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深圳供电局有限公司 518000
摘要：文章分析了变压器在运行过程中异常发热的原因，避免因过热产生安全隐患，提高运行可靠性。
关键词：变压器；发热异常；缺陷；
变压器是电力系统的重要设备之一，其运行稳定关乎到整个国民经济的发展。变压器运行时铁芯通过涡流损耗和磁滞损耗产生铁耗，载流导体通过其自身电阻产生铜损，铁耗和铜损即为变压器运行时产生的热量。在产生热量的同时，变压器又通过传导和辐射等方式消耗热量。正常状态变压器的发热与散热时时平衡，温度趋于稳定。但变压器本身部件的异常及缺陷会影响上述热平衡关系，使变压器的温度发生变化。
1.载流导体
变压器运行时，载流导体在传输能量的同时产生铜损。变压器的T型等效电路如图1所示。
图1 变压器T型等效电路
通过对图1分析的可知，正常运行时变压器的铜损为：
当载流导体有异常及缺陷时，铜损会增加，引起变压器发热。同时，载流导体的发热可能会产生其他促进变压器的温升的异常及缺陷。
1.1 匝间短路
匝间短路是指同一线圈相邻几匝由于绝缘损坏（纵绝缘损坏），使匝数减少，同时形成一个独立于线圈的闭合环路。匝间短路的情况如图2 所示。
图2 匝间短路
发生匝间短路时，短路的闭合环路包围了铁芯内的主磁通。仅作定性分析时，可以把变压器一次所接系统视为理想电压源。由于一次电压U1短路前后没有变化，所以一次绕组感应电动势E1及主磁通фm未变。фm在闭合环路上的感应电动势为E′=-n×dфm/dt（n为短路匝数），由于短路环路的电阻很小，所以感应电动势产生的电流很大，使短路匝附近溫度升高。局部的高温又会导致油的劣化加快、铁芯绝缘和接地遭到破坏等新的情况，这些情况会进一步促进变压器的温升。
1.2 绕组变形
变压器的绕组变形是指绕组在电动力和机械力的作用下，绕组的形状尺寸发生的不可逆的变化。它包括轴向和纵向的变化，轴向变化对主绝缘造成损坏，纵向变化对纵绝缘造成损坏，这些损坏会导致局部放电，产生热量，同时会造成匝间短路等新的情况，这些情况会进一步促进变压器的温升。
1.3 套管内引线与内壁靠接
当套管内裸露引线和套管相靠接时，就会形成一个闭合环路，如图3所示。
图3 套管内引线与内壁靠接
当引线流过电流I时，其周围产生磁场，交变的磁场会在闭合环路中感应电动势E=-dф/dt，由于I很大，所以ф、E很大，且环路电阻较小，此时会产生很大的电流I′，引起局部高温。
2.铁芯
变压器铁芯是主磁通存在的物质承担着，在转换能量的同时产生铁耗。铁耗由磁滞损耗和涡流损耗组成，磁滞损耗的大小与磁通频率和磁滞回线面积有关，涡流损耗的大小与最大磁通密度和频率有关。由图1可知，正常运行时变压器的铁耗为：
当变压器铁芯故障的时候，铁耗会增加，引起变压器发热，同时可能会带来新情况，促进变压器的温升。
2.1 铁芯接地断开或接地不可靠
变压器运行时，带电的绕组和引线在变压器内部形成一个不均匀电场，铁芯和其他金属构件处在这个电场中，正常运行时，铁芯接地。铁芯不接地时的情况如图4 所示。
图4 铁芯不接地的情况
由图4可以知道铁芯不接地时不同绕组之间，绕组于铁芯之间，铁芯与大地之间存在寄生电容。带电绕组通过寄生电容在铁芯和其他金属构件上产生悬浮电位，在空间上的不同位置所产生的悬浮电位不同。当两点间电位差达到一定值时就会产生火花放电，放电后两点电位相等，放电停止后再产生电位差，接着继续放点。这种连续的放电过程一方面会产生热效应。另一方面会造成变压器油劣化和固体绝缘损坏，这些情况会促进变压器的温升。
2.2 铁芯两点及多点接地
变压器正常运行时铁芯有且只有一点接地。铁芯两点接地的情形如图5 所示。
图5 两点接地的情况
由图5可知，铁芯的第二个接地点的会在铁芯中形成一个闭合环路，它与铁芯内的磁通交链产生环流，此环流很大，有时候可达数十安。该电流会引起局部温升，同时局部高温会造成变压器油质劣化，铁芯烧损，接地断开等情况，对变压器产生不良影响。
2.3 铁芯硅钢片绝缘损伤
变压器铁芯为了减小涡流损耗而采取绝缘的硅钢片相互叠加的结构，当铁芯硅钢片绝缘损坏时，涡流损耗会增大，引起变压器发热，这种发热原理类似于铁芯两点及多点接地的情况。
3.变压器油
变压器油的具体作用有以下几点：油的绝缘强度大于空气，增加了变压器内各部件的绝缘强度；油作为流动的液体充满变压器内部，使得各部件无法与空气接触，避免了部件受潮氧化；变压器运行时，绕组及铁芯周围的油受热膨胀，相对密度减小而上升，经冷却装置冷却后再流入油箱底部，产生循环，带走热量；油的化学性能相对稳定，保证变压器内部绝缘材料保持绝缘性能；油能熄灭电弧从而减少电弧的热效应；油的比热大，是良好的冷却剂。综上所述，变压器油的作用可以归纳为两点：绝缘和冷却。油的冷却作用可以直接带走变压器产生的热量，油的绝缘作用可以避免促进温升的缺陷的发生。
摘要：文章分析了变压器在运行过程中异常发热的原因，避免因过热产生安全隐患，提高运行可靠性。
关键词：变压器；发热异常；缺陷；
变压器是电力系统的重要设备之一，其运行稳定关乎到整个国民经济的发展。变压器运行时铁芯通过涡流损耗和磁滞损耗产生铁耗，载流导体通过其自身电阻产生铜损，铁耗和铜损即为变压器运行时产生的热量。在产生热量的同时，变压器又通过传导和辐射等方式消耗热量。正常状态变压器的发热与散热时时平衡，温度趋于稳定。但变压器本身部件的异常及缺陷会影响上述热平衡关系，使变压器的温度发生变化。
1.载流导体
变压器运行时，载流导体在传输能量的同时产生铜损。变压器的T型等效电路如图1所示。
图1 变压器T型等效电路
通过对图1分析的可知，正常运行时变压器的铜损为：
当载流导体有异常及缺陷时，铜损会增加，引起变压器发热。同时，载流导体的发热可能会产生其他促进变压器的温升的异常及缺陷。
1.1 匝间短路
匝间短路是指同一线圈相邻几匝由于绝缘损坏（纵绝缘损坏），使匝数减少，同时形成一个独立于线圈的闭合环路。匝间短路的情况如图2 所示。
图2 匝间短路
发生匝间短路时，短路的闭合环路包围了铁芯内的主磁通。仅作定性分析时，可以把变压器一次所接系统视为理想电压源。由于一次电压U1短路前后没有变化，所以一次绕组感应电动势E1及主磁通фm未变。фm在闭合环路上的感应电动势为E′=-n×dфm/dt（n为短路匝数），由于短路环路的电阻很小，所以感应电动势产生的电流很大，使短路匝附近溫度升高。局部的高温又会导致油的劣化加快、铁芯绝缘和接地遭到破坏等新的情况，这些情况会进一步促进变压器的温升。
1.2 绕组变形
变压器的绕组变形是指绕组在电动力和机械力的作用下，绕组的形状尺寸发生的不可逆的变化。它包括轴向和纵向的变化，轴向变化对主绝缘造成损坏，纵向变化对纵绝缘造成损坏，这些损坏会导致局部放电，产生热量，同时会造成匝间短路等新的情况，这些情况会进一步促进变压器的温升。
1.3 套管内引线与内壁靠接
当套管内裸露引线和套管相靠接时，就会形成一个闭合环路，如图3所示。
图3 套管内引线与内壁靠接
当引线流过电流I时，其周围产生磁场，交变的磁场会在闭合环路中感应电动势E=-dф/dt，由于I很大，所以ф、E很大，且环路电阻较小，此时会产生很大的电流I′，引起局部高温。
2.铁芯
变压器铁芯是主磁通存在的物质承担着，在转换能量的同时产生铁耗。铁耗由磁滞损耗和涡流损耗组成，磁滞损耗的大小与磁通频率和磁滞回线面积有关，涡流损耗的大小与最大磁通密度和频率有关。由图1可知，正常运行时变压器的铁耗为：
当变压器铁芯故障的时候，铁耗会增加，引起变压器发热，同时可能会带来新情况，促进变压器的温升。
2.1 铁芯接地断开或接地不可靠
变压器运行时，带电的绕组和引线在变压器内部形成一个不均匀电场，铁芯和其他金属构件处在这个电场中，正常运行时，铁芯接地。铁芯不接地时的情况如图4 所示。
图4 铁芯不接地的情况
由图4可以知道铁芯不接地时不同绕组之间，绕组于铁芯之间，铁芯与大地之间存在寄生电容。带电绕组通过寄生电容在铁芯和其他金属构件上产生悬浮电位，在空间上的不同位置所产生的悬浮电位不同。当两点间电位差达到一定值时就会产生火花放电，放电后两点电位相等，放电停止后再产生电位差，接着继续放点。这种连续的放电过程一方面会产生热效应。另一方面会造成变压器油劣化和固体绝缘损坏，这些情况会促进变压器的温升。
2.2 铁芯两点及多点接地
变压器正常运行时铁芯有且只有一点接地。铁芯两点接地的情形如图5 所示。
图5 两点接地的情况
由图5可知，铁芯的第二个接地点的会在铁芯中形成一个闭合环路，它与铁芯内的磁通交链产生环流，此环流很大，有时候可达数十安。该电流会引起局部温升，同时局部高温会造成变压器油质劣化，铁芯烧损，接地断开等情况，对变压器产生不良影响。
2.3 铁芯硅钢片绝缘损伤
变压器铁芯为了减小涡流损耗而采取绝缘的硅钢片相互叠加的结构，当铁芯硅钢片绝缘损坏时，涡流损耗会增大，引起变压器发热，这种发热原理类似于铁芯两点及多点接地的情况。
3.变压器油
变压器油的具体作用有以下几点：油的绝缘强度大于空气，增加了变压器内各部件的绝缘强度；油作为流动的液体充满变压器内部，使得各部件无法与空气接触，避免了部件受潮氧化；变压器运行时，绕组及铁芯周围的油受热膨胀，相对密度减小而上升，经冷却装置冷却后再流入油箱底部，产生循环，带走热量；油的化学性能相对稳定，保证变压器内部绝缘材料保持绝缘性能；油能熄灭电弧从而减少电弧的热效应；油的比热大，是良好的冷却剂。综上所述，变压器油的作用可以归纳为两点：绝缘和冷却。油的冷却作用可以直接带走变压器产生的热量，油的绝缘作用可以避免促进温升的缺陷的发生。