水电站主变压器电气保护存在的问题

引言：主变压器作为连接发电端与输电系统的核心设备，具有构造复杂、工作环境负荷大、运行连续性要求高等特点。一旦发生故障，不仅可能造成设备损坏，还会引发全站停运，甚至对外部供电网络造成波及[1]。尽管目前已配置多种保护装置，但在实际运行中，仍然存在保护不全、响应不及时、维护不到位等问题。深入分析这些问题，并采取有效的改进措施，是保障水电站长期安全运行的必要手段。

一、水电站主变压器常见故障及其原因分析

（一）绝缘材料老化引起故障

水电站主变压器的绝缘系统由绝缘油和绝缘纸等材料组成，这些材料在高温、高电压的环境下长时间运行，容易发生性能劣化。随着运行时间的增长，绝缘油中的水分和杂质含量逐渐增加，导致油的介电强度下降，绝缘效果减弱，最终可能引发电气击穿和局部放电现象[2]。绝缘纸也会因热力和电应力的作用逐步老化，导致机械强度下降，绝缘性能变差。老化的绝缘材料难以承受正常工作电压，容易导致绕组间、绕组与铁心之间发生绝缘破坏，造成短路或断路故障。部分水电站缺少科学的绝缘维护和检测计划，对绝缘油的质量监测不够频繁，导致老化问题积累且未能及时处理，埋下了重大安全隐患。绝缘老化不仅降低变压器的使用寿命，还会增加故障率，给电力系统带来不稳定因素。

（二）绕组部位出现故障

绕组作为主变压器中最关键的导电部件，其结构复杂且承受着巨大的电动力和机械应力。在运行过程中，绕组可能因短路电流的冲击、外部振动或装配不良而发生移位、变形或绕组匝间绝缘破坏。一旦绕组出现匝间短路或接地故障，电流会急剧上升，造成局部过热，进而加速绝缘材料的老化和损坏。绕组故障往往伴随着变压器异常振动增大、局部温度升高、油中气体成分异常等现象。部分水电站缺乏有效的在线监测手段，难以及时捕捉这些预警信号，导致故障发现滞后。绕组损坏不仅会影响变压器的正常运行，还可能导致设备严重损毁甚至引发火灾，给水电站安全带来极大威胁。

（三）运行电压、电流及温度导致的故障

水电站主变压器运行过程中，经常面临电网负荷波动、突发故障和超负荷运转等复杂工况，电压、电流的剧烈变化使变压器承受较大的电气和热应力。频繁的负荷变化会导致绕组温度反复升降，促使绝缘材料疲劳老化，甚至出现热损伤。高电压冲击则可能引起绕组绝缘击穿或局部放电，影响设备安全。与此同时，变压器冷却系统的有效运行是保证设备温度处于合理范围的关键因素。一旦冷却装置发生故障，绕组及铁心的局部温度会迅速升高，导致绝缘油及绝缘材料热劣化加剧，严重时会引发内部熔损或热击穿事故。热应力与电应力的叠加，极大地缩短了设备的寿命，增加了事故风险。对变压器运行参数的实时监控和合理调控，是预防此类故障发生的重要保障。

二、水电站主变压器电气保护问题的解决策略

（一）设置主变压器自我保护系统

差动保护可以准确检测绕组内部的短路和接地故障，通过比较进出电流的差值来快速动作，避免故障扩大。瓦斯保护利用变压器油中气体的异常变化来发现绝缘击穿和局部放电等问题[3]。温度报警装置能够实时监测绕组和油温，当温度超过设定范围时，报警系统会提醒工作人员，并触发跳闸动作，保护设备免受热损害。选择灵敏度高、响应速度快的继电保护装置十分关键，这样能够保证在故障刚出现时立即响应，减少设备损坏。结合自动化控制技术，可以实现对变压器运行状态的实时监控和智能诊断。合理设置保护参数和动作逻辑，能够保证保护系统在运行时稳定可靠，使主变压器在异常情况下迅速脱离运行，降低事故风险。

某水电站主变压器采用了先进的差动保护装置和瓦斯保护系统。一次，该变压器绕组出现轻微短路，瓦斯保护系统检测到油中气体含量异常，立即报警并触发跳闸。通过快速断电，避免了故障扩大和设备损坏，保障了电站和电网的安全运行。事后检查发现绕组内有局部绝缘劣化，该系统及时反映故障，有效防止了更严重事故。此案例表明，灵敏的自我保护系统对故障的早期发现和处理起到关键作用。

（二）对主变压器的设备与油料开展定期检查

绝缘油的状态直接影响变压器的绝缘性能，需要定期采样检测含水率、酸值和电气强度等指标，判断油质是否符合运行标准。设备本体的检查同样重要，可以采用局部放电检测来发现绝缘缺陷和隐患，红外热成像技术用来查找变压器内部的热点，声发射技术能够捕捉异常声波信号，帮助识别潜在问题。通过建立详细的检修档案，记录每次检测和维护情况，能够分析设备的健康状况和故障趋势。基于这些数据，维护人员可以制定科学合理的维护计划，提前预防可能发生的故障，保证主变压器长期稳定运行。

某水电站例行检测中，工作人员对主变压器绝缘油进行了酸值和含水率的检测，发现油质指标明显超标，提示绝缘油已经严重劣化。通过红外热成像技术，检测到绕组某局部温度异常升高。根据检测结果，变压器及时停机检修，避免了因绝缘失效引发的设备故障。该水电站还建立了详尽的维护档案，监控设备运行状况，保证了变压器的安全稳定。此实例说明定期检测在预防变压器事故中发挥了重要作用。

（三）处理主变压器着火、断路、短路等故障

当主变压器出现突发性故障，如内部短路、接地或着火时，必须立即启动事故处理程序。首先要迅速停机并切断电源，防止故障扩大。现场应配备必要的灭火设备，包括干粉灭火器、二氧化碳灭火器和泡沫灭火系统，以便第一时间扑灭火灾。维护人员应熟悉事故应急预案，掌握停机、隔离、灭火和应急通报的操作流程。事故处理完成后，应组织专业技术团队对故障设备进行分析和评估，找出故障原因，制定修复或更换方案。总结事故经验，完善操作规程和保护措施，可以有效减少类似事件发生，提高水电站的整体安全管理水平，保障电力系统的稳定运行。

某水电站主变压器因绝缘老化导致内部短路，继而发生火灾。现场工作人员迅速按照应急预案启动停机和断电程序，利用干粉灭火器和二氧化碳灭火器成功扑灭火焰。事故发生后，技术团队对变压器进行全面检测，查明火灾原因，并制定了详细的修复方案。此次事故的快速处置和科学处理，有效减少了设备损失，保障了电站安全运行。该案例强调了事故应急处理流程和灭火设备配备的重要性。

三、结论

水电站主变压器作为电力系统运行的心脏，其安全稳定运行对整个电站乃至区域电网具有关键意义。面对其复杂的运行环境和多样的故障隐患，必须高度重视其电气保护工作.水电站优化保护系统、强化定检措施、完善应急机制等多方面手段，可以有效降低故障发生率，提升设备运行的安全性和可靠性，为它的长期稳定运行提供坚强保障。

参考文献

[1]彭勇.水电站主变压器安装施工技术及质量安装措施[J].水上安全,2023,(05):188-190.

[2]梁军.水电站主变压器电气保护存在的问题及对策[J].光源与照明,2021,(07):70-71.

[3]刘连华.水电站主变压器电气保护设计与配置分析探讨[J].广东建材,2009,(02):142-144.