电力变压器常见故障分析与检修

变压器故障的种类多种多样，变压器投运时间各异，所经历的过电压、过电流以及维护使用情况都不尽相同，故障发生的趋势亦不同。由故障到损坏，常会有一个渐变的过程，只有充分了解变压器的实际运行状态，综合应用各种在线及历史数据，并运用各种诊断技术，才能及时发现故障隐患，提高检测和诊断故障的准确性。

一、电力变压器故障的检查方法

1．看。通过观察故障发生时的颜色、温度、气味等异常现象，由外向内认真检查变压器的每一处。 (1)渗漏油。变压器运行中渗漏油现象比较普遍，其外面闪闪发光或黏着黑色的液体就可能是漏油。小型变压器装在配电柜中，因为漏出的油流入配电柜下部的坑内，所以不易及时发现。渗漏主要原因是油箱与零部件联接处密封不良、焊件或铸件存在缺陷、运行中额外荷重或受到振动等。此外，内部故障也会使油温升高，油的体积膨胀，发生漏油。

(2)体表。变压器故障时都伴随着体表的变化。防爆膜龟裂、破损。当呼吸口不灵，不能正常呼吸时，会使内部压力升高引起防爆膜破损；当气体继电器、压力继电器、差动继电器等动作时，可推测是内部故障引起的。

(3)因温度、湿度、紫外线或周围的空气中所含酸、盐等，会引起箱体表面漆膜龟裂、起泡、剥离。因大气过电压、内部过电压等，会引起瓷件、瓷套管表面龟裂，并有放电痕迹。瓷套管端子的紧固部分松动，表面接触面过热氧化，会引起变色。由于变压器漏磁的断磁能力不好及磁场分布不均，产生涡流，也会使油箱的局部过热引起油漆变色。吸湿计变色是吸潮过度、垫圈损坏、进入其油室的水量太多等原因造成的。通常用的吸湿剂是活性氧化铅（矾土）、硅胶等，并呈蓝色。当吸湿剂从蓝色变为粉红色时，应作再生处理。

2．听。正常运行时，由于交流电通过变压器绕组，在铁芯里产生周期性的交变磁通，引起电工钢片的磁致伸缩，铁心的接缝与叠层之间的磁力作用及绕组的导线之间的电磁力作用引起振动，发出均匀的“嗡嗡”响声。如果产生不均匀响声或其他响声，都属不正常现象。不同的声响预示着不同的故障现象。 (1)若声响比平常响声增大且尖锐，一种可能是电网发生过电压，例如中性点不接地、电网有单相接地或铁磁共振时，会使变压器过励磁；另一种可能是变压器过负荷，如大动力设备（大型电动机、电弧炉等）负载变化较大，因谐波作用，变压器内会发出低沉的如重载飞机的“嗡嗡”声。此时，再参考电压与电流表的指示，即可判断故障的性质。然后，根据具体情况，改变电网的运行方式与减少变压器的负荷，或停止变压器的运行等。

(2）若变压器发出较大的“啾啾”响声，并造成高压熔丝熔断，则是分接开关不到位；若产生轻微的“吱吱”火花放电声，则是分接开关接触不良。出现该故障时，当变压器投入运行后一旦负荷加大，就有可能烧坏分接开关的触头。遇到这种情况，要及时停电修理。

(3)变压器发出“叮叮当当”的敲击声或“呼呼”的吹风声以及“吱啦吱啦”的像磁铁吸动小垫片的响声，声响较大而噪杂时，可能是变压器铁心有问题。例如，夹件或压紧铁心的螺钉松动，铁心上遗留有螺帽零

件或变压器中掉入小金属物件。出现该故障时，仪表的指示一般正常；绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化，这类情况不影响变压器的正常运行，可等到停电时处理。

(4)声响中夹有放电的“嘶嘶”或“哧哧”的响声，晚上可以看到火花时，可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果是套管的问题，在气候恶劣或夜间时，还可见到电晕辉光或蓝色、紫色的小火花，此时，应清除套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。如果是器身的问题，把耳朵贴近变压器油箱，则会听到变压器内部由于有局部放电或电接触不良而发出的“吱吱”声或“噼啪”声，若站在变压器跟前就可听到“噼啪”声音，有可能接地不良或未接地的金属部分静电放电。此时，要停止变压器运行，检查铁心接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。

(5)变压器发出“咕嘟咕嘟”的开水沸腾声，可能是变压器绕组发生层间或匝间短路而烧坏，使其附近的零件严重发热。分接开关的接触不良而局部点有严重过热，必会出现这种声音。此时，应立即停止变压器的运行，进行检修。

(6)当声响中夹有爆裂声，既大又不均匀时，可能是变压器本身绝缘有击穿现象。导电引线通过空气对变压器外壳的放电声；如果听到通过液体沉闷的“噼啪”声，则是导体通过变压器油面对外壳的放电声。如属绝缘距离不够，则应停电吊心检查，加强绝缘或增设绝缘隔板。声响中夹有连续的、有规律的撞击或摩擦声时，可能是变压器的某些部件因铁心振动而造成机械接触。如果发生在油箱外壁上的油管或电线处，可用增加其间距离或增强固定来解决。

3.测。依据声音、颜色及其他现象对变压器事故的判断，只能作为现场的初步判断，因为变压器的内部故障不仅是单一方面的直观反映，它涉及诸多因素，有时甚至出现假象。因此必须进行测量并作综合分析，才能准确可靠地找出故障原因及判明事故性质，提出较完备合理的处理办法。

(1)绝缘电阻的测量。测量绝缘电阻是判断绕组绝缘状况的比较简单而有效的方法。测量绝缘电阻通常采用绝缘电阻表，3kV以上的高压变压器一般采用2500V的绝缘电阻表。

测量项目：测量绕组的绝缘电阻应测量高压绕组对低压绕组及地、低压绕组对高压绕组及地、高压绕组对低压绕组等三个项目。这里的“地”并不是指真正的大地，而是指变压器金属外壳。

绝缘电阻合格值：绝缘电阻与变压器的容量、电压等级有关，与绝缘受潮情况等多种因素有关。所测结果通常不低于前次测量数值的70％即认为合格。根据《GB6451油浸式电力变压器技术参数和要求》列出电力变压器绝缘电阻参考值及温度换算系数，如表1、表2所示。 表1 油浸式电力变压器绝缘电阻参考值 MΩ

线圈电压 测量温度 ℃

等级kV 10 20 30 40 50 60 70 80

0.4

220 130 65 35 18

3-10

450 300 200 130 90 60 40 25

20-35 600 400 270 180 120 80 50 35

60-220 1200 800 540 360 240 160 100 70

表2 油浸式电力变压器绝缘电阻的温度换算系数

温度差 ℃ 5 系数 K

式为： Rθ2＝Rθl/ K

式中Rθ2、Rθ1－温度θ2、θ1时的绝缘电阻值，Ω

例1 某lOkV配电变压器高压侧对地的绝缘电阻值，出厂试验时为50MΩ (75℃时），今在25℃时测得其绝缘电阻值为55MΩ。问其绝缘电阻是否符合要求？

温差为75-25＝50℃，由表2查得K=7.5，则所测绝缘电阻换算到75℃时为R75＝R25/K＝55/7.5＝7.33MΩ，小于50×70% = 35MΩ，说明该配电变压器绝缘电阻指标不符

(2)吸收比的测量。通过测量吸收比可以进一步检查变压器绕组的绝缘良好程度，尤其是绝缘材料的受潮程度。吸收比的测量要用秒表计时间，当绝缘电阻表摇到额定转速（120r/min）时，将绝缘电阻表接入（可用开关控制）并开始计时，15s时读取一数值R15，继续摇至60s时读取另一数值R60。R60/R15就是测量的吸收比。吸收比的标准是R60/R15≥1.3，说明变压器没有受潮，绝缘良好；若R60/R15≤1.2，说明变压器有受潮现象，绝缘有缺陷，需要进一步检查。

(3)直流电阻的测量。变压器绕组是发生故障较多的部件之一，当变压器在遭受短路冲击后，往往可能造成绕组扭曲变形，而累积效应会使变形进一步发展；另外由于绕组绝缘损坏，会造成匝间短路甚至是相间短路。变压器绕组可看作是由电阻、电感、电容组成无源线性网络，其故障必然导致绕组上相部分的分布参数发生变化。绕组发生故障时，由于整体或局部的拉伸和压缩造成匝间距离改变时，突出反映的是绕组的感性变化，当轻微匝间短路时电阻也会有变化，测量时，应分别测量变压器高、低压绕组的直流电阻。对于三相电力变压器，由于压绕组上装有分接开关，因而要测量分接开关处于不同挡位时的高压绕组电阻值。为便于分析比较，所测数值应别计算三相电阻的误差△R。计算方法如下： ΔR＝〔（Rmax-Rmin)/Ra〕100% 式中Rmax —最大一相电阻值，Ω Rmin—最小一相电阻值，Ω

Ra—三相线电阻或相电阻平均值，Ω

根据电力变压器制造厂的有关规定：630kV·A以上的变压器，各相绕组的直流电阻相互间的差别（无中性线引出时为线间差别）不应大于三相平均值的2%；与出厂或交接时所测量的结果比较，相对变化不应大于2%。630kV·A及以下的变间差别不大于三相平均值的2%。

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

1.2 1.5 1.8 2.3 2.8 3.4 4.1 5.1 6.2 7.5 9.2 11.2

当油浸式电力变压器测量温度与产品出厂试验温度不相符时，可按表2换算到同温度时数值进行比较，公

变压器出厂试验数据中的直流电阻值，一般都是换算成75℃时数值，实测数值如果要与出厂数据比较，则必须换算成75℃的数值。换算关系为： R75＝KRθ

式中R75—换算到75℃时的电阻值，Ω K—换算系数，K=(α＋75)/(α＋θ) α－温度换算系数，铝线为225，铜线为235 Rθ－测量时绕组温度为θ(℃）时的电阻值，Ω

影响三相电阻不平衡的因素是多方面的，特别是容量较大的变压器。低压绕组截面较大，匝数又少，三相绕组中心点的接稍有不良，即能造成三相不平衡。或者由于分接开关接触不良，个别分接开关电阻偏大，内部不清洁、电镀脱落、弹簧压力不够等也会造成三相电阻不平衡。此外，由于变压器绕组使用导线质量不同，线规有差异、某相绕组部分线匝短路（匝间短路）、三角形接线一相断线也是造成三相不平衡的重要原因。

二、变压器温升过高的故障排除

变压器在运行中是有损耗的，损耗包括铁心的磁滞及涡流损耗、绕组的电阻损耗。这些损耗所产生的热量，一方面通过变压器油、散热管、外壳等的传导、辐射、对流方式传到周围环境中去，另一方面使变压器温度升高。经过一定的时间（小型变压器约为10h，大型变压器约为24h)，变压器即达到稳定的温升。如果温升过高，或者温升速度过快，或与同种产品相比温升明显偏高，就应视为故障表现。温升过高是造成变压器寿命降低的重要原因，也是变压器故障的主要表现。表3-表10列出引起过热的原因及排除方法。 表3 铁心局部短路引起过热故障原因及排除方法

故障现象 故障原因

排除方法

拨正紧固螺栓，加上绝缘

备注

紧固螺栓拧偏斜，使铁心局部短路过热

运行中的变

套及

在处理该方面的故障

绝缘垫后，再拧紧螺母 时，如因铁心因局部

短路过热，使铁心本

穿心螺杆绝缘破裂或过热碳化，引起铁心局更换破裂或碳化的穿心身产生缺陷时，应采部短路和过热

螺杆绝缘

取修复措施；如为部

铁质夹件夹紧位置不当，碰到铁心，造成铁松开铁夹件且调整位置分铁心叠片表面漆膜心局部短路和过热 后再拧紧螺母 或氧化膜脱落，则应器身组装及变压器总装中，由于不细心，将

清除落入铁芯中的焊渣将该部分叠片抽出，焊渣、电焊条头或其他金属异物落在铁心上，压器过热，尤其 涂上一层薄薄的硅钢及金属异物 使铁心局部短路 片绝缘漆，经烘干处

是局部铁心过穿心螺杆座套过长，座套与铁心碰撞，造成将穿芯螺杆座套卸下锯理后再插好 热，气体继电器铁心局部短路

去一段，再装配好

动作。经色谱分安装接地铜片时，铜片下料过长，联接后铜将接地铜片取出，剪去多

析，特征气体是片又触及另一部分铁心叠片，形成两点或多余长 CH4、H2、C2H4及点接地和短路，使铁心局部过热 C2H6，并且超标

度后，再插入叠片中固定牢

表4 电力变压器铁心接地不良引起过热故障原因及排除方法

故障现象

故障原因 铁心叠片未紧固，有

有清脆的响声从内松散现象 部传出来；测绕组

把夹件夹紧使铁心紧密

出现该故障时，铁

排除方法

备注

松开夹件理顺松散处叠片，再

心局部过热，有特

铁心叠片和接地铜片未夹紧，

的介质损耗角正切铁芯叠片和接地铜片征气体出现且变压值偏大；气体继电未夹紧 器动作

低压引线对外壳放电或对铁轭放电

表5 铁轭螺杆接地过热故障原因及排除方法

故障现象 故障原因 铁轭绝缘操作或移位，螺杆排除方法 备注 可重新紧固

器内部有间歇放电现象

加绝缘套及绝缘管使绝缘良好

处理这类故障时要注意一点，就是用新的铁轭绝缘垫换上 变压器内部将产生与轭部硅钢片碰在一起 螺杆绝缘套长度（在铁轭孔内部特征气体、气体继电器动作，如摇测对地绝缘电阻时，电阻值较低，变压器出现局部过热等现象 螺杆外绝缘套管破碎，螺杆与硅钢片相碰 分）不要高于铁轭高度，而应比铁轭高度短3-5mm，这样拧紧螺母后，不会因绝缘套过长而挤裂、挤碎，同规格的绝缘管 造成螺杆接地；铁轭绝缘垫要放正，紧固压力要均匀，如用力过猛、压力过大，也会把铁轭绝缘挤破而部分脱落

表6 电源电压高引起铁心发热故障原因及排除方法 故障现象 查看高压开关柜上电

故障原因

其原因属电源线路电压

排除方法

备注

调节变压器分接开关（一般调节5%左运行人员测量铁损

偏高，变压器在高电压下 发现铁损耗较大， 右），将分接开关由原额定挡位调到最耗，压表、电流表，发现

运行，铁心磁通高度饱

运行电压过高，超过

和，使铁心过热显著，波

高挡。

说明铁耗使铁心发热

因分接调到105％挡，即此时绕组匝数增

异常 绕组和箱体过热 额定电压7%，运行的及到油、加5%，一次绕组电阻也相应增加5%，而

变压器箱体过热 变压器一次绕组通过的电流减少5%，结果变压器铜耗下降，使铁损耗也下降

表7 引线部分过热故障原因及排除方法 故障现象

故障原因

排除方法

备注

在变压器故障中占的比例较大的是

焊接不良、假焊、焊接面不够 重新焊接

由于运输晃动或安装时器身不着

重新进行联接 三相直流电阻不平衡大 引线故障。它所造成的后果除使变箱底（器身摇铃）

压

大超过4%，或某相根本

器不能运行外，严重的还可能危及

不通。引线与套管下部联接不良、引线与软铜片焊接不良或引线之间焊接不良而造成过热或开焊

的用电设备，引起极不良的后果，因而在检修和制造时应注意

由于较大时间过载引起引线松动；

低压引线故障的机会较大；尤以变使焊接面、引压器中点开焊，造成三相电压不平线截面加大 衡而烧毁用户电器设备为甚

用

户，造成三相电压不平衡而烧毁用户

表8 分接开关故障引起过热故障原因及排除方法 故障现象 分接开关接

故障原因

排除方法

备注

测量不同分接头直流电

结构与安装上存在缺陷，如吊心检查，如开关触头仅发生过热（接触

阻。如果完全不通，是

触不良、触头 弹簧压力不够、接触不可不良或轻微弧迹），可拆下检修后复用；

开关完全损坏；某分接

靠，使引线与开关紧固不如烧伤严重或触头之间或对地放电，应更

烧损、触头之 头直流电阻不平衡，是

良；运行维护不良，开关触换新开关；当触头之间或对地放电，一般

触头个别烧毁。由于过

头结垢，进水受潮；操作不可能引起高压线圈调压段线匝变形，严重

间短路或对地

热或电弧，绝缘油焦糊当，开关没有置于正确位置的应检修线圈或重新绕制线圈

放电

气味较重

表9 线圈引起过热故障原因及排除方法 故障现象

故障原因

排除方法

备注

通常发生线圈故障多

吊心检查，确定故障出现储油柜喷油、箱情况和检修方法。如体胀鼓、油味焦臭，

变压器线圈故障大部分 由于制造和检修质量不良所造成的。在制 发生在高压侧，有匝间短

果只一相损坏可配

造和检修上绕线不均有罗匝现象；层间

包。如故障严重，铜 路、层间短路或线圈对地 可测量绝缘电阻和直

绝缘不足或破损线圈干操不彻底、线圈

放电，还可能是由于变压主绝缘不足、变压器结构强度不足等； 运行维护不当，变压器进水受潮，油质器发生外短路，使线圈受

劣化，绝缘下降，造成线圈故障；配电

流电阻，若绝缘电阻

珠喷洒在各线圈中，

跑“零”，直流电阻

应考虑全部线圈再

增大并不稳定等，表

变压器此类故障多发生在C相高压线圈，

短路电流冲击，线圈变生。对于储油柜及密

示线圈出现故障

其位置正好处于储油柜连管下部，进水

形，也可能受雷击过压而

受潮首当其冲，原因是有些储油柜连管封不严之处，进行技

击穿。线圈一旦出现故

未伸进筒内25mm上（水与沉积物进入变

障，绝大多数发生严重变

术改进

压器），或者呼吸孔直冲连管，吸潮器

形、绝缘烧损、线匝断裂

年久失修所造成

表10 铁芯叠片周连毛刺大，缝隙不均造成铁心过热故障原因及排除方法 故障现象

故障原因

排除方法

备注

穿心螺杆上螺母松动，轭 铁和边柱上下端部叠片有外张里凹现象，对接处缝隙不均。叠片毛刺大，将造成铁片叠片局部短路，

变压器在运行 由此产生的涡流使铁心局

部过热

中有较大响声，铁心过热，测铁损耗时发

叠放片前先校正好叠装台及定位装置，叠片时

拆下穿心螺杆及夹件，取出一、二次绕组，对铁心进行全面检查，发现叠片毛刺较大，用千分尺测量几十片叠片周边，毛刺最小处为0.O8mm，最大处达0.12mm，肉眼看得明显；

手摸时划指皮，毛刺明显超标；将叠片经去这两例均属操作不当毛刺机打去边缘毛刺后涂漆烘干处理

造成。毛刺大是由于剪切时，刀刃不锋利或上下刀刃间间隙过大；铁心叠装时，一是定位装

置未调整好，四角不垂

轭片和边柱、叠压时心柱 现铁损耗过大 直，放片不仔细，造成

两人操作，一人站一边，边放片边查看叠片

搭接和错位现象

间缝隙大小不均，个别处两端缝隙，要求缝隙均匀；叠片放好后，穿

还出现搭接，接缝处产生入穿心螺杆时一定要套入绝缘套管和垫上绝涡流，促使铁心过热

缘垫，拧螺母用力不可过猛，边拧边用专用工具检测其水平及垂直方向尺寸，经调整无误，最后再拧紧螺母

三、变压器输出电压异常的故障排除

在正常情况下，变压器输出电压应维持在一定范围内，偏低或偏高属异常现象。查找这种故障，首先从电源电压入手，电源电压偏低或偏高，使输出电压必然偏低或偏高。对这种情况，只要测量电源电压即可。如果电源为高压，可通过电压互感器进行测量比较。此外，以下原因均可使变压器输出电压异常。 1．分接开关挡位不正确。对于高压电力变压器，分接开关是用来调压的。10kV配电变压器分接开关有3挡，各挡的电压比见表11，如果电源电压低而分接开关置于1挡，则输出电压必然低，反之则输出电压偏高。

表11 10kV变压器分接开关挡位对应的电压比

挡位 I II Ⅲ

2.绕组匝间短路。变压器高压或低压绕组发生匝间短路，实际上改变了高低压绕组的匝数比，即改变了电压比。若高压绕组发生匝间短路，一次侧匝数N1减少，变压器变比减少，输出电压升高。若低压绕组发生匝间短路，二次侧匝数N2减少，变压器电压比增加，输出电压降低。匝间短路故障可通过测量绕组直流电阻或变压比进一步查找。

3．三相负载不对称。配电变压器如果供给照明、电焊机类单相负载较多，这些负载不是三相对称的，则三相电流不对称，从而引起变压器内三相阻抗压降不等，使三相输出电压不平衡。三相负载不对称，最严重的情况是只有一相带有额定负载，其余两相空载。这时，带有负载的相电压明显降低，空载的另外两相电压明显升高，严重时，相电压可升高1.73倍。正是这种情况，经常见到当某相电焊机工作时，其他两相上的灯泡明显变亮，甚至烧毁，而有电焊机工作的那一相，灯泡明显变暗，其原因就在这里。为了限制负载的不对称程度，有关规程规定，变压器零线上的电流不得超过相线额定电流的25%。

4.高压侧一相缺电。高压侧一相缺电，将引起低压侧输出电压严重不平衡，假设W相断电，这时IW＝0，U、V两绕组流过的是同一电流IU＝-IV，铁心中的磁通将发生变化。W相绕组串联的磁通量为ΦU-ΦV，由于ΦU、ΦV经过的磁路不同，其值也不会完全相等，就使得低压侧W相电压不为0。同样，也可以分析低压侧的电压变化。由于各种变压器的铁心结构，绕组形式不同，所以高压侧缺一相电，低压侧的电压分将呈现不同的情况。表12列出了某10kV，lOkV配电变压器高压侧各相分别断相后，低压侧电压的分布情况，可供查找故障时参考。

变压器二次侧的电势随一次侧电势变化，所以在一次侧W相断后，二次侧的电压分别降到正常值的0.866倍。在事故时，凡是接在U、V相的单相负荷运行电压降14%左右。因此，对变压器在运行时无论是一次侧还是二次侧一相断开，都必须引起高度重视。

表12 某配电变压器高压侧缺相时低压侧各相电压分布

低压侧电压v UUV

UVW

UWU

UUN 10

UVN 200

UWN 225 190 240 200

390 400 390

220 227 190 225 155 260

高压 kV 10.5 10.0 9.5

400 低压 V

类别 正常值

U相断电 205 390 190 v相断电 320 420 390 W相断电 390 420 280

除上述原因外，由于铁心和绕组存在某些缺陷，如漏磁阻抗时，电压降低很多，也可导致变压器输出电压异常。