝缘漆膜部分脱落，部分硅钢片表面起泡、鼓包、变色，硅钢片变脆易坏。根据这些现象大致判断原因：1)短路或长期过载产生高温，导致芯片间绝缘老化；2)运行的过程中受到强烈的震动，致使芯片间产生移动而摩擦生热。判断铁芯片间局部是否损坏的办法是拆箱吊心查看或做铁损试验。

3.2.3铁芯片间局部熔毁

当发生此故障时，变压器回路熔丝会熔断，变压器油温度升高，变压器油由清亮的菜黄色变为黑色并出现沉淀物和异味，将变压器铁芯吊箱检查时可看见铁芯片上有熔化毁坏点。根据这些现象大致判断原因：1)变压器内部紧固铁芯的连接螺栓与铁芯片之间绝缘层老化或破损，使铁芯片与螺栓短路，造成铁芯片某些部位熔化毁损；2)铁芯片上可能有两处与大地连接形成通路，形成涡流，造成铁芯发热。一般情况下判断变压器铁芯片间局部是否熔毁只能采用拆开检查的方法。

4、变压器的调试

变压器的调试包括电气设备交接试验和预防性试验、变压器保护调试、送电调试。

4.1电气设备试验(以预防性试验为例)

电力变压器的预防性试验项目，应包括下列内容：油中溶解气体色谱分析；油中含气量分析；油中含水量分析；变压器绝缘油试验(SF6气体试验)；压力释放器校验；整体密封检查；变压器直流电阻测量(连同套管)；绕组所有分接的电压比检查；变压器的二相接线组别和单相变压器极性检查；非纯瓷套管试验；空载电流和空载损耗测量；短路阻抗和负载损耗测量；测温装置及其二次回路试验；气体继电器及其二次回路试验；局部放电测量；变压器铁芯及夹件的绝缘电阻测量；变压器有载调压切换装置的检查和试验；绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数测量(连同套管)；绕组的介质损耗因数(tanδ)与电容量测量(连同套管)；变压器绕组变形试验；绕组的交流耐压试验(连同套管)；绕组长时感应耐压试验带局部放电测量(连同套管)；相位检查；噪声测量等[7]。

变压器预防性试验应严格按照《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)进行，做变压器试验时先做油试验，待油试验符合要求后再做其他试验；先做非破坏性试验，满足要求后再做破坏性试验。

4.2变压器保护调试

变压器保护调试的主要内容如下：1)检查保护装置的外观是否有损坏，接线是否正确，各元件是否安装牢固；2)对保护装置整定值进行设置，包括保护的动作值、返回值、延时时间等参数，整定值的设置应综合考虑变压器的型号、容量、运行条件等实际因素；3)对保护装置的功能进行测试，包括启动、动作、返回等过程，测试过程中应模拟实际生产运行过程中可能出现的各种故障情况；4)对保护装置的动作特性进行分析，如动作时间、返回时间等，分析结果应满足电力系统的要求；5)对保护装置的信号输出进行检查，确保信号的准确性和可靠性；6)对保护装置的操作回路进行检查，确保操作回路的正常工作[8]。

4.3送电调试

变压器送电调试分为以下三个阶段。

4.3.1不带负荷调试

即变压器不带任何负载，所有负载侧断路器全部断开后变压器投入运行。试验人员需要将低压侧开关全部断开，高压侧开关全部合上，并用额定电压进行冲击合闸试验。试验过程中要求带电持续时间不得低于5 min，并经检查设备应无异常(750 kV及以上的变压器带电时间不低于10 min，之后每次带电时间可以逐渐减少，但不得低于5 min)，额定电压冲击合闸需要连续进行三至五次(大修变压器线圈全部换新后，不带负荷送电五次，线圈只换新了一部分只需要做三次不带负荷送电)，额定电压不带负荷送电每次需要间隔5 min，铁芯产生的涌流不能大于保护装置整定值，使保护动作。最后一次带额定电压运转后变压器需要不带负荷运行，其间调试人员要随时观察变压器的运行参数和运行状况[9-10]。

4.3.2半负荷调试

不带任何负载并且加额定电压运行一天后，确认设备正常后便可带上一半的负荷运行。

4.3.3全负荷调试运行

变压器带上一半的负荷通电运行符合设备正常运行指标后才能带上全部的负荷运行。变压器带上所有的负荷运行两天后，需要再次检查变压器的各项运行参数及指标是否符合要求。

带上所有的负荷运行没有任何异常运行指标以后，检修人员和运行人员办理相关工作交接，设备方可投入正式运行。

5、总结

变压器是电力系统中的重要元器件，其运行与故障的正确分析与检修调试，对整个企业顺利投产运行起到关键性作用，关系到整个电网的稳定和用户的利益，因此，检修人员及操作人员应当予以足够的重视，在变压器整个检修与调试过程中严格把控质量。通过此文的分析和探讨，希望能对变压器的实际运行与检修调试，起到一定的参考和借鉴作用。

参考文献:

[1]丁立新.汽车电工电子基础[M].北京:机械工业出版社,2016.

[2]冯凯,谢海良,赵璐.电机应用技术[M].北京:化学工业出版社,2015.

[3]李宏文,沈金波.电气防火检测技术与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4]粟安娄,龙飞.维修电工(中级)[M].北京:化学工业出版社,2009.

[5]常湧.电气设备系统及运行[M].北京:中国电力出版社,2009.

[6]尹和.变电运行技能培训习题集[M].北京:中国电力出版社,2011.

[7]中华人民共和国电力工业部.电力设备预防性试验规程:DL/T 596—1996[S].北京:中国电力出版社,1997.

[8]陈家斌.电气设备安装及调试[M].北京:中国水利水电出版社,2003.

[9]人力资源和社会保障部教材办公室.电机变压器设备安装与维护(教师用书)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2011.

[10]王立信.工程技术文件一本通[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

文章来源:缪雅云.浅谈电力变压器的运行检修及调试[J].南方农机,2024,55(20):154-157+181.