一例由于變壓器抗短路能力不足引起的變壓器損壞事故分析

相中華 李麗

摘 要：隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的容量和短路電流水平也在不斷提升，這對變壓器的制造工藝提出了更高的要求。文章結(jié)合一起變壓器故障實例，介紹了判別變壓器因短路損壞的方法，并分析了變壓器故障的原因。

關(guān)鍵詞：220kV；變壓器；故障；分析

引言

××220kV變電站，共有4臺220kV變壓器運行，其中#4主變一回35kV出線為高耗能用戶，該用戶距變電站大約600m。用戶廠內(nèi)一爐變開關(guān)柜發(fā)生三相短路故障，大約80ms用戶側(cè)進(jìn)線開關(guān)速斷保護(hù)跳閘切出故障。該35kV出線設(shè)置的保護(hù)為限時速斷，動作時間大約為300ms，故本次故障未動作。故障切除后大約120ms，#4主變壓器重瓦斯和差動保護(hù)動作，跳開#4主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。#4主變低壓側(cè)記錄故障電流為19.4kA，故障線路記錄故障電流約20kA。該臺主變型號為SFSZ10-240000/220，變壓器容量為240/240/120MVA，出廠日期為2011年1月1日，于2011年4月18日投入運行。故障發(fā)生后，試驗人員結(jié)合故障所經(jīng)歷的不良工況特點，對故障前后該變壓器的絕緣油色譜、直流電阻、電壓比、頻響法繞組變形及低電壓短路阻抗等項試驗的測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析。

1 試驗情況

1.1 絕緣油色譜測試

按照規(guī)程要求，試驗人員對該變壓器投運后第4天、第10天、第30天絕緣油色譜均進(jìn)行了檢測，試驗結(jié)果均合格。故障退出運行后，1小時左右油色譜數(shù)據(jù)即出現(xiàn)異常，乙炔（C2H2）值已達(dá)23.28μL/L，遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5μL/L，初步判斷內(nèi)部存在放電性故障。6小時后取樣分析各組分含量發(fā)生明顯變化。10小時后各組分含量基本穩(wěn)定，其下部所測乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）值分別達(dá)到60.03μL/L、40.85μL/L。二氧化碳（CO2）與一氧化碳（CO）含量的比值約為1.85。按照“當(dāng)懷疑故障涉及到固體絕緣材料時（高于200℃），可能CO2/CO<3”[1]判斷，變壓器內(nèi)部發(fā)生了涉及固體絕緣材料的放電故障。

1.2 繞組直流電阻測試

該變壓器故障后的繞組直流電阻測試結(jié)果與交接試驗值對比如表1所示。表1中，將低壓側(cè)繞組直流電阻交接試驗值按照故障后試驗時的溫度進(jìn)行了換算。由表2可以看出，故障后低壓側(cè)三相繞組的直流電阻較交接試驗時均出現(xiàn)了明顯變化，其中低壓b相繞組的直流電阻變化率達(dá)到了46.78%。這表明，該變壓器低壓側(cè)三相繞組出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞，其中尤以低壓b相繞組斷股最為嚴(yán)重。

表1 繞組直流電阻測試結(jié)果對比

1.3 低壓短路阻抗測試結(jié)果對比

低壓短路阻抗測試結(jié)果與交接試驗值對比如表2所示。由低壓短路阻抗測試結(jié)果可以看出，該變壓器中壓對低壓的各單相短路電抗較交接值分別增大了3.02%、3.0%、3.46%。從三相“中-低”阻抗數(shù)據(jù)出現(xiàn)3%左右的一致性偏差看（這個偏差中含試驗偏差），變壓器繞組可能已產(chǎn)生共性變形。

1.4 電壓比測試

該變壓器故障后的電壓比測試結(jié)果如表3。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“35kV及以上電壓等級電力變壓器，其額定分接電壓比允許偏差為±0.5%，其它分接的電壓比應(yīng)在變壓器阻抗電壓值（%）的1/10以內(nèi)，但偏差不得超過±1%”。由表3看出，該變壓器高壓對中壓、中壓對低壓及高壓對低壓的各相間電壓比均出現(xiàn)了超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正偏差，其中高壓對低壓的各相間電壓比偏差最大，如高壓AC相與低壓ac相間的電壓比的偏差已高達(dá)13.61%。這表明該變壓器低壓繞組出現(xiàn)了嚴(yán)重的匝間短路，同時中壓繞組也出現(xiàn)了匝間短路。

結(jié)合油色譜分析、低電壓空載、變比、繞組直流電阻等多項試驗，判斷變壓器已經(jīng)發(fā)生了低壓導(dǎo)電回路損傷，該損傷導(dǎo)致了繞組的短接故障、導(dǎo)電回路的熔蝕損傷。

2 原因分析

6月22日，對該臺故障主變壓器進(jìn)行返廠解體分析。

C相低壓繞組 B相低壓繞組

通過解體發(fā)現(xiàn)，B、C相繞組發(fā)生嚴(yán)重的軸相繞組變形，并且存在繞組匝間短路及斷股，與試驗檢查結(jié)果完全一致。

通過現(xiàn)場分析，發(fā)現(xiàn)該變壓器的制造工藝存在缺陷，具體體現(xiàn)在：

（1）三相繞組的高度存在不一致的問題，故障后實測b相低壓線圈存有20mm未壓實空隙，現(xiàn)場對沒有故障的每相3/4高度進(jìn)行了測量a相高度1226mm，b相高度1225mm，c相高度1220mm，由此判斷出三相低壓線圈存在未壓實情況。從軸向高度尺寸可以看出，廠家對變壓器生產(chǎn)過程中的工藝控制存在缺陷。

（2）從現(xiàn)場解體情況看，廠家所用的自粘換位導(dǎo)線，沒有充分粘合，變壓器繞組輻向沒有出現(xiàn)明顯的變形，表明導(dǎo)致變壓器繞組變形的主要原因是變壓器繞組的軸向失穩(wěn)，變壓器的上端壓緊結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致線圈a、c相匝間出現(xiàn)短路。

由此得出的結(jié)論是：該型變壓器存在嚴(yán)重的設(shè)計、制造缺陷，#4主變壓器耐受短路沖擊的能力不足是本次主變壓器損壞事故的唯一原因。

3 結(jié)束語

3.1 該變壓器的故障實例表明，對于新入網(wǎng)的變壓器應(yīng)加強管理，實現(xiàn)對設(shè)備的全過程技術(shù)監(jiān)督，在技術(shù)協(xié)議書中對設(shè)備的抗短路能力做出明確的要求，并要求提供同型號變壓器的抗短路能力型式試驗報告。要求變壓器廠家加強制造過程的工藝管控，提升變壓器的制造水平，并隨設(shè)備提供有效的計算報告。

3.2 設(shè)備運維單位應(yīng)同時在技術(shù)和管理上采取有效措施，通過在變壓器低壓側(cè)加裝電抗器，加強用戶設(shè)備管理等手段，改善變壓器的運行條件，減少外部短路對變壓器的沖擊。運行中變壓器在承受近區(qū)或出口短路后，應(yīng)綜合考慮短路電流的大小、次數(shù)和短路耐受能力，及時進(jìn)行油色譜分析和繞組變形試驗，準(zhǔn)確掌握變壓器的健康水平。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T722-2000.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].