发电机变压器工作反常缺陷剖析

摘要：这是一个非常重要且专业的电力设备运维课题。下面我将对“发电机变压器（通常称为主变或发变组变压器）工作反常缺陷”进行系统性的剖析。

一、 核心观点

发电机变压器是发电厂与电网之间的关键枢纽设备，其工作状态直接关系到发电机组的出力和电网的安全稳定。任何“工作反常”都是内部或外部缺陷的早期征兆，必须遵循 “现象-分析-排查-定位-处理” 的逻辑链条，进行严谨、及时的诊断与处理。

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二、 常见工作反常现象及缺陷剖析

我们可以将反常现象归纳为以下几大类，并进行逐层剖析：

1. 温度异常升高

这是最常见的反常现象之一。

现象： 顶层油温、绕组温度（通过模拟计算得到）持续或急剧超过正常值或历史同期水平。

缺陷剖析：

冷却系统故障：

缺陷： 潜油泵停转、损坏；风扇电机故障；冷却器管路堵塞；控制回路失灵。

剖析： 散热能力下降，热量无法及时散出，导致油温和绕组温度上升。

过负荷运行：

缺陷： 发电机出力过大，超出变压器设计容量。

剖析： 铜损（负载损耗）和铁损（空载损耗）增大，产热超过散热能力。

内部过热缺陷：

缺陷： 分接开关接触不良、接触电阻过大；绕组导线接头焊接不良；铁芯多点接地形成环流。

剖析： 这些局部缺陷会产生巨大的局部过热，使油温异常升高，并可能伴随产生可燃性气体（如氢气H₂、乙烯C₂H₄、乙炔C₂H₂）。

油路不畅：

缺陷： 油道堵塞、油泵效率低下。

剖析： 影响内部油的循环，导致热点热量无法被带走。

2. 油位与油质异常

现象：

油位异常降低： 油标管指示低于正常范围。

油质恶化： 油色变深、发黑；化验结果显示介损超标、酸值升高、含水量超标。

缺陷剖析：

油位降低：

缺陷： 变压器本体或附件（如散热器、阀门）存在渗漏油点；温度骤降导致油位正常收缩。

剖析： 漏油不仅是资源损失，更会导致绝缘强度下降，并可能使绕组暴露在空气中，引发严重事故。

油质恶化：

缺陷： 绝缘油长期运行老化；内部存在局部放电或过热，加速油分解；密封不严，潮气侵入。

剖析： 油的绝缘性能和冷却性能下降，是变压器内部绝缘系统整体老化和存在潜伏性故障的重要标志。

3. 声音异常

现象： 运行声音比平时增大、不均匀，或有连续的“吱吱”、“噼啪”放电声。

缺陷剖析：

声音增大且沉重：

缺陷： 变压器过负荷；系统电压过高导致铁芯饱和。

剖析： 铁芯磁通密度增加，硅钢片磁致伸缩加剧，振动和噪声增大。

不均匀的“哔啵”声或“吱吱”声：

缺陷： 内部紧固件（如铁芯夹件、穿心螺杆）松动。

剖析： 在交变磁场作用下，松动部件振动，产生机械噪声。

清脆的“噼啪”放电声：

缺陷： 内部或套管表面存在局部放电；分接开关切换不到位产生电弧。

剖析： 这是非常危险的信号，表明绝缘已受损，可能迅速发展为击穿事故。

4. 气体继电器动作（轻瓦斯/重瓦斯）

这是变压器内部故障最直接的保护动作信号。

现象：

轻瓦斯动作（报警）： 继电器内积聚气体。

重瓦斯动作（跳闸）： 油流速度急剧冲击继电器挡板。

缺陷剖析：

轻瓦斯：

缺陷： 内部有缓慢产生的气体，如轻微过热、局部放电；空气侵入；油位下降。

剖析： 必须立即取气分析，根据气体成分和含量判断故障性质（详见“油色谱分析”）。

重瓦斯：

缺陷： 内部发生严重短路故障，如匝间短路、相间短路、对地短路。

剖析： 故障瞬间产生大量气体和电弧，导致变压器内部压力剧增，油流涌向储油柜。这是变压器内部已严重损坏的标志。

5. 套管及外绝缘异常

现象： 套管表面脏污、裂纹、放电；接线端子过热变色。

缺陷剖析：

表面放电：

缺陷： 瓷套或复合绝缘子表面污秽，在潮湿环境下发生闪络。

剖析： 绝缘强度下降，泄漏电流增大，可能发展为沿面闪络事故。

端子过热：

缺陷： 连接螺栓松动、接触面氧化导致接触电阻过大。

剖析： 长期过热会烧毁接线端子，甚至引发火灾。

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三、 系统性诊断方法与流程

当出现反常现象时，应遵循以下流程进行诊断：

初步判断与记录： 详细记录所有异常现象（声音、温度、油位、报警信号等）及其发生时间、工况。

外部检查： 检查有无渗漏油、部件松动、套管破损、接头变色、冷却系统运行状态。

电气试验分析：

绕组直流电阻测试： 判断绕组导线连接、分接开关接触是否良好。

绝缘电阻和吸收比测试： 评估整体绝缘受潮和老化情况。

变压器变比测试： 检查匝数是否正确，有无匝间短路。

油化分析（核心诊断手段）：

油色谱分析（DGA）： 这是诊断内部潜伏性故障的最有效方法。

特征气体： H₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, CO, CO₂。

故障判断：

C₂H₂（乙炔）是标志性气体： 表示内部存在电弧放电。

C₂H₄（乙烯）含量高： 表示存在高温过热（通常>700℃）。

H₂（氢气）和CH₄（甲烷）高： 可能与局部放电或低温过热有关。

CO、CO₂显著增加： 表示固体绝缘材料（纸板、木材）过热或老化。

油简化试验： 检测油的击穿电压、含水量、酸值，判断油质本身是否合格。

综合诊断与决策： 综合所有现象和试验数据，运用“三对比”（与历史数据、规程标准、同类设备对比）方法，准确判断缺陷的性质、部位和严重程度，决定是否需要立即停运检修。

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四、 总结与预防措施

发电机变压器的反常缺陷剖析是一个系统工程，需要理论与实践紧密结合。

根本性预防措施包括：

强化日常巡检与监控： 利用红外测温、在线监测装置（如油色谱在线监测、局部放电在线监测）等手段，实现状态检修。

严格执行预防性试验规程： 定期进行各项电气和油化试验，建立设备健康档案。

提高检修质量： 确保检修工艺，特别是吊罩大修后的密封、真空注油等关键工序。

规范运行操作： 避免突然的大负荷冲击，严格执行倒闸操作规程。

结论： 对发电机变压器的工作反常，必须秉持“小题大做”的严谨态度。任何微小的异常都可能是重大事故的前兆。通过科学的分析方法，及时准确地定位缺陷，并采取果断措施，是保障发电机组和电网安全、稳定、经济运行的生命线。

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