变压器绝缘失效的原因分析

变压器的运动部件很少（如果有的话），而且非常可靠。因为它们是如此可靠，我们倾向于忽略它们，直到灾难性的事情发生并且我们没有力量。更换使用标准电压的小型变压器可以快速完成，因为供应商有变压器库存。500KVA以上的大型变压器可能没有库存，需要更多时间来拆卸和更换。

失效原因分为两类：机械失效和绝缘失效。在这里，我们将重点介绍绝缘故障。

绝缘失效的原因

变压器过载和温升

增加变压器上的负载会导致绕组温度升高。只要温度升高不导致绕组温度超过其额定值，绕组绝缘就不会退化。一旦绝缘材料开始损坏，无论是由于热量还是其他因素。变压器的正常预期寿命约为20年，基于不超过绕组额定温度的绕组温度。变压器未满载时，绕组温升将小于满载额定值;表1显示了温升如何随负载变化。如果绕组温度低于其额定值，则应允许将负载增加到额定满载安培数以上，因为较高负载产生的额外热量需要一些时间才能将绕组温度提高到最大值。

变压器很少在满负荷下运行，它们必须提供的功率不断变化。短时间的过载不会缩短变压器的寿命，只要它们之前和之后都有欠载期。过载引起的多余热量将在低于满负荷的时期内消散。如果环境温度远低于40ºC标准，变压器的负载也可能更重。液冷变压器在一小时内可能会过载多达200%，而不会产生不利影响，干式变压器可能会过载多达125%。

电压尖峰的影响

当闪电击中公用电力线时，会产生非常高的电压尖峰。这些尖峰被称为电压瞬变，也可能是由市电开关连接或断开配电系统部分引起的。虽然电压持续时间很短，但它们可以达到100KV以上。变压器可能有避雷器来限制尖峰。它们采用基本脉冲电平（BIL）额定值制造，使其能够承受特定的瞬态电压尖峰;例如，600伏变压器的BIL额定值为10KV。很难预测这些电压尖峰的值，它们可能大于变压器的BIL额定值。高电压会削弱绝缘并导致电弧和瞬时故障。

过热的影响

热量会导致绕组绝缘变脆和开裂。随着变压器材料随着温度和负载的变化而膨胀和收缩，裂纹变大，并可能产生电弧。热量还可能导致绝缘材料的普遍降解，使其效果降低并缩短其寿命。热量还会增加导体的电阻，导致变压器次级上的电压降更高。负载将不得不消耗更多的电流才能在降低的电压下提供相同的功率，这将在绕组中产生更多的热量。过热可能是由于负载过大、变压器冷却系统故障、变压器位置不当或环境温度过高引起的，是破坏变压器的一种缓慢但可靠的方法。

变压器冷却液中杂质的影响

液冷变压器的绕组与冷却介质完全接触，必须具有较高的绝缘值。液体中的任何杂质都会降低其有效性。如果杂质含量过高，液体会为变压器绕组各部分之间的电流流动提供路径，尤其是在绕组绝缘破裂或薄弱的情况下。一旦电流开始流动，液体将进一步分解，并可能导致短路。变压器冷却液在其正常寿命期间会与变压器绕组相互作用，其化学成分会发生变化，并且会分解而无法绝缘。热量会加快该过程，湿气也会加速，从而导致变压器故障。

污垢的影响

污垢，尤其是风冷变压器上的污垢，会阻止热传递，导致绕组变热。污垢还可能为高压绕组中的电弧提供导电路径，导致绝缘击穿和故障。如果污垢与油或其他类型的碳氢化合物混合，则被污垢和油混合物覆盖的绕组绝缘层可能会发生绝缘击穿。液冷变压器可能会受到连接点处污垢堆积的影响，在这些连接点上，污垢将提供可能导致电弧的导电路径。

绝缘相关变压器故障的要点

事实证明，探索变压器故障的原因对于电力系统应用至关重要。深入了解绝缘故障，例如过载、温升、电压尖峰、过热和绝缘液体污染，使工程师能够优化变压器性能。事实证明，这些知识对于完善维护策略、提高系统可靠性和确保电网中关键组件的使用寿命至关重要。
审核编辑：陈陈