一起35 kV線路舞動(dòng)放電導(dǎo)致的主變損壞

安 寧，孫 燕，馬振京，馬千里，馬 宇，王愛麗

（1.國(guó)網(wǎng)鞏義供電公司，河南 鞏義 451201；2.國(guó)網(wǎng)滎陽供電公司，河南 滎陽 450100）

電力變壓器是電力系統(tǒng)重要的電能傳輸設(shè)備，但運(yùn)行中經(jīng)常受到各種外部故障電流的沖擊，尤其近區(qū)域的沖擊，已成為變壓器損壞的主要原因。繞組變形和匝間短路故障，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 主變故障

1.1 情況介紹及設(shè)備參數(shù)

2016年1月24日12:12，某220 kV 1號(hào)主變重瓦斯動(dòng)作，主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳閘。故障前，35 kV二段母線及出線檢修，35 kV一段母線在1號(hào)主變運(yùn)行，35kV所帶負(fù)荷大部分為水電專線，用電負(fù)荷約6MW，水電送出約40 MW。經(jīng)檢查主變低壓繞組及鐵芯絕緣顯著降低，低壓繞組直流電阻偏差超標(biāo)，低電壓短路阻抗相間互差超標(biāo)，油色譜數(shù)據(jù)超標(biāo)，初步判斷為主變內(nèi)部故障。對(duì)35 kV線路巡線檢查，結(jié)果證實(shí)因線路舞動(dòng)放電短路，造成主變低壓側(cè)內(nèi)部故障。

變壓器為SFPSZ9-150000/220型變壓器，額定容量為150000/150000/75000 kVA，額定電壓為(230±8×1.25%)/117/(37±5%)kV，接線組別為：Ynd11，冷卻方式為：ONAN/ONAF/ODAF，出廠編號(hào)為：2002-56-65，2002年10月出廠，2003年10月投運(yùn)。

1.2 保護(hù)動(dòng)作檢查

2016年1月24日12:12:25，線路A、C相過流一段保護(hù)動(dòng)作，距離一段動(dòng)作，開關(guān)跳開，短路電流折算到一次側(cè)低壓繞組A相短路電流為8.8 kA，B相為4.4 kA；12:12:28，重合閘動(dòng)作；12:12:28，A、B相過流一段保護(hù)動(dòng)作、距離一段動(dòng)作，過流加速段動(dòng)作，開關(guān)再次跳開，短路電流折算到一次側(cè)低壓繞組B相短路電流8.7 kA，A、C相為4.3 kA；12:12:28，1號(hào)主變重瓦斯動(dòng)作，跳開1號(hào)主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。

從保護(hù)動(dòng)作信息可以看出，該主變?cè)诠收锨霸馐芰?次低壓側(cè)相間短路故障，分別為低壓A、C相間短路和低壓A、B相間短路，兩次短路過程中A相分別承受8.8、4.3 kA，B相分別承受4.4、8.7 kA，C相分別承受4.4、4.3 kA的短路電流。

1.3 故障后試驗(yàn)情況

故障后1號(hào)主變油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)乙炔已明顯增加，其中主變中部油樣乙炔15.86μL/L，底部油樣乙炔27.64μL/L，三比值102，屬于電弧放電，介質(zhì)損及油色譜分析如表1所示。

表1 變壓器介質(zhì)損和油色譜數(shù)據(jù) μL/L

35 kV低壓側(cè)直流電阻三相偏差6%，B相低壓繞組直流電阻明顯小于AC相，低壓側(cè)繞組絕緣電阻0.01 MΩ；鐵芯絕緣電阻為0，高壓-低壓短路阻抗相間互差超標(biāo)，其他試驗(yàn)結(jié)果無異常，試驗(yàn)結(jié)果顯示B相低壓繞組存在匝間短路，且與鐵芯之間的絕緣遭受破壞的可能性較大，直流電阻測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

1.4 主變抗短路能力校核

220 kV 1號(hào)主變抗短路能力結(jié)果為高中壓側(cè)為A類，低壓側(cè)為C類。35 kV側(cè)可承受的短路電路有效值為7.5 kA，本次短路電流約為8.7 kA，達(dá)到變壓器抗短路能力的核算值，如表3所示。

表3 主變低電壓短路阻抗數(shù)

1.5 歷年遭受短路情況

近5年35 kV出線共發(fā)生78次線路短路故障。其中，2014—2015年35 kV線路開關(guān)一段保護(hù)動(dòng)作切除故障31次（成功27次，重合不成功2次按切除故障4次計(jì)）。

31次故障中，有2次流過1號(hào)主變的電流達(dá)到7.2 kA以上，故障的發(fā)生時(shí)間和電流大?。?014年6月28日17:56，故障電流二次值約為24A，折算到35 kV側(cè)故障電流約7.2 kA，故障持續(xù)時(shí)間約為120 ms；2014年7月1日15:17，故障電流二次值約為25 A，折算到35 kV側(cè)故障電流約7.5 kA，故障持續(xù)時(shí)間約為120 ms。

上述2次的結(jié)果雖均小于低壓側(cè)可承受的短路電路有效值12.94 kA，但已達(dá)到允許短路電流值50%，為55.6%、57.9%。目前僅獲得最大故障電流的2次數(shù)據(jù)，如剩余27次中還存在一次，電流超過50%允許短路電流，則按照Q/GDW 11401—2015《輸變電設(shè)備不良工況分類分級(jí)及處理規(guī)范》規(guī)范性的要求，短路沖擊電流在允許短路電流的50%～70%之間，且次數(shù)累計(jì)達(dá)到3次及以上時(shí)，屬于一級(jí)不良工況，須要適時(shí)開展與繞組變形相關(guān)的試驗(yàn)與檢查，同時(shí)由于不良工況的存在，會(huì)對(duì)變壓器的繞組產(chǎn)生變形影響。

2 解體分析

2.1 解體檢查

B相鐵芯柱下部有12級(jí)鐵芯片局部燒熔，且表面附著銅沫，鐵芯保護(hù)絕緣紙筒及撐條鏈破損嚴(yán)重，如圖1所示。每相繞組由外到內(nèi)按高調(diào)線圈、高壓線圈、中壓線圈、低壓線圈、低調(diào)線圈排列，低壓線圈為自粘性換位導(dǎo)線。B相低壓繞組內(nèi)部的多處絕緣件破損受污，有大量游離碳及絕緣紙屑；高調(diào)線圈、高壓線圈外表完好，線餅外觀整齊，無變形；中壓線圈外表完好，內(nèi)部硬紙筒受擠壓開裂；低壓線圈多處扭曲變形，低壓線圈、低調(diào)線圈變形嚴(yán)重?zé)o法剝離；低壓線圈從上往下第26餅至末餅絕緣紙明顯破裂，存在大量游離碳；最末4餅完全散落、扭曲、熔融，部分線股斷裂；從下往上下第11～13餅低壓出線側(cè)附近有10 cm波浪狀變形；從上往下第6～8餅靠近A相側(cè)、第20～22餅靠近C相側(cè)存在匝間放電痕跡，絕緣紙?zhí)蓟尺B。

圖1 B相調(diào)壓繞組燒毀

A、C相繞組外觀完好，外部圍屏受污染，存在少許游離碳；高調(diào)、高壓、中壓、低壓線圈外表完好，線餅外觀整齊，無變形。由吊罩解體檢查，B相低壓繞組已嚴(yán)重變形，存在多處匝間短路，且與鐵芯短接，檢查結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果和油色譜分析吻合。

2.2 原因分析

綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和解體檢查情況，分析認(rèn)為此次1號(hào)主變故障原因如下。

故障時(shí)該主變35 kV側(cè)線路為強(qiáng)陣風(fēng)天氣，在強(qiáng)風(fēng)作用下線路發(fā)生舞動(dòng)，引起主變低壓側(cè)近區(qū)短路。該主變低壓側(cè)抗短路能力為C類，可承受的短路電路有效值為7.5 A，本次短路電流約為8.7 A，超過低壓線圈可承受短路電流值。

該主變歷年來曾多次遭受低壓側(cè)短路、重合閘沖擊，且其中可明確有2次短路電流超過變壓器允許短路電流值的50%，變壓器存在不良運(yùn)行工況，故障前該主變可能已經(jīng)存在一定程度繞組變形。

該主變?cè)谠馐艿谝淮味搪饭收? s后進(jìn)行了重合閘操作，導(dǎo)致繞組在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)遭受2次短路電流的沖擊。線圈遭受突發(fā)短路時(shí)，在巨大軸向力的作用下線圈油隙墊塊中的油被擠出。在短路結(jié)束后，油隙墊塊須要經(jīng)過的一定的時(shí)間吸油后，才能恢復(fù)原穩(wěn)定狀態(tài)；在此期間，線圈機(jī)械強(qiáng)度尚未完全恢復(fù)，抗短路承受能力較低，再次遭受短路沖擊后低壓線圈出線部分（抗短路能力最弱）發(fā)生繞組變形造成匝間短路，引起主變重瓦斯動(dòng)作。

3 問題整改

220 kV不同型號(hào)、容量的變壓器備品備件緊缺。1號(hào)主變發(fā)生故障后，在全省尋找變壓器備品，但最終備品變壓器的分接開關(guān)型式與原變壓器不一致，為無載開關(guān)。運(yùn)維單位存在設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)工作執(zhí)行不到位的問題。國(guó)家電網(wǎng)公司Q/GDW 169—2008《油浸式變壓器(電抗器)狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》明確要求，變壓器遭受的短路電流和短路次數(shù)須參與評(píng)價(jià)，但歷年的設(shè)備評(píng)價(jià)工作中，上述2項(xiàng)數(shù)據(jù)均未在設(shè)備初評(píng)報(bào)告中反映。

運(yùn)維單位存在35 kV線路運(yùn)維管理方式過于粗放的問題。1號(hào)主變故障后，調(diào)取以往線路跳閘記錄發(fā)現(xiàn)，2014—2015兩年間線路一段保護(hù)動(dòng)作切除故障31次，其中原因明確的僅有6次，其他跳閘原因均不明確，線路的運(yùn)維管理方式過于粗放。近5年來35 kV出線共發(fā)生78次線路短路故障，運(yùn)維單位未采取有效措施降低線路短路次數(shù)。達(dá)到1主變?cè)试S短路電流值50%以上可查短路次數(shù)為2次，運(yùn)維單位未能按照Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》要求開展診斷性試驗(yàn)。

存在變壓器抗短路能力動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)措施缺失的問題。尚未建立一個(gè)行之有效的運(yùn)行變壓器短路承受能力評(píng)估模型，開展變壓器抗短路能力的動(dòng)態(tài)校核工作。存在變壓器繞組變形帶電檢測(cè)技術(shù)手段缺失的問題，目前對(duì)于變壓器繞組變形一般采用停電檢測(cè)手段，利用停電檢測(cè)手段難以實(shí)時(shí)確定變壓器繞組的狀態(tài)。變壓器繞組變形振動(dòng)帶電檢測(cè)目前雖然已經(jīng)在電網(wǎng)有所應(yīng)用，但該檢測(cè)手段缺乏有效閾值判斷標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢測(cè)手段尚需通過進(jìn)一步推廣應(yīng)用進(jìn)行完善。

220 kV主變抗短路能力動(dòng)態(tài)校核及運(yùn)維策略優(yōu)化，建立和完善運(yùn)行變壓器短路承受能力評(píng)估模型，制定不同抗短路能力類別變壓器的運(yùn)維檢修策略。對(duì)220 kV主變中、低壓側(cè)線路短路故障排查分析，研究線路故障較多地區(qū)的主變中、低壓側(cè)加裝限制短路電流的電抗器；對(duì)遭受低壓側(cè)短路故障較多的220 kV變壓器開展動(dòng)態(tài)抗短路能力評(píng)價(jià)，制定針對(duì)性防范措施。

開展變壓器繞組變形新型停電及帶電檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究工作，對(duì)于動(dòng)態(tài)校核結(jié)果較差的變壓器，開展帶電振動(dòng)測(cè)試和掃頻阻抗測(cè)試工作，完善振動(dòng)和掃頻阻抗的繞組變形測(cè)試方法和閾值判斷標(biāo)準(zhǔn)，明確變壓器繞組變形情況，針對(duì)性開展返廠大修與更換。

開展220 kV及以上國(guó)產(chǎn)變壓器和存在異常情況的110 kV國(guó)產(chǎn)變壓器的特高頻局放帶電檢測(cè)探頭安裝工作，結(jié)合探頭安裝開展特高壓局放檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)存在放電隱患的變壓器制定針對(duì)性的檢修預(yù)防措施。加強(qiáng)220 kV主變油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行情況排查工作，要求220 kV及以上變壓器均安裝油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)不能正常運(yùn)行的在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行檢修。