一起非晶合金配電變壓器匝間短路故障研究

楊佳泉（上海置信電氣非晶有限公司,上?！?00035）

?

一起非晶合金配電變壓器匝間短路故障研究

楊佳泉
（上海置信電氣非晶有限公司,上海200035）

摘 要：本篇文章主要對(duì)非晶合金電變壓器的基本參數(shù)以及結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行分析，并針對(duì)出現(xiàn)的一起非晶合金配電變壓器匝間短路方面的故障進(jìn)行詳細(xì)描述，深入分析故障出現(xiàn)原因，闡述配電變壓器發(fā)生故障的過程以及發(fā)生故障的相關(guān)因素，并針對(duì)故障問題提出一定的預(yù)防辦法，以供讀者參考借鑒。

關(guān)鍵詞：非晶合金;配電變壓器;匝間短路故障

OI : 10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.145

1　前言

隨著社會(huì)的發(fā)展以及人們生活水平的提升，人們對(duì)于電力方面的要求也在不斷提高。配電網(wǎng)作為用電客戶與終端聯(lián)系較為直接的一個(gè)供電系統(tǒng)，是目前受到關(guān)注較多的能源輸送環(huán)節(jié)。配電網(wǎng)的核心設(shè)備是配電變壓器，其作用是對(duì)電壓進(jìn)行變換，對(duì)電能進(jìn)行分配和傳輸，可以說配電變壓器是配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)、有效運(yùn)行的保證。以非晶合金作為鐵心基材的非晶合金配電變壓器之所以受到人們的親睞，是因?yàn)槠浔＝?jīng)濟(jì)、節(jié)能降耗的性能特點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)工藝，非晶合金鐵心配電變壓器結(jié)構(gòu)較為特殊，有別于常規(guī)的硅鋼變壓器，需要更為特殊的制造工藝及生產(chǎn)工序，若生產(chǎn)廠家技術(shù)及生產(chǎn)能力有限，則極易導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生故障。本篇文章著重研究非晶合金鐵心配電變壓器的相關(guān)參數(shù)以及工藝，并結(jié)合一起配電短路事件進(jìn)行相關(guān)分析，闡述解決措施。具體情況如下所示。

2　非晶合金配電變壓器的結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)

（1）晶合金配電變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。非晶合金配電變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)為4個(gè)(或8個(gè))非晶合金材質(zhì)的鐵心框所組成的一個(gè)四框五柱式鐵心結(jié)構(gòu)。由于非晶合金材質(zhì)的鐵心片厚度較薄，其受力敏感的鐵心性能使得鐵心不能像硅鋼變壓器那樣起到強(qiáng)大的支撐作用，其受力敏感的鐵心性能使得鐵心不能像硅鋼變壓器那樣起到強(qiáng)大的支撐作用。當(dāng)非晶合金材質(zhì)鐵心受到外部應(yīng)力作用時(shí)，很容易影響自身的損耗及噪音性能。為了降低鐵心的受力，需要采用繞組支撐鐵心的特殊結(jié)構(gòu)（見圖1），便于有效降低鐵心的受應(yīng)力情況。

（2）非晶合金配電變壓器的工藝特點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)的圓繞組設(shè)計(jì)，非晶合金鐵心配電變壓器使用的是矩形繞組。由于導(dǎo)線對(duì)于矩形磨具不能夠很好的進(jìn)行貼服，造成繞組在生產(chǎn)過程中的幅向尺寸控制較為困難。故而繞組在制造過程中需經(jīng)過一道壓裝工序以控制幅向尺寸。但由于壓機(jī)力量巨大，一旦繞組生產(chǎn)過程中控制不當(dāng)，極易造成壓過頭現(xiàn)象。且絕緣出現(xiàn)微小破損時(shí)，有可能一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備仍可有效運(yùn)行，但長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)放電，極易引起絕緣惡化，從而造成變壓器繞組短路。故生產(chǎn)工藝的先進(jìn)及控制有效性，直接影響了非晶變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量。因而技術(shù)及工藝有限的生產(chǎn)廠家極易產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量問題。此外，矩形繞組不能夠很均勻的進(jìn)行受力，導(dǎo)致當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，極容易發(fā)生變形。

3　非晶合金配電變壓器運(yùn)行過程中故障發(fā)生的具體過程及處理方法

（1）故障發(fā)生情況。在2014年9月15日19點(diǎn)19分，配電工作人員發(fā)現(xiàn)管轄區(qū)域出現(xiàn)配電變壓器毀壞（圖2-4），對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)A相的熔管與C相的熔絲被燒壞，變壓器頂部位置噴射較多油性成分。故障發(fā)生當(dāng)日，天氣情況較好，基本滿足變壓器的負(fù)載要求，負(fù)載率在58%左右。

（2）變壓器主要參數(shù)。本次研究發(fā)生故障的配電變壓器為非晶合金配電變壓器，其型號(hào)為某個(gè)35千伏變電站上使用的柱上變壓器，且配置有熔斷器。變壓器型號(hào)為：SBH15-M-200/10，繞組為層式雙繞組結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層低壓繞組，材質(zhì)為銅箔；外層高壓繞組，材質(zhì)為漆包銅線；箱體使用全密封一體結(jié)構(gòu)。于2014年8月投運(yùn)使用。

4　檢修結(jié)果

變壓器發(fā)生故障后立即進(jìn)行檢修，現(xiàn)場(chǎng)情況大致為：第一，配電器高壓A相的熔管與C相的熔絲被燒壞，變壓器頂部位置噴射較多油性成分。第二，絕緣油顏色發(fā)黑，存在雜質(zhì)。第三，配電變壓器的高壓側(cè)不能夠測(cè)量到電阻值。第四，二次測(cè)量，電阻不平衡率為1%，符合正常范圍要求，一次測(cè)量不平衡率為5%，超差情況嚴(yán)重，其中A相和C相的直流電阻小。

5　檢查過程

將配電變壓器吊起，進(jìn)行觀察，能夠發(fā)現(xiàn)絕緣油存在污穢，說明變壓器有電弧放電情況發(fā)生，導(dǎo)致絕緣的油和材料發(fā)生分解，雜質(zhì)融入油中。檢查高壓繞組時(shí)，C相的高壓線圈已經(jīng)較為松散并出現(xiàn)破損，可以判斷變壓器短路時(shí)，電流大，導(dǎo)致綁扎帶發(fā)生損害。加上C相處的高壓線圈存在斷股，短路電流存在熱效應(yīng)，在電動(dòng)力的聯(lián)合作用下，導(dǎo)致高壓線圈發(fā)生熔斷。

6　總結(jié)引起故障的原因

對(duì)本次研究的該起電路故障進(jìn)行分析，可以看出，在配電變壓器的高壓側(cè)，特別是C相的位置，由于匝間短路的發(fā)生，導(dǎo)致A相和C相流經(jīng)的電流較大，將這兩相熔斷，再加上短路電流存在較高的熱效應(yīng)，使得高壓線圈也發(fā)生熔斷，綁扎帶發(fā)生損害，絕緣油開始噴油，短路處絕緣油由于雜質(zhì)混雜而變黑。

分析此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，變壓器的最大分接與額定分接電阻不能夠測(cè)出，表明斷股斷線情況嚴(yán)重，使用額定分接的方法，能夠測(cè)得直流電阻，表明高壓線圈處能夠測(cè)得A相和C相的直流電阻，其不平衡率在百分之二十五。說明變壓器的高壓側(cè)包括A相和C相間發(fā)生較為嚴(yán)重的短路故障，并對(duì)短路故障進(jìn)行分析，最終能夠得出發(fā)生故障的位置是C相[3-4]。

分析故障產(chǎn)生的理論條件，將變壓器中的鐵心拆除后，可以明確變壓器繞組發(fā)生故障的具體情況以及發(fā)生故障的具體位置。觀察C相高壓線圈，其最外側(cè)存在三層左右的熔斷，也就是說絕緣層受到損害，內(nèi)部的導(dǎo)線上包裹的絕緣漆已經(jīng)部分脫落。故障的位置發(fā)生在高壓矩形繞組較為邊角的位置，其熔斷的原因同電廠存在較高的通電強(qiáng)度關(guān)系密切。

另外，本次非經(jīng)合金材質(zhì)的變壓器，生產(chǎn)時(shí)間為2014年3月，2014年8月投運(yùn)使用，運(yùn)行時(shí)間較短，運(yùn)行負(fù)載率百分之五十八，屬于合理范圍，排除運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)荷電流高等年久老化等因素。根據(jù)高壓線圈發(fā)生的絕緣受損情況進(jìn)行分析，表明故障不是一蹴而就的，而是逐步發(fā)生和發(fā)展的，損傷從內(nèi)部開始，逐漸向外進(jìn)行擴(kuò)散。對(duì)變壓器制作與取材的工藝方面進(jìn)行研究，能夠判斷出高壓線圈在進(jìn)行繞線的過程中存在較大缺陷，可能是繞制過程中絕緣碎屑控制不力，或在在繞制過程中使得導(dǎo)線絕緣發(fā)生破損，特別是經(jīng)過壓裝后，這一缺陷有可能更為惡化，從而積重難返，當(dāng)運(yùn)行發(fā)生局部放電時(shí)，長(zhǎng)期積累，容易導(dǎo)致絕緣部位發(fā)生老化，最終發(fā)生匝間短路。

7　結(jié)語

針對(duì)本次研究的這起非晶合金鐵心配電變壓器，其發(fā)生匝間短路問題，進(jìn)行分析，可以知道非晶合金材質(zhì)配電變壓器的以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，對(duì)高壓線圈進(jìn)行繞制及壓裝時(shí)，容易發(fā)生匝間絕緣缺陷；第二，使用矩形繞組，在變壓器拐角處較集中，導(dǎo)致局部放電的破壞作用加大；第三，進(jìn)行制造時(shí)，一旦材料相對(duì)粗糙，工藝較落后，極易發(fā)生生產(chǎn)缺陷，從而造成產(chǎn)品故障率的上升。提出建議如下。認(rèn)真監(jiān)督非晶合金鐵心配電變壓器進(jìn)行駐廠的一系列推進(jìn)過程；注重檢查原材料和制作工藝，提升入網(wǎng)檢測(cè)方面的試驗(yàn)，必要時(shí)使用局部放電進(jìn)行試驗(yàn)；做好防護(hù)措施，保護(hù)配置靈敏性；提升日常維護(hù)管理能力，及早發(fā)現(xiàn)問題并處理；建立較為健全的監(jiān)管制度，做好對(duì)應(yīng)的檢測(cè)與排查工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]許強(qiáng).淺析農(nóng)村配電變壓器燒毀原因及對(duì)策[J].科技與企業(yè),2013(09):159-160.

[2]譚喜堂,呂佩佩,朱琴躍,成林坤.單相雙繞組變壓器匝間短路故障診斷[J].電氣自動(dòng)化,2015,37(01):73-74,107.

[3]夏珩軼,唐躍林,楊華忠,陳曉聰,汪力,魏剛,趙仲勇,李成祥,姚陳果.暫態(tài)過電壓檢測(cè)電力變壓器繞組匝間短路故障[J].電測(cè)與儀表,2015,52(12):73-76.

[4]王接旭,華向陽,王源鑠.變壓器高壓繞組匝間短路故障原因分析[J].電氣制造,2014(08):92-94.