老舊變壓器近區(qū)短路故障處理及分析

房博一

摘 ?要：文章對一起20世紀80年代生產(chǎn)并運行至今的500 kV變壓器主變短路故障的原因進行了分析，并詳細介紹了故障概況及短路情況，提出了相應的處理和預防措施。

關鍵詞：500 kV變壓器;繞組;短路;分析

中圖分類號：TM406 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0080-02

20世紀80年代末，單相自耦變壓器的設計受限于當時的工藝和設計驗證水平，變壓器普遍抗短路能力不強的缺陷，尤其是變壓器近區(qū)短路，其特性主要表現(xiàn)在：線圈未采用高強度半硬銅和自粘性換位導線，未采用整體套裝和恒壓干燥工藝，無內(nèi)襯硬紙筒。受限于當時國內(nèi)無大型成套計算軟件，變壓器抗短路強度設計時對漏磁分布、繞組軸向和幅向受力及導線應力計算結(jié)果與實際變壓器受力情況存在較大差異。未采用撐條加倍、墊塊加密等提高變壓器抗短路能力的措施，導致軸向和幅向抗短路能力不足。下文通過一起20世紀80年代生產(chǎn)并運行至今的老舊變壓器近區(qū)短路造成的故障案例，對變壓器的返廠檢修與處理進行了分析。

1 ?故障案例

1.1 ?故障基本情況

2012年5月29日21時33分，某500 kV變電站220 kV近區(qū)（該站附近開關站啟備變，故障點距離#1主變約800 m）發(fā)生故障，故障持續(xù)50 ms，在區(qū)外故障過程中，#1主變C相高壓側(cè)電流為3.34 kA（有效值），中壓側(cè)電流為11.52 kA（有效值）。在區(qū)外故障切除后10 ms，C相本體發(fā)生故障，#1主變差動保護、油壓速動繼電器、壓力釋放、輕重瓦斯相繼動作，切除故障。

1.2 ?變壓器基本信息

該變壓器為三繞組500 kV自耦變壓器，有20年的運行經(jīng)歷。根據(jù)歷史運行記錄，該變壓器自20年以來在運行期間經(jīng)受了多次大小不一的短路電流沖擊。按照規(guī)程要求，定期對該變壓器開展了預防性試驗，在此故障之前近三年內(nèi)運行狀況良好，無異?，F(xiàn)象。2010年進行大修后交接試驗、2011年、2011年開展了預防性試驗，試驗結(jié)果合格;歷次油化試驗及油色譜在線監(jiān)測裝置歷次數(shù)據(jù)合格。故障變壓器相關基本參數(shù)見表1。

2 ?故障分析及處理

2.1 ?變壓器返廠后解體檢查情況

①內(nèi)外壓板有高低不平現(xiàn)象。

②中壓線圈Ⅱ上部角環(huán)有炭黑。

③中壓線圈Ⅱ上部角環(huán)局部有變形損壞，端圈墊塊錯位。

④中壓線圈Ⅱ上部導線扭曲變形，端圈有炭黑顆粒。

⑤中壓線圈Ⅱ外側(cè)圍屏有撕裂現(xiàn)象。

⑥中壓線圈Ⅱ外側(cè)第一層圍屏有嚴重炭黑痕跡，如圖1所示。

⑦中壓線圈Ⅱ線餅發(fā)生嚴重扭曲變形，匝絕緣破損露銅。

⑧中壓線圈Ⅱ油隙墊塊、撐條嚴重竄位，整個線圈發(fā)生扭曲。

⑨中壓線圈Ⅱ?qū)Ь€發(fā)生嚴重燒蝕、變形斷股，如圖2所示。

⑩中壓線圈Ⅱ?qū)Ь€向內(nèi)嚴重凹陷、變形。

{11}鐵心、油箱未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 ?變壓器短路能力核算及對比分析

在該變壓器的設計生產(chǎn)時期，受當時技術水平的限制，沒有專門的變壓器短路附件強度計算軟件，計算手段只能是進行手算校核，不能反映變壓器短路時的實際情況。

運用專用變壓器短路強度計算軟件對該臺故障變壓器在2012年5月29日的短路故障進行分析，該變壓器C相高壓側(cè)電流為3.47 kA，中壓電流9.29 kA，按單相對地短路工況進行計算，該變壓器（原結(jié)構(gòu)）是不安全的。

①在變壓器的解體過程中可以發(fā)現(xiàn)，高壓線圈、中壓1線圈、低壓線圈、調(diào)壓線圈沒有發(fā)生損傷。中壓2線圈破壞嚴重，其中雖然中壓1線圈端部線餅軸向抗倒伏強度計算值是不安全，但由于采取了加強措施，沒有發(fā)生破壞。

以線餅翻轉(zhuǎn)破壞情況為例，如圖3所示，破壞段號是E1，該段徑向壓曲強度最小安全系數(shù)1.31，徑向壓應力39.7 MPa，小于允許的最小安全系數(shù)。該段軸向抗倒伏強度最小安全系數(shù)0.87，小于允許的最小安全系數(shù)。由于該段徑向及軸向都失穩(wěn)，因此該段線餅發(fā)生翻轉(zhuǎn)破壞。

②再以另外一種線餅翻轉(zhuǎn)破壞情況為例，如圖4所示，破壞段號是E2（共66段），該段徑向壓曲強度最小安全系數(shù)1.13，徑向壓應力45.8 MPa，小于允許的最小安全系數(shù)。該段軸向抗倒伏強度最小安全系數(shù)0.48，小于允許的最小安全系數(shù)。由于該段徑向及軸向都失穩(wěn)，因此該段線餅發(fā)生翻轉(zhuǎn)破壞。

③線餅徑向失穩(wěn)變形破壞情況如圖5所示，破壞段號是E2（共66段），徑向壓曲強度最小安全系數(shù)1.13，徑向壓應力45.8 MPa，小于允許的最小安全系數(shù)。由于發(fā)生破壞位置E2段線圈軸向壓力較小，軸向抗倒伏強度是安全的，因此這些線餅只發(fā)生了徑向失穩(wěn)變形。

④徑向彎曲變形如圖6所示，徑向彎曲變形如圖7所示，破壞段號是E2（共66段），由于其位于線圈下端部，徑向壓力不是最大值位置，但其徑向壓力已足以使線餅發(fā)生徑向彎曲變形。

針對該臺變壓器短路如上短路受損情況，采取加強措施，中壓線圈采用半硬自粘性換位導線（徑向受壓線圈），其余線圈采用半硬銅導線。采用改進結(jié)構(gòu)后，變壓器可承受11 700 A的短路電流沖擊。

2.3 ?返廠檢修處理措施

①更換全部繞組，包括：高壓、中壓、低壓、調(diào)壓繞組，并對原設計進行優(yōu)化，導線采用半硬銅和自粘換位導線以加強線圈的支撐;線圈繞制在5 mm特硬紙筒上，以提高繞組的抗失穩(wěn)能力，增強繞組抗短路能力;按照原圖紙生產(chǎn)全新地屏。

②更換全部絕緣件，包括：線圈墊塊、鐵心墊塊、端圈、壓板、角環(huán)、成型件、撐條、圍屏紙板等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

③更換引線和支架，并按照原圖紙生產(chǎn)。

④更換全部緊固件，包括：絕緣螺桿、螺母、金屬螺栓、螺母，壓釘及壓釘及釘碗等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

⑤更換全部密封膠墊，包括：箱沿膠條、升高座膠圈等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

⑥對油箱、升高座、金屬管件和等進行清理，重新噴表漆（外漆顏色）。

⑦對無載分接開關、開關操作箱、齒輪盒進行檢查、清理，包括更換易損件，重新調(diào)試合格后方可使用。

⑧對所有套管和套管CT進行檢查和試驗，處理合格后方可使用。

⑨對存放在變電站的儲油柜、主控制箱、端子箱、橋架以及繞組溫度計、溫度控制器、瓦斯繼電器、壓力繼電器、吸濕器等，由柳州局進行妥善保管并進行全面檢查和校驗，確認合格后方可使用。

⑩絕緣裝配、引線裝配并進行器身半成品試驗。

{11}器身入爐干燥并整理器身后二次回爐干燥。

{12}器身出爐、總裝配、抽真空、注油、熱油循環(huán)、靜放。

{13}全部出廠試驗。

{14}拆卸附件、附件包裝。

{15}主體壓油、排油充氮。

{16}主體和全部附件發(fā)運。

2.4 預防措施

根據(jù)如上變壓器近區(qū)短路情況，運行單位特針對20世紀80年代生產(chǎn)的老舊變壓器進行了排查，并根據(jù)DL/T 1093-2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則》中要求的短路電流的大小、持續(xù)時間、累計次數(shù)決定，對變壓器進行繞組變形試驗。

根據(jù)GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用設備廠家提供的技術參數(shù)進行核算變壓器最大穿越電流與變壓器受到?jīng)_擊時的短路電流進行對比，根據(jù)沖擊情況進行油色譜分析，并根據(jù)分析情況進行預防性試驗，判斷變壓器運行情況，并根據(jù)變壓器專項狀態(tài)評價適當?shù)目s短預防性試驗周期。

3 ?結(jié) ?語

近年來，隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，系統(tǒng)短路容量越來越大，20世紀80年代生產(chǎn)的老舊變壓器設備普遍面臨著絕緣老化，運行工況差的問題，而近年來隨著設備全生命周期管理，這些變壓器由于未到報廢年限，凈值率較高等因素，還未達到報廢條件，老舊變壓器的抗短路已成為一個突出問題。提高變壓器本體的抗短路能力是防止外部短路引發(fā)變壓器損壞事故的關鍵。工廠化檢修逐漸成為目前變壓器檢修的一種趨勢，加強變壓器狀態(tài)專項評估，根據(jù)評估情況進行工廠化檢修，是預防電網(wǎng)外部短路引發(fā)變壓器事故的有效途徑。

參考文獻：

[1] 鄧勇，王劍，劉勇.一起220 kV主變故障案例分析[J].變壓器，2013，50（4）：69-72.

[2] 仇煒，吳偉文.110 kV變壓器事故分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：67-70.

[3] 劉勝軍.突發(fā)短路造成220 kV變壓器損壞原因分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：75-78.

[4] 王健.基于計算校驗的變壓器短路事故分析及建議措施[J].變壓器，2013，50（4）：65-68.

[5] 李強，胡東，孫昭昌.一臺220 kV變壓器短路故障分析[J].變壓器，2014，51（2）：74-75.

[6] 尹克寧.變壓器設計原理[M].北京：中國電力出版社，2003.

③更換引線和支架，并按照原圖紙生產(chǎn)。

④更換全部緊固件，包括：絕緣螺桿、螺母、金屬螺栓、螺母，壓釘及壓釘及釘碗等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

⑤更換全部密封膠墊，包括：箱沿膠條、升高座膠圈等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

⑥對油箱、升高座、金屬管件和等進行清理，重新噴表漆（外漆顏色）。

⑦對無載分接開關、開關操作箱、齒輪盒進行檢查、清理，包括更換易損件，重新調(diào)試合格后方可使用。

⑧對所有套管和套管CT進行檢查和試驗，處理合格后方可使用。

⑨對存放在變電站的儲油柜、主控制箱、端子箱、橋架以及繞組溫度計、溫度控制器、瓦斯繼電器、壓力繼電器、吸濕器等，由柳州局進行妥善保管并進行全面檢查和校驗，確認合格后方可使用。

⑩絕緣裝配、引線裝配并進行器身半成品試驗。

{11}器身入爐干燥并整理器身后二次回爐干燥。

{12}器身出爐、總裝配、抽真空、注油、熱油循環(huán)、靜放。

{13}全部出廠試驗。

{14}拆卸附件、附件包裝。

{15}主體壓油、排油充氮。

{16}主體和全部附件發(fā)運。

2.4 預防措施

根據(jù)如上變壓器近區(qū)短路情況，運行單位特針對20世紀80年代生產(chǎn)的老舊變壓器進行了排查，并根據(jù)DL/T 1093-2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則》中要求的短路電流的大小、持續(xù)時間、累計次數(shù)決定，對變壓器進行繞組變形試驗。

根據(jù)GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用設備廠家提供的技術參數(shù)進行核算變壓器最大穿越電流與變壓器受到?jīng)_擊時的短路電流進行對比，根據(jù)沖擊情況進行油色譜分析，并根據(jù)分析情況進行預防性試驗，判斷變壓器運行情況，并根據(jù)變壓器專項狀態(tài)評價適當?shù)目s短預防性試驗周期。

3 ?結(jié) ?語

近年來，隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，系統(tǒng)短路容量越來越大，20世紀80年代生產(chǎn)的老舊變壓器設備普遍面臨著絕緣老化，運行工況差的問題，而近年來隨著設備全生命周期管理，這些變壓器由于未到報廢年限，凈值率較高等因素，還未達到報廢條件，老舊變壓器的抗短路已成為一個突出問題。提高變壓器本體的抗短路能力是防止外部短路引發(fā)變壓器損壞事故的關鍵。工廠化檢修逐漸成為目前變壓器檢修的一種趨勢，加強變壓器狀態(tài)專項評估，根據(jù)評估情況進行工廠化檢修，是預防電網(wǎng)外部短路引發(fā)變壓器事故的有效途徑。

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③更換引線和支架，并按照原圖紙生產(chǎn)。

④更換全部緊固件，包括：絕緣螺桿、螺母、金屬螺栓、螺母，壓釘及壓釘及釘碗等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

⑤更換全部密封膠墊，包括：箱沿膠條、升高座膠圈等，并按照原圖紙生產(chǎn)。

⑥對油箱、升高座、金屬管件和等進行清理，重新噴表漆（外漆顏色）。

⑦對無載分接開關、開關操作箱、齒輪盒進行檢查、清理，包括更換易損件，重新調(diào)試合格后方可使用。

⑧對所有套管和套管CT進行檢查和試驗，處理合格后方可使用。

⑨對存放在變電站的儲油柜、主控制箱、端子箱、橋架以及繞組溫度計、溫度控制器、瓦斯繼電器、壓力繼電器、吸濕器等，由柳州局進行妥善保管并進行全面檢查和校驗，確認合格后方可使用。

⑩絕緣裝配、引線裝配并進行器身半成品試驗。

{11}器身入爐干燥并整理器身后二次回爐干燥。

{12}器身出爐、總裝配、抽真空、注油、熱油循環(huán)、靜放。

{13}全部出廠試驗。

{14}拆卸附件、附件包裝。

{15}主體壓油、排油充氮。

{16}主體和全部附件發(fā)運。

2.4 預防措施

根據(jù)如上變壓器近區(qū)短路情況，運行單位特針對20世紀80年代生產(chǎn)的老舊變壓器進行了排查，并根據(jù)DL/T 1093-2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則》中要求的短路電流的大小、持續(xù)時間、累計次數(shù)決定，對變壓器進行繞組變形試驗。

根據(jù)GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用設備廠家提供的技術參數(shù)進行核算變壓器最大穿越電流與變壓器受到?jīng)_擊時的短路電流進行對比，根據(jù)沖擊情況進行油色譜分析，并根據(jù)分析情況進行預防性試驗，判斷變壓器運行情況，并根據(jù)變壓器專項狀態(tài)評價適當?shù)目s短預防性試驗周期。

3 ?結(jié) ?語

近年來，隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，系統(tǒng)短路容量越來越大，20世紀80年代生產(chǎn)的老舊變壓器設備普遍面臨著絕緣老化，運行工況差的問題，而近年來隨著設備全生命周期管理，這些變壓器由于未到報廢年限，凈值率較高等因素，還未達到報廢條件，老舊變壓器的抗短路已成為一個突出問題。提高變壓器本體的抗短路能力是防止外部短路引發(fā)變壓器損壞事故的關鍵。工廠化檢修逐漸成為目前變壓器檢修的一種趨勢，加強變壓器狀態(tài)專項評估，根據(jù)評估情況進行工廠化檢修，是預防電網(wǎng)外部短路引發(fā)變壓器事故的有效途徑。

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[6] 尹克寧.變壓器設計原理[M].北京：中國電力出版社，2003.