干式接地變壓器的故障分析

王國(guó)亮，呂樂(lè)，胡偉，劉崢，秦曠，李俊華，王玨，王哲，程海濤，邱軍亮

(1.國(guó)網(wǎng)鄭州供電公司，河南 鄭州 450052；2.國(guó)網(wǎng)洛陽(yáng)供電公司，河南 洛陽(yáng) 471000；3.國(guó)網(wǎng)河南技培中心，河南 鄭州 450001)

1 引言

隨著干式變壓器技術(shù)、工藝、制造的不斷升級(jí)，以其優(yōu)異的防火性能、無(wú)污染、免維護(hù)、耐熱性能高、抗短路能力強(qiáng)、安全可靠和運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，干式變壓器已成為我國(guó)配電變壓器應(yīng)用中的主體。

2 事故經(jīng)過(guò)

2020年4月24日19點(diǎn)55分，某110kV變電站報(bào):交流異常，火災(zāi)報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，10kV系統(tǒng)1號(hào)、2號(hào)接地變限時(shí)電流速斷動(dòng)作相繼跳閘，1號(hào)故障電流158.5A，2號(hào)故障電流109.24A，全站交流電源失去，火災(zāi)告警動(dòng)作，接地變室處有濃煙，立即啟用外來(lái)電源，恢復(fù)全站交流供電，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)排煙，將1號(hào)、2號(hào)接地變解除備用，做安全措施。跳閘動(dòng)作報(bào)文如圖1、圖2所示。

圖1 1號(hào)接地變跳閘報(bào)文

圖2 2號(hào)接地變跳閘報(bào)文

3 原因分析

3.1 外觀檢查

1號(hào)接地變高壓側(cè)A相繞組首先發(fā)熱，發(fā)生匝間短路跳閘，弧光造成A相與中性線燒斷，更大的弧光飛濺至相鄰的2號(hào)接地變，(中間用鋼網(wǎng)隔開(kāi))將高壓側(cè)中性線燒斷也跳閘了。1號(hào)接地變A相繞組燒壞如圖3所示，2號(hào)接地變中性點(diǎn)線燒斷如圖4所示。

圖3 1號(hào)接地變A相繞組燒壞

圖4 2號(hào)接地變中性點(diǎn)線燒斷

3.2 絕緣分析

1號(hào)接地變高壓側(cè)A相繞組發(fā)生匝間短路，產(chǎn)生的巨大電流，弧光波及BC兩相引線，接頭也有灼傷，所以三相故障電流較大，瞬間釋放的熱量使周圍物質(zhì)氣化，高溫高壓造成絕緣薄弱處燒壞，低壓側(cè)三相繞組引線、絕緣正常，整體情況如圖5所示，接地變矢量圖如圖6所示。

圖5 1號(hào)接地變繞組整體

圖6 ZNyn11接地變矢量圖

從相量圖看出，正常運(yùn)行時(shí)，半個(gè)繞組承受的不是0.5倍相電壓，而是1/√3倍相電壓。同樣材料下，容量只有普通接線變壓器的0.877倍，系統(tǒng)電壓波動(dòng)，出現(xiàn)零序電壓時(shí)，半個(gè)繞組的電勢(shì)與1/2零序電勢(shì)疊加，導(dǎo)致匝間耐受比普通接線變壓器更高的電壓，因此Z接線變壓器對(duì)材料絕緣要求更高。

3.3 錄波和結(jié)構(gòu)分析

調(diào)取故障錄波，從波形看出，當(dāng)時(shí)UA相電壓發(fā)生了畸變，如圖7所示。10kV線路系統(tǒng)用戶有冶煉設(shè)備，配備有大功率變頻器，這些設(shè)備產(chǎn)生大量的諧波電流反饋給變電站，加速變壓器發(fā)熱和絕緣老化。由于Z型接地變結(jié)構(gòu)特殊性，高壓繞組分為內(nèi)外兩個(gè)繞組分布，引出端子與外層繞組間電場(chǎng)強(qiáng)度高，絕緣較為薄弱，需要加強(qiáng)絕緣厚度。正常運(yùn)行時(shí)高壓內(nèi)引出線，與外繞組端部間的電壓差為相電壓，繞組絕緣厚度不滿足要求的樹(shù)脂絕緣容易劣化擊穿，高壓繞組結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 UA相電壓發(fā)生了畸變

圖8 高壓繞組結(jié)構(gòu)

3.4 繞組散熱問(wèn)題

繞組各匝間的樹(shù)脂絕緣散熱有限，室內(nèi)空氣流動(dòng)性散熱差，無(wú)通風(fēng)電機(jī)，增加配電室的通風(fēng)效果，降低環(huán)境溫度，以便于變壓器的散熱。檢修時(shí)用吸塵器徹底清掃變壓器繞組、鐵心上的積灰，有利于變壓器散熱。檢查或者更換變壓器冷卻裝置，通過(guò)溫控儀自動(dòng)控制橫流風(fēng)機(jī)來(lái)給繞組、鐵心散熱。

4 結(jié)論

1號(hào)接地變高壓側(cè)繞組絕緣不滿足要求，A相繞組首先發(fā)生匝間短路跳閘，短路弧光飛濺至相鄰的2號(hào)接地變，將高壓側(cè)中性線燒斷跳閘。增加高壓側(cè)繞組絕緣厚度，在1號(hào)接地變與2號(hào)接地變間加裝隔斷，用絕緣板或鋼板隔開(kāi)，防止一臺(tái)接地變故障時(shí)波及相鄰接地變運(yùn)行。加強(qiáng)系統(tǒng)諧波治理，防止系統(tǒng)設(shè)備損壞。