220 kV主變短路故障后的綜合試驗分析

柯于剛，顧文雯

（1.江蘇省電力公司檢修分公司無錫分部，江蘇無錫214101；2.無錫供電公司，江蘇無錫214061）

220 kV主變短路故障后的綜合試驗分析

柯于剛1，顧文雯2

（1.江蘇省電力公司檢修分公司無錫分部，江蘇無錫214101；2.無錫供電公司，江蘇無錫214061）

通過油色譜分析、直流電阻測試、繞組電容量測量、低電壓短路阻抗試驗以及變壓器繞組變形試驗，對1臺220 kV主變發(fā)生近區(qū)短路故障后進(jìn)行了綜合試驗分析，發(fā)現(xiàn)了該變壓器低壓側(cè)C相繞組存在嚴(yán)重變形故障，這一分析結(jié)果得到了主變廠家吊罩檢查的映證，該分析方法為變壓器短路后試驗檢測和故障處理提供了有效參考。

變壓器；短路故障；油色譜分析；直流電阻；繞組變形

無錫地區(qū)220 kV某變電站2014年5月10日凌晨05：56，110 kV揚(yáng)蘆738開關(guān)零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護(hù)動作跳閘，重合不成。保護(hù)裝置顯示C相故障，故障電流7.83 kA，故障測距1.6 km。2號主變“輕瓦斯動作”告警。隨即對2號主變及110 kV揚(yáng)蘆738回路進(jìn)行了檢查，揚(yáng)蘆738保護(hù)裝置及一次設(shè)備情況正常，2號主變瓦斯繼電器內(nèi)發(fā)現(xiàn)有瓦斯氣體。經(jīng)查閱資料，該站2號主變1993年5月生產(chǎn)，1993年9月投運(yùn)，主變型號OSFPS7-180000/220，編號93023，電壓組合220± 2×2.5%/121/38.5 kV、連接組別YNa0yn0+d，2009年進(jìn)行過現(xiàn)場吊罩大修，最近一次修試日期為2013年11月20日。

1　變壓器油色譜分析

主變故障后，第一時間對2號主變進(jìn)行油色譜分析，發(fā)現(xiàn)油中乙炔含量從0增長至32.8 μL/L，如表1所示。

表1　2號主變故障前后變壓器油色譜分析對比μL/L

由表1可以看出，主變故障前后油中CO，CO2含量基本沒有變化，說明主變本體潛伏性故障或長期性過熱并不存在，故障未對固體絕緣材料造成大量的熱分解。故障后氫氣含量為62 μL/L，總烴值為109.4 μL/L，乙炔值32.8 μL/L，根據(jù)IEC三比值法計算，特征氣體編碼為102，由此可以判斷2號主變內(nèi)部有強(qiáng)烈的突發(fā)性電弧放電故障發(fā)生，高能量的故障電流促使絕緣油分解產(chǎn)生大量的烴類及氫氣，特別是乙炔氣體［1］。2號主變短路故障后氫氣含量由14 μL/L劇增至93 μL/L，雖未超出溶解氣體濃度的注意150 μL/L，但從產(chǎn)氣增量上可以判斷主變本體存在突發(fā)性的放電故障，初步分析該主變可能出現(xiàn)內(nèi)部絕緣缺陷。為防止變壓器缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大，向調(diào)度申請緊急停用該主變，下午13：03時，2號主變改為冷備用狀態(tài)。

2　變壓器繞組變形測試

考慮到其他試驗后，剩磁會對繞組變形試驗有影響，首先進(jìn)行該項試驗［2］。變壓器發(fā)生短路故障后，在短路沖擊電流的作用下，變壓器繞組和變壓器機(jī)械結(jié)構(gòu)會受到機(jī)械應(yīng)力的沖擊，往往會導(dǎo)致繞組一定程度的變形［3］。雖然變壓器設(shè)計時都要求具有一定的抗短路沖擊能力，但是考慮到2號主變以往曾發(fā)生過數(shù)次短路故障，但并未導(dǎo)致繞組嚴(yán)重程度的變形。為了診斷此次短路故障給主變造成的損害程度以及確定該主變是否可繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行繞組變形測試［4］。對主變高壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)繞組分別進(jìn)行了測試，測試頻譜圖如圖1—3所示。

圖1　2號主變高壓側(cè)繞組頻響圖譜

由圖1可以看出，高壓側(cè)繞組三相曲線隨頻率變化一致性較好，可初步認(rèn)為高壓側(cè)繞組未發(fā)生變形。由圖2可以看出，中壓繞組三相間頻率響應(yīng)曲線低頻段相比高壓繞組而言一致性相對較差，可認(rèn)為有輕微變形，中頻段和高頻段三相一致性較好，由于高頻段繞組的對地電容及匝間或餅間電容起主導(dǎo)作用，相對位移未發(fā)生變化。由圖3可以看出，2號主變的低壓側(cè)繞組三相相似性比較差，相對于高壓繞組和中壓側(cè)繞組而言變形明顯，C相頻響曲線相差最大，相對于A相、B相而言低頻段波形的波峰、波谷發(fā)生偏移，整體波形也有明顯變化，可認(rèn)為主變低壓繞組發(fā)生了明顯變形。因頻響測試目前仍停留在測試實踐經(jīng)驗多的總結(jié)上［5］，需結(jié)合其他試驗（低電壓短路阻抗和電容量測量等）方法對故障情況做進(jìn)一步的確定。

圖2　2號主變中壓側(cè)繞組頻響圖譜

圖3　2號主變低壓側(cè)繞組頻響圖譜

3　低電壓短路阻抗測試

阻抗法是通過測量工頻電壓下變壓器繞組的短路阻抗或漏抗來反映繞組的變形和移位及匝間開路和短路等缺陷。對變壓器繞組的幅向變形、軸向扭曲、匝間開路、短路等影響整體電感的變形較為靈敏［5］?，F(xiàn)場進(jìn)行低電壓短路阻抗試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　2號主變故障前后低電壓短路阻抗試驗數(shù)據(jù)對比

從表2所示數(shù)據(jù)可看出，中壓對低壓短路阻抗C相與A相、B相橫向偏差達(dá)-15.47%，中壓對低壓短路阻抗C相與歷史數(shù)據(jù)比較差值為-17.44%，高壓對中壓短路阻抗C相與A相、B相橫向偏差達(dá)8.43%，高壓對中壓短路阻抗C相與歷史數(shù)據(jù)比較差值達(dá)7.083 %。高壓對低壓短路阻抗C相與A相、B相橫向偏差達(dá)-7.58%，高壓對低壓短路阻抗C相與歷史數(shù)據(jù)比較差值為9.09%，均超過規(guī)程規(guī)定［6］（試驗規(guī)程規(guī)定短路阻抗相間偏差注意值為2%，與初值差不超過3%）。根據(jù)短路阻抗試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合之前的繞組變形試驗可以確定低壓繞組C相發(fā)生變形。

4　變壓器繞組的電容測量

變壓器的繞組可以看成由電阻、電容、電感等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，而繞組的等值電容量直接反映出各繞組間、繞組對鐵心、繞組對箱體及地的相對位置和繞組的自身結(jié)構(gòu)等。變壓器產(chǎn)品出廠后，其各繞組的電容量基本上是一定的，即使在有溫度、濕度影響的情況下，其電容量變化應(yīng)很?。?］。但當(dāng)變壓器遭受短路沖擊后，若某側(cè)繞組變形嚴(yán)重，則其電容量變化相應(yīng)也較大。因此可以通過電容量的變化來判斷主變的內(nèi)部變形情況，可以對主變內(nèi)部絕緣的狀況有一個初步的判斷。2號主變繞組電容量測量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　2號主變故障后介質(zhì)損耗及電容量測量

將試驗數(shù)據(jù)與最近一次預(yù)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)高（中）壓繞組對低壓、平衡繞組及地電容量與上次修試時比較電容量偏差10.99%；低壓對高（中）壓、平衡繞組及地電容量與上次修試時比較電容量偏差7.47%，均超過標(biāo)準(zhǔn)要求。

可見，高（中）壓繞組與低壓繞組、平衡繞組及油箱之間發(fā)生了相對位移，從而導(dǎo)致了繞組電容量的變化，該結(jié)果與繞組變形和短路阻抗的試驗相一致，也相互映證。

5　變壓器繞組的直流電阻測量

為確定變壓器短路故障后，繞組由于短路電流的沖擊，繞組產(chǎn)生嚴(yán)重變形造成匝、股間短路，同時由于大電流沖擊，過電流薄弱環(huán)節(jié)，如分接開關(guān)、套管引線接頭，將軍帽與線圈引出線之間會造成接觸不良。接觸不良，匝間和股間短路可通過測量繞組直流電阻來發(fā)現(xiàn)。主變直流電阻測量數(shù)據(jù)如表4所示，與歷史數(shù)據(jù)相比未見異常。

表4　2號主變繞組直流電阻測量

6　變壓器吊芯檢查

6月18日，2號主變被運(yùn)往常州西電變壓器有限公司生產(chǎn)車間進(jìn)行現(xiàn)場吊芯檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低壓側(cè)C相繞組發(fā)生了嚴(yán)重的扭曲變形，出現(xiàn)鼓包，這一檢查結(jié)果與繞組變形試驗數(shù)據(jù)分析和低電壓短路阻抗試驗相一致。在發(fā)生短路故障后，低壓繞組受到徑向力的擠壓，出現(xiàn)扭曲和鼓包，導(dǎo)致低壓與高壓繞組距離變小，電容量變大這與試驗結(jié)果相符。同時在檢查時發(fā)現(xiàn)C相上部鐵軛硅鋼片之間的短接線燒斷，由于受到擠壓，鐵心硅鋼片間的絕緣受損，硅鋼片間短接線流過大電流而燒毀，這也解釋了油色譜分析中出現(xiàn)乙炔氣體并急劇增加的原因。

7　結(jié)束語

通過對一起220 kV主變短路故障后的綜合試驗分析，介紹了油色譜分析、繞組變形測試、低電壓短路阻抗試驗、繞組電容量測量及直流電阻測量等試驗方法在故障分析診斷中的運(yùn)用，對于發(fā)現(xiàn)變壓器的受損和保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定具有重要意義。對于主變短路故障處理進(jìn)行如下總結(jié)：

（1）變壓器的油色譜分析是監(jiān)視充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行和故障分析的最有效方法之一，但需要結(jié)合電氣試驗對故障類型，故障性質(zhì)和原因做詳細(xì)分析。

（2）繞組頻率響應(yīng)試驗和低電壓短路阻抗試驗，是進(jìn)行繞組變形分析的2種主要方法，繞組頻率響應(yīng)試驗方法比較靈敏，所含信息量大，易受干擾；而低電壓短路阻抗試驗技術(shù)目前比較成熟，已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在分析判斷時，相互映證，提高診斷的準(zhǔn)確性。

（3）變壓器繞組的電容量測量由于受試驗方法和接線的限制，在診斷故障時雖不及繞組頻率響應(yīng)試驗和低電壓短路阻抗試驗方面靈敏有效，但也能發(fā)現(xiàn)繞組位移和較明顯變形故障。

（4）本例變壓器短路故障鐵心硅鋼片短接片燒毀，為進(jìn)一步診斷鐵心是否受損，需進(jìn)行空載試驗。參考文獻(xiàn)：

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Analysis of 220 kV Main Transformer Short-Circuit Fault by Using Comprehensive Test Methods

KE Yugang，GU Wenwen
（1.Wuxi Division of Jiangsu Provincial Power Company Maintenance Branch，Wuxi 214101，China；2.Wuxi Power Surpply Company Dispatching Control Center，Wuxi 214061，China）

A comprehensive testing analysis，including oil chromatographic analysis，DC resistance test，winding capacitance measurement，low voltage short-circuit impedance test and transformer winding deformation test，on a 220 kV transformer's nearby short-circuit fault is implemented.Through this analysis，a serious distortion winding fault is found on the low voltage side of the C-phase winding.The finding is proved by hanging hood check.The testing analysis supplies an effective reference to transformer short-circuit testing and troubleshooting.

transformer；short-circuit fault；oil chromatographic analysis；DC resistance；winding deformation

TM41

B

1009-0665（2015）02-0021-03

2014-10-09；

2014-11-18

柯于剛（1980），男，湖北鄂州人，工程師，從事高壓電氣試驗工作；

顧文雯（1985），女，江蘇無錫人，工程師，從事電力自動化工作。