引言

变压器作为电力系统中不可或缺的关键设备，其运行稳定性和安全性直接关系到整个电网的可靠供电。在变压器的设计、制造和维护过程中，高温实验是一项至关重要的测试项目。通过高温实验，可以评估变压器在极端温度条件下的性能表现，检测潜在的绝缘老化、绕组过热等问题，从而确保变压器在实际运行中的安全性和可靠性。

然而，变压器高温实验涉及高电压、大电流和高温环境，存在诸多安全隐患。如果实验操作不当，不仅可能导致设备损坏，还可能引发火灾、爆炸等严重事故，威胁实验人员的生命安全。因此，深入了解变压器高温实验的全过程，全面识别安全隐患，并掌握有效的防护措施，对于保障实验顺利进行具有重要意义。

本文将详细揭秘变压器高温实验的全过程，包括实验前的准备工作、实验步骤、数据采集与分析等环节；深入剖析实验过程中存在的安全隐患，如电气安全、热安全、化学安全等方面的风险；并针对这些隐患，提供全面的防护措施和应急处理方案。希望通过本文的介绍，能够帮助相关从业人员更好地理解和掌握变压器高温实验的技术要点和安全规范，确保实验工作的安全、高效开展。

变压器高温实验概述

实验目的

变压器高温实验的主要目的是评估变压器在高温环境下的运行性能和绝缘状况，具体包括以下几个方面：

  1. 验证绝缘材料的耐热性能：变压器的绝缘系统（如绝缘油、绝缘纸、绝缘漆等）在高温下容易发生老化、劣化，导致绝缘强度下降。通过高温实验，可以检测绝缘材料在高温下的性能变化，判断其是否满足设计要求和运行标准。
  2. 检测绕组热点温度：绕组是变压器的核心部件，其温度分布直接影响变压器的寿命和安全。高温实验可以测量绕组在不同负载条件下的温度分布，找出绕组热点位置和温度，为变压器的负载能力和温升控制提供依据。
  3. 评估变压器的散热能力：变压器的散热系统（如散热器、冷却风扇等）在高温下的工作效率直接影响其运行温度。通过高温实验，可以评估散热系统的性能，发现散热不良等问题，及时进行改进。
  4. 检查密封性能和渗漏情况：高温会导致变压器内部压力变化，可能引发密封件老化、渗漏等问题。高温实验可以检测变压器的密封性能，及时发现和处理渗漏点，防止绝缘油泄漏和外部水分侵入。

实验类型

根据实验目的和条件的不同，变压器高温实验可以分为以下几种类型：

  1. 温升实验：这是最常见的高温实验类型，通过施加额定负载或过载电流，使变压器绕组、铁芯和油温升高，测量各部位的温升是否符合标准要求。温升实验通常在变压器出厂前或大修后进行。
  2. 绝缘耐热等级验证实验：将变压器置于高温环境中（如恒温箱），保持一定时间后，测试其绝缘电阻、介质损耗因数、击穿电压等绝缘参数，验证绝缘材料的耐热等级是否满足要求。
  3. 高温负载实验：模拟变压器在高温环境下的实际运行工况，施加额定负载，长时间运行，观察变压器的温度变化、性能稳定性和有无异常现象，评估其在高温下的负载能力。
  4. 高温密封实验：将变压器加热至规定温度，保持一定时间，检查其密封部位有无渗漏现象，评估密封件在高温下的密封性能。

实验标准

变压器高温实验需要严格遵循相关的国家标准和行业规范，以确保实验结果的准确性和可比性。常见的实验标准包括：

  • GB/T 1094.1-2013《电力变压器 第1部分：总则》
  • GB/T 1094.2-2013《电力变压器 第2部分：液浸式变压器的温升》
  • GB/T 1094.7-2008《电力变压器 第7部分：油浸式变压器的负载导则》
  • IEC 60076-2《Power transformers - Part 2: Temperature rise for liquid-immersed transformers》
  • IEEE C57.12.00-2015《Standard General Requirements for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers》

这些标准对实验条件、实验方法、测量仪器、数据处理等方面都做出了详细规定，实验人员必须熟悉并严格遵守。

实验前的准备工作

充分的准备工作是确保变压器高温实验安全、顺利进行的前提。准备工作主要包括以下几个方面：

1. 实验方案制定

在进行实验前，必须制定详细的实验方案，明确实验目的、实验类型、实验步骤、测量参数、安全措施等内容。实验方案应经过相关技术人员审核批准。

实验方案示例：

  • 实验目的：验证某型号油浸式变压器在1.2倍额定负载下的温升是否符合GB/T 1094.2标准要求。
  • 实验设备：被试变压器（型号：S11-M-1000/10）、调压器、负载箱、温度传感器（PT100）、数据采集系统、红外热像仪、绝缘电阻测试仪、万用表等。
  • 实验步骤：
    1. 外观检查：检查变压器外观有无损伤、渗漏，紧固件是否松动。
    2. 绝缘测试：使用2500V兆欧表测量高压绕组对低压绕组及地的绝缘电阻，应大于1000MΩ。
    3. 接线：按照实验电路图连接调压器、负载箱、变压器等设备，确保接线正确、牢固。
    4. 安装传感器：在变压器油箱顶部、底部、高压绕组、低压绕组等关键部位安装PT100温度传感器，确保接触良好。
    5. 空载运行：施加额定电压，空载运行30分钟，记录空载损耗和空载电流。
    6. 负载运行：施加1.2倍额定电流，持续运行4小时，每隔15分钟记录一次各部位温度、电流、电压等数据。
    7. 数据分析：实验结束后，计算各部位温升，判断是否符合标准要求。
    8. 拆除设备：断开电源，待变压器冷却后，拆除传感器和接线。
  • 安全措施：实验区域设置警戒线，悬挂“高压危险”警示牌；实验人员穿戴绝缘鞋、绝缘手套；配备灭火器；专人监护。

2. 设备检查与调试

  • 被试变压器检查：
    • 外观检查：检查油箱、散热器、套管等部位有无损伤、变形、渗漏。
    • 油位检查：检查油位是否在正常范围内，油色是否正常，有无杂质。
    • 紧固件检查：检查所有紧固件（如螺栓、螺母）是否紧固，特别是套管和引线连接处。
    • 绝缘测试：使用绝缘电阻测试仪测量绕组绝缘电阻，应符合标准要求（如10kV变压器，高压对低压及地应不小于300MΩ）。
    • 变比测试：使用变比测试仪测量各分接头的变比，应与铭牌值相符。
    • 直流电阻测试：使用直流电阻测试仪测量绕组直流电阻，三相不平衡度应符合标准要求。
  • 实验设备检查：
    • 调压器：检查调压器的容量、电压范围是否满足实验要求，调压手柄是否灵活，有无卡滞现象。
    • 负载箱：检查负载箱的阻抗值、容量是否匹配，接线端子是否完好，有无过热痕迹。
    • 测量仪器：检查温度传感器、数据采集系统、万用表等仪器的精度、量程是否符合要求，是否经过校准且在有效期内。
    • 电源系统：检查实验电源的电压、容量是否稳定，接地系统是否可靠，漏电保护器是否正常工作。

3. 安全防护用品准备

  • 个人防护用品：绝缘鞋、绝缘手套、安全帽、护目镜、工作服等。
  • 消防器材：干粉灭火器（适用于电气火灾和油类火灾）、二氧化碳灭火器等。
  • 绝缘工具：绝缘操作杆、绝缘垫、绝缘隔板等。
  • 急救用品：急救箱（内含烧伤膏、绷带、消毒用品等）。

4. 实验环境准备

  • 场地要求：实验场地应通风良好、干燥、无易燃易爆物品，面积足够，便于操作和观察。
  • 安全距离：确保实验设备与周围物体（包括人员）保持足够的安全距离，高压试验区域应设置明显的警示标识和围栏。
  • 接地系统：所有实验设备（包括变压器外壳）应可靠接地，接地电阻应小于4Ω。

实验全过程详解

1. 实验接线与布置

正确的接线和设备布置是实验成功的关键，也是保障安全的重要环节。

  • 接线原则：
    • 严格按照实验电路图进行接线，确保电源、调压器、负载箱、变压器之间的连接正确无误。
    • 高压侧接线应使用绝缘良好的导线，接线端子应压接牢固，并保持足够的对地距离。
    • 低压侧接线也应规范，避免短路和接地故障。
    • 所有接线应整齐有序，避免交叉缠绕，便于检查和故障排查。
  • 传感器安装：
    • 油温传感器：安装在油箱顶部和底部的专用测温孔内，确保传感器探头与绝缘油充分接触，测量油的平均温度和顶层温度。
    • 绕组温度传感器：对于干式变压器，可将传感器贴在绕组表面；对于油浸式变压器，通常通过测量绕组直流电阻来计算绕组平均温度，或使用专用的绕组温度计（通过测量油温和电流来模拟绕组温度）。
    • 环境温度传感器：安装在变压器周围，距离变压器1-2米处，高度约0.5-1米，避免受变压器散热影响，测量环境温度。
  • 设备布置：
    • 调压器、负载箱等辅助设备应放置在变压器的低压侧，便于操作和观察。
    • 测量仪器和数据采集系统应放置在安全区域，操作人员应在绝缘垫或绝缘台上进行操作。
    • 实验区域应保持整洁，无杂物堆积，通道畅通。

2. 空载实验与负载实验

  • 空载实验：

    • 目的：测量变压器的空载损耗和空载电流，检查铁芯的发热情况。
    • 步骤：
      1. 确认所有接线正确无误，人员已撤离高压区域。
      2. 合上电源开关，缓慢调节调压器，使变压器低压侧电压达到额定电压（如400V）。
      3. 记录此时的空载电流、空载损耗（可通过功率表测量）以及油箱顶部、底部的油温。
      4. 空载运行30分钟，观察变压器有无异常声响、振动、发热等情况。
    • 注意事项：空载实验时，高压侧开路，低压侧施加电压，操作人员应远离高压侧，防止高压感应电伤害。

  • 负载实验：

    • 目的：测量变压器在负载状态下的温升，评估其散热性能。
    • 步骤：
      1. 空载实验结束后，保持调压器位置，将负载箱接入变压器低压侧（或高压侧，根据实验方案）。
      2. 调节负载箱的阻抗，使变压器绕组电流达到实验要求的电流值（如1.2倍额定电流）。
      3. 记录初始数据：电流、电压、各部位温度（油温、绕组温度、环境温度）。
      4. 持续运行，每隔15-30分钟记录一次数据，直到温度稳定（连续三次测量温度变化不超过1℃/h）。
      5. 实验过程中，密切监视变压器的运行状态，如有异常（如温度急剧上升、声响异常、冒烟等），应立即停止实验。
    • 数据记录表示例：
时间 高压侧电流(A) 低压侧电压(V) 顶层油温(℃) 底层油温(℃) 环境温度(℃) 绕组温度(℃) 备注
0:00 55.0 400 25.0 24.5 22.0 45.0 开始
0:15 55.0 400 32.5 30.0 22.0 58.0
0:30 55.0 400 38.0 34.5 22.1 68.0
… … … … … … …
4:00 55.0 400 55.0 48.0 22.5 85.0 稳定

3. 数据采集与分析

  • 数据采集：
    • 使用数据采集系统自动记录各参数的变化曲线，如温度-时间曲线、电流-时间曲线等。
    • 对于关键数据（如绕组热点温度），可使用红外热像仪进行扫描成像，直观显示温度分布情况。
    • 记录环境温度，因为温升计算需要以环境温度为基准。
  • 数据分析：
    • 温升计算：
      • 顶层油温升 = 稳定后的顶层油温 - 环境温度
      • 底层油温升 = 稳定后的底层油温 - 环境温度
      • 绕组温升 = 稳定后的绕组温度 - 环境温度
    • 标准对比：将计算得到的温升值与GB/T 1094.2等标准规定的限值进行对比，判断是否合格。例如，对于油浸式变压器，顶层油温升一般不超过60K（环境温度40℃时，顶层油温不超过100℃），绕组温升一般不超过65K。
    • 异常分析：如果温升超标或温度分布异常，应分析原因，可能是负载过大、散热不良、绕组匝间短路、铁芯局部过热等问题，需要进一步检查和处理。

4. 实验结束与设备拆除

  • 实验结束：
    • 实验完成后，先断开负载箱，然后缓慢调节调压器至零位，最后断开电源开关。
    • 让变压器在空载状态下运行几分钟，然后停止运行。
    • 待变压器自然冷却至环境温度后，方可进行设备拆除工作。
  • 设备拆除：
    • 拆除所有接线，注意先拆高压侧，再拆低压侧，避免短路。
    • 拆除温度传感器，妥善保管。
    • 检查变压器有无渗漏、变形等异常情况。
    • 清理实验现场，整理实验设备和工具。

实验过程中的安全隐患

变压器高温实验涉及高电压、大电流和高温，存在多种安全隐患，必须高度重视。

1. 电气安全隐患

  • 触电风险：
    • 高压感应电：即使高压侧开路（如空载实验），低压侧通电时，高压侧也会产生数千伏的感应电压，如果人体接触高压端子，会发生严重触电事故。
    • 设备漏电：调压器、负载箱、变压器等设备如果绝缘损坏，可能导致外壳带电，引发触电。
    • 误操作：未断电就进行接线、拆线操作，或误碰带电部位。
  • 短路与电弧：
    • 接线错误：高低压侧接线混淆、相序错误等，可能导致短路，产生巨大电流，烧毁设备，甚至引发爆炸。
    • 绝缘击穿：变压器内部绝缘在高温下性能下降，可能被高电压击穿，产生电弧，导致设备损坏和火灾。
    • 异物掉入：实验过程中，金属工具、零件等异物掉入带电设备内部，可能引起短路。

2. 热安全隐患

  • 高温烫伤：
    • 变压器油箱、散热器、绕组等部位在实验过程中温度很高（可达100℃以上），人体直接接触会导致严重烫伤。
    • 高温绝缘油如果泄漏，喷溅到人体上，会造成大面积烫伤。
  • 火灾与爆炸：
    • 绝缘油泄漏：高温可能导致密封件失效，绝缘油泄漏，如果遇到明火或高温表面，极易引发火灾。
    • 内部故障：变压器内部绕组短路、铁芯多点接地等故障会产生大量热量，可能导致绝缘油分解，产生可燃气体，甚至引发爆炸。
    • 过载：实验时负载过大或时间过长，超过变压器的承受能力，可能导致温度过高，引发火灾。

3. 化学安全隐患

  • 绝缘油挥发与有害气体：
    • 绝缘油在高温下会挥发，产生有害气体（如苯、甲苯等），长期吸入对人体有害。
    • 如果绝缘油过热分解，可能产生一氧化碳、二氧化碳、氢气等气体，其中一氧化碳有毒，氢气易燃易爆。
  • SF6气体泄漏（针对SF6变压器）：
    • SF6气体是一种无色、无味、无毒的惰性气体，但在高温电弧下会分解产生有毒的低氟化物（如SOF2、SF4等），对人体呼吸道和皮肤有刺激作用。
    • SF6气体密度比空气大，泄漏后会积聚在低洼处，可能导致人员窒息。

4. 机械安全隐患

  • 设备倾倒：如果实验平台不稳固或设备放置不当，在实验过程中可能发生倾倒，砸伤人员或损坏设备。
  • 旋转部件伤害：如果实验涉及冷却风扇等旋转部件，未安装防护罩可能导致人员肢体卷入，造成机械伤害。
  • 噪音：大容量变压器在运行时会产生较大噪音，长期暴露在高噪音环境中可能导致听力损伤。

针对安全隐患的防护措施

针对上述安全隐患，必须采取全面、有效的防护措施，确保实验安全。

1. 电气安全防护措施

  • 严格遵守操作规程：
    • 实验前必须进行安全技术交底，明确实验步骤、危险点和安全措施。
    • 严格执行“停电、验电、挂接地线、悬挂警示牌”等安全制度。
    • 接线、拆线必须在完全断电并确认无残余电荷后进行。
  • 可靠接地：
    • 所有实验设备（包括变压器外壳、调压器、负载箱）必须可靠接地，接地线应采用多股铜芯线，截面积不小于4mm²。
    • 接地电阻应定期测量，确保不大于4Ω。
  • 保持安全距离：
    • 高压带电部分与人体、接地体之间必须保持足够的安全距离（如10kV电压等级，不小于0.7米）。
    • 实验区域应设置围栏或警示带，禁止无关人员进入。
  • 使用绝缘工具和防护用品：
    • 操作高压设备时，必须使用绝缘操作杆、绝缘手套、绝缘鞋等。
    • 在绝缘垫或绝缘台上进行操作。
  • 安装漏电保护器：在实验电源回路中安装漏电保护器，动作电流不大于30mA，动作时间不大于0.1s。
  • 防止感应电：在高压侧工作时，应将高压侧可靠接地，或使用绝缘隔板隔离。

2. 热安全防护措施

  • 高温警示与隔离：
    • 在变压器油箱、散热器等高温部位张贴“高温烫伤”警示标识。
    • 实验过程中，禁止触摸高温部位，必须等待设备冷却至安全温度（如40℃以下）后再进行操作。
  • 防止绝缘油泄漏：
    • 实验前仔细检查密封件（如胶垫、胶圈），发现老化、损坏及时更换。
    • 油位应保持在正常范围内，避免油位过高或过低。
    • 在变压器下方设置储油坑或防渗漏托盘，防止泄漏的油扩散。
  • 防火防爆：
    • 实验现场严禁烟火，禁止存放易燃易爆物品。
    • 配备足够的灭火器材（干粉灭火器、二氧化碳灭火器、灭火毯等），并确保实验人员熟悉其使用方法。
    • 安装烟雾报警器和温度报警器，实时监测环境状态。
    • 控制实验负载和时间，避免长时间过载运行。
  • 通风散热：确保实验场地通风良好，必要时使用风扇等辅助散热设备，防止环境温度过高。

3. 化学安全防护措施

  • 通风换气：实验场地应保持良好的通风，如果是室内实验，应安装强制通风设备，及时排出挥发的有害气体。
  • 个人防护：接触绝缘油时，应佩戴防毒面具（针对有机蒸气）、护目镜和耐油手套，避免皮肤直接接触和吸入有害气体。
  • 应急处理：如果发生绝缘油泄漏，应立即用吸附材料（如吸油毡、沙土）进行清理，避免油品流入下水道或土壤。清理后的废弃物应按危险废物处理。
  • SF6气体防护：对于SF6变压器，实验前应检查气体压力是否正常，有无泄漏。实验区域应配备SF6气体检测仪，如发现泄漏，应立即通风，并佩戴防毒面具进入。

4. 机械安全防护措施

  • 设备固定：将变压器、调压器等设备固定在稳固的平台上，防止倾倒。
  • 旋转部件防护：如果实验涉及风扇等旋转部件，必须安装牢固的防护罩，确保运行时人员无法接触到旋转部分。
  • 噪音防护：实验人员应佩戴耳塞或耳罩，减少噪音对听力的损害。

应急处理方案

即使采取了严密的防护措施，仍可能发生意外情况。因此，制定完善的应急处理方案至关重要。

1. 触电事故应急处理

  • 立即切断电源：发现有人触电，应立即切断电源开关，或使用绝缘工具（如干燥的木棒、竹竿）将触电者与电源分离。
  • 实施急救：触电者脱离电源后，应立即检查其呼吸和心跳，如已停止，应立即进行心肺复苏（CPR），并拨打120急救电话。
  • 保护现场：在保证安全的前提下，保护事故现场，以便后续调查。

2. 火灾事故应急处理

  • 立即断电：切断实验电源，防止火势蔓延。
  • 报警：立即拨打119报警，说明火灾地点、燃烧物质（绝缘油、电气设备）和火势情况。
  • 灭火：
    • 如果是初期火灾，且火势较小，可使用干粉灭火器或二氧化碳灭火器进行扑救。
    • 严禁用水扑救电气火灾和油类火灾。
    • 如果火势较大，应立即撤离现场，等待消防人员救援。
  • 疏散人员：迅速疏散现场及周边人员，确保人员安全。

3. 烫伤事故应急处理

  • 脱离热源：立即将烫伤者脱离高温环境。
  • 冷却处理：用大量流动的冷水冲洗烫伤部位15-30分钟，降低皮肤温度，减轻疼痛和损伤。
  • 覆盖伤口：用干净的纱布或毛巾覆盖烫伤部位，避免感染。
  • 送医治疗：对于严重烫伤（如面积大、深度深），应立即送往医院治疗。

4. 绝缘油泄漏应急处理

  • 切断电源：如果泄漏严重，可能影响电气安全，应先切断电源。
  • 控制泄漏：关闭相关阀门，阻止油品继续泄漏。
  • 吸附清理：使用吸油毡、沙土等吸附材料覆盖泄漏的油品，防止扩散。
  • 报告：向相关部门报告泄漏情况，按照危险废物处理要求进行后续处置。

结论

变压器高温实验是评估变压器性能和安全性的重要手段，但实验过程复杂，安全隐患多。通过本文的介绍，我们详细了解了变压器高温实验的全过程，包括实验前的准备、实验步骤、数据采集与分析；全面剖析了电气、热、化学、机械等方面的安全隐患；并针对这些隐患提出了具体的防护措施和应急处理方案。

总之，做好变压器高温实验工作，必须坚持“安全第一、预防为主”的方针，严格遵守实验标准和操作规程，做好充分的准备工作，落实各项安全防护措施，加强现场监护和应急处置能力。只有这样，才能确保实验工作的安全、顺利进行，为变压器的安全运行提供可靠保障。希望本文能为广大电力行业从业人员提供有益的参考和帮助。