一起10 kV配電變壓器短路故障分析

羅艷，周秀，唐長應，田天，馬云龍，劉威峰

(1.國網寧夏電力有限公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750011；2.國網寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750011)

配電變壓器(以下簡稱“配變”)是配電網中的重要設備，通常裝在電桿上或配電所中，一般能將6～10 kV的高電壓降至400 V左右輸入用戶，以滿足人們的供電需求，保障電網正常運行[1-5]。故障配變不僅增加了管理費用的壓力，還影響了生產生活的正常用電，成為供電管理需迫切解決的實際問題。本文以某柱上配變短路故障為例，通過油色譜試驗、直流電阻試驗、低壓短路阻抗測試以及絕緣電阻試驗等方面診斷出該配變的故障原因，并通過對配變的解體檢查驗證故障診斷的正確性[6-9]。最后針對配變的運行維護及生產制造提出建議，為以后配變的安全運行及生產制造提供一定的參考經驗。

1 故障概述

2019年9月16日，某公司變電站望通聯(lián)絡線分支018-019號桿變壓器低壓開關內部遭受短路沖擊，造成018-019號桿變壓器故障，該配變采用Dyn11的連接方式，額定容量為315 kV·A，隨即開展現(xiàn)場檢查、現(xiàn)場特巡等工作，發(fā)現(xiàn)涉及停電專變8臺。

2 現(xiàn)場檢查及診斷分析

2.1 外觀檢查

外觀檢查無異常，高低壓套管無放電、無閃絡，分接開關無異常。

2.2 試驗數(shù)據(jù)分析

9月17日，對配變開展油色譜離線取樣分析，C2H2含量為3 882.17 μL/L，由此可知配變內部發(fā)生嚴重故障。9月21日，對配變開展診斷性常規(guī)試驗，其中低壓對地的絕緣電阻、低壓繞組直流電阻、低電壓短路阻抗均不合格。

2.2.1 油中溶解氣體色譜分析

2019年9月16日對配變開展離線油色譜試驗，數(shù)據(jù)如表1所示。特征氣體主要為C2H4和C2H2，C2H2和C2H4含量占到總烴的79.6%，C2H6含量較低，根據(jù)文獻[10]中的三比值法，其故障編碼為102，初步判斷變壓器內部存在電弧類放電，造成原因可能為繞組匝間或層間短路、導線熔斷、引線對箱殼放電或因環(huán)流引起電弧放電等。

表1 油色譜離線監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2.2 絕緣電阻測量

對配變開展60 s絕緣電阻測試試驗，數(shù)據(jù)如表2所示。高壓對低壓及地絕緣電阻測試值無異常，低壓對地絕緣電阻在測試過程中數(shù)值不穩(wěn)定，并在配變a、b相低壓側伴有微弱的放電聲響，初步判斷變壓器a、b相鐵芯與繞組間存在絕緣異常現(xiàn)象。

表2 絕緣電阻測試數(shù)據(jù)

2.2.3 直流電阻測量

對配變開展直流電阻測試試驗，數(shù)據(jù)如表3、表4所示。高壓繞組測試結果無異常，低壓a相與b、c相測試結果相差較大且不平衡率高達27.58%，即3/4Rob≈3/4Roc≈Roa，由于低壓線圈采用2×2導線設計，初步判斷a相低壓繞組存在1根導線斷股或脫焊的現(xiàn)象。

表3 高壓繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)

表4 低壓繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)

2.2.4 變比測量

對配變開展變比測試試驗，數(shù)據(jù)如表5所示。變比結果未發(fā)現(xiàn)異常。

表5 變壓器變比測試數(shù)據(jù)

2.2.5 低壓短路阻抗試驗

對配變開展低電壓短路阻抗測試試驗，測試值為4.10%，出廠值為4.32%，初值差為-5.1%，高壓繞組對低壓繞組的低電壓短路阻抗數(shù)據(jù)異常，初步判斷配變存在繞組變形現(xiàn)象。

通過以上試驗數(shù)據(jù)可知：配變發(fā)生繞組變形、a相繞組有1根導線斷股或脫焊，且a、b相鐵芯與繞組間絕緣降低。

3 吊芯解體檢查

3.1 絕緣油及繞組整體檢查情況

在吊芯過程中，發(fā)現(xiàn)配變箱體邊緣靠近A相、B相處有大面積煙熏炭黑痕跡，變壓器油嚴重劣化，油色發(fā)暗、發(fā)黑，如圖1所示，且絕緣螺桿及墊塊存在松動現(xiàn)象。

圖1 變壓器油色發(fā)暗、發(fā)黑

吊芯完成后，發(fā)現(xiàn) a、b相低壓繞組頂部鼓起，頂至繞組上部夾件處，可判斷低壓 a、b繞組受到短路電流沖擊，在軸向上有很大電動力的作用，出現(xiàn)軸向繞組變形；低壓c相繞組正常，無凸起現(xiàn)象，a、b相鐵芯上軛被頂起至上部夾件處。

3.2 a、b相低壓繞組線圈檢查情況

a相、b相低壓繞組整體發(fā)生嚴重軸向變形，其中a相低壓繞組右側、左側分別超出高壓繞組頂部2.5、0.3 cm，如圖2所示。b相低壓繞組右側、左側分別超出高壓繞組頂部4.0、2.0 cm，如圖3所示。a相、b相鐵芯端部燒灼嚴重，出現(xiàn)大片灼燒痕跡，如圖4所示。配變低壓繞組線圈采用2×2導線繞制方式，a相低壓繞組端部1根導線斷股，與a相低壓繞組的直流電阻數(shù)據(jù)測試結果一致，如圖5所示，b相繞組端部導線燒灼嚴重，但未發(fā)生斷裂。

圖2 a相低壓繞組兩側變形

圖3 b相低壓繞組兩側變形

圖4 a相鐵芯端部灼燒嚴重

圖5 a相低壓繞組端部1根導線斷股

3.3 上壓紙板及分接開關檢查情況

a、b相繞組上壓板變形且出現(xiàn)不同程度的斷裂，c相上壓紙板無異常，同時鐵芯上軛有明顯的燒黑痕跡，如圖6所示。分接開關處螺母燒灼嚴重，螺母上蓋出現(xiàn)燒熔現(xiàn)象，如圖7所示。

圖6 鐵芯上軛的炭黑痕跡

圖7 分接開關螺母灼燒處

通過對配變的解體發(fā)現(xiàn)：配變a、b相繞組發(fā)生明顯的軸向變形，且a、b相繞組與鐵芯端部接觸部位灼燒嚴重，a相繞組端部出現(xiàn)1根導線斷股。

4 結論及建議

4.1 結 論

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及吊芯解體檢查結果，綜合分析故障原因為在用戶用電量急劇增大時，造成低壓開關超負荷運行，導致其內部短路并引發(fā)故障。當a、b相低壓繞組受到外部較大的短路電流沖擊后，低壓繞組在軸向上的撐壓措施不夠，在軸向電動力的作用下發(fā)生明顯的軸向繞組變形，并造成繞組與鐵芯端部接觸，電弧造成接觸部位灼傷并使a相繞組一根導線斷股。

4.2 建 議

(1)加強配電的日常巡視力度，定期檢查配電的油溫、油色、油位，有無滲漏，呼吸器內的干燥劑顏色有無變化等，發(fā)現(xiàn)缺陷并及時消缺，避免分接開關和繞組在空氣中受潮。確保線路巡視工作到位，改善線路運行環(huán)境，避免配變受到外部短路電流沖擊造成的繞組變形。

(2)定期檢查用戶負荷的增長，進行準確估算，加強配變的監(jiān)測力度。根據(jù)當?shù)赜秒娯摵傻膶嶋H情況，及時檢查低壓開關的運行情況，避免因用戶負荷量的增大導致短路故障的發(fā)生。

(3)加強配變繞組工藝管控力度，考慮在繞組端部采用大塊層壓木支撐和壓緊，提升繞組在軸向上的機械強度。