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煤炭开采供电系统中干式变压器的维护技术探析

2020-06-10 175 上传者：管理员

摘要：煤炭一直是我国重要的自然资源，煤炭开采属于井下作业，供电系统对煤炭开采起着重要作用，其中移动变电站的作用极为突出。变压器作为变电站的重要组成部分，在煤炭开采供电系统中的应用越来越广泛，同时也对其工作的安全性、可靠性提出了更高的要求。干式变压器凭借着运行成本低、防爆、环保等优势，获得了煤矿企业的青睐，其安全稳定运行是煤矿开采工作的有序进行的重要保障，否则会导致开采工作停滞甚至酿成安全事故，给煤炭企业产生不可估量的经济损失。因此本文研究干式变压器的故障分析及维护技术具有重要的意义。

关键词：
供电系统
变电站
干式变压器
煤炭开采
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1、干式变压器工作原理及优势

矿用干式变压器作为煤矿开采供电系统中的重要组成部分，主要由变压器箱壳、铁芯、绕组线圈、绝缘体、附件等元件组成，主要运用电磁感应原理实现输入输出电压的改变。具体工作过程如下：干式变压器内部通常包含两组线圈，即一次线圈和二次线圈，其布置关系为一次线圈包裹二次线圈，当变压器的一次线圈输入交流电压时，线圈中的铁芯周围就会产生交变磁场，变压器的二次线圈输出端就会产生磁感应电动势，实现输入输出电压的变换，变压比为一次线圈与二次线圈的匝数比。

近年来矿用干式变压器在煤矿开采供电系统中的应用表现出了较多的优势：第一是干式变压器所连接的变电站结构较为简单，没有特殊的消防设施，而且不需要开设地下油槽，节省安装费用，维修过程较为方便；第二是干式变压器内部不需要绝缘油，使用过程中避免了漏油问题的出现，环境污染小，同时极大的降低了变压器使用过程中的爆炸和火灾风险；第三是干式变压器应用过程中的供电成本不高，输电过程电损较小，使用过程中的噪声较低；第四是干式变压器对于电气设备的接入适应性较强，运行稳定可靠。

2、干式变压器常见故障分析

2.1 绕组故障

绕组作为干式变压器的核心组成部件，是实现变压器高电压和低电压之间传输和变换的关键。干式变压器绕组的故障形式通常包括绕组短路、绕组断路、绕组变形、绕组松动等，故障的产生多是绕组自身结构及绝缘等设计不当造成的。在诸多干式变压器的绕组故障中，绕组短路的故障发生几率较高，绕组短路故障不仅使变压器不能正常工作，还会威胁变压器内部其它元器件的安全运行，因此需要引起电力部门的重视。变压器绕组短路故障时会伴随有异常现象出现，如变压器工作时存在局部过热或者局部放电等现象，为了避免变压器绕组发生烧断故障，必须及时发现，及早处理。对于变压器工作过程中的绕组变形、松动、绝缘失效等故障，一般从变压器表面无法识别，但是会降低变压器抵抗短路电流的能力，继续使用会产生绕组松散，使内部的电场强度分布不均匀，使变压器内部导线局部高温，烧毁绝缘橡胶出现绕组短路。

2.2 铁芯故障

变压器铁芯与变压器绕组配合完成变压器高低压的传输与变换，其质量对于变压器正常工作极为重要。变压器铁芯故障形式包括铁芯多点接地、铁芯片间短路、铁芯接地不良等。上述诸多的故障中铁芯多点接地故障较为常见，故障发生时铁芯会伴随产生较多的热量，铁芯局部产生高温，将会加速变压器绝缘物质的老化，进而加剧铁芯产生更多的热量，严重的会使变压器铁芯出现接地并烧断引线的故障。铁芯片间短路和铁芯接地不良等故障出现时同样会使铁芯产生过多的热量，导致局部过热，增加铁芯片层之间绝缘物质的老化，如果不能及时进行处置，将会进入恶性循环状态，使故障不断蔓延。

2.3 附件故障

(1）分接开关故障。有载分接开关在干式变压器中的应用较为频繁，同时，其内部组成机构极为复杂，故障多发位置在其触头部位，其对于变压器的正常运行具有重要的影响。分接开关切换过程会使触头表面较易被氧化腐蚀，产生一定厚度的氧化膜，导致触头接触不良，多次使用也会降低分接开关内部弹簧的弹性，导致分接开关失效。

(2）引线故障。变压器绕组通过引线与外部电路相连，引线与绕组的连接通常采用焊接形式，因此对于引线的焊接质量要求较高。常见的引线故障包括引线短路、接触不良、断路等，其中引线断路会使变压器无法输入交流电源，不能正常工作；引线的对地短路故障将会使其产生较多的热量，导致引线的烧毁；引线相间短路极有可能导致变压器绕组之间的短路，引起整个变压器的故障。

(3）套管故障。套管作为变压器的重要组成部分，长时间使用过程中受电场影响、环境的侵蚀，主要起着保护引线的作用。套管故障形式包括套管位移、局部放电、套管爆炸等，其中一旦套管发生爆炸故障，将会使损毁整个变压器内部结构，整个变压器不能正常工作；套管位移或者开焊，极有可能使变压器进水，引起变压器绕组短路，甚至变压器烧毁故障。

3、干式变压器的故障演变过程

变压器过载运行时间较长时，将会导致变压器内部产生较多的热量，使变压器整体温度不断升高，加速变压器绝缘材料的老化，导电性能增强，使变压器内部出现短路；变压器处于过电压状态工作时，会引起导体尖端毛刺位置放电，使绝缘体表面碳化，绝缘性能降低最后击穿，导致变压器内部短路；变压器铁芯松动将会增大铁芯的电能损失，导致铁芯温度升高，加速绝缘材料的老化，出现局部放电击穿绝缘层，出现变压器短路故障；导线连接松动会增大接触位置的电阻值，增加导线的发热量，加速接触面的氧化速度，也会导致绝缘体变质甚至烧毁，使变压器出现短路。

图1 绝缘体阻值和温度的关系曲线

变压器产生故障时均会引起内部温升，加速内部绝缘材料的老化，因此绝缘阻值变化是变压器短路故障发生的重要原因。绝缘材料的性质决定着绝缘阻值，在实际应用中，绝缘阻值随温度的升高而升高，但是当温度过高时会引起材料的破坏，绝缘体材料的绝缘阻值与温度的关系曲线如图1所示。

4、干式变压器的维护要求

变压器的维护对于变压器的正常运行至关重要，也是延长变压器使用寿命的重要措施，应该引起各部门的重视。变压器日常维护工作要求如下：第一是检查变压器的接地状态，地线是否存在腐蚀现象；第二是清扫变压器接线位置的灰尘，确认消防设施、通风系统、冷却系统、温控系统等是否完好；第三是采用2 500 V摇表检测绝缘电阻，所得电阻值与变压器出厂检测值进行比较，不应低于后者数值的70%；第四是防止变压器过载运行，要求用电负荷保持在变压器额定容量的75%～90%左右；第五是检测变压器的温度，对比变压器周围工作环境温度，确定其温度升高值，确保符合规定要求。

5、结语

干式变压器作为煤矿供电系统中不可或缺的电器元件，其工作的安全性和可靠性对其煤矿企业的正常生产极为重要。本文以矿用干式变压器为研究对象，介绍了干式变压器的工作原理及其优势，对其使用过程中的常见故障进行了分析，给出了故障的演变过程，指出了干式变压器日常维护的技术要求，以期更好的指导干式变压器的故障分析与维护，提高我国煤矿产业供电系统的可靠性。

林海芳.关于变电站中变压器常见故障分析及维护保养[J].矿业装备,2020(03):200-201.