變壓器近區(qū)短路事故的檢查試驗及處理

引言：在變壓器近區(qū)短路事故中，對變壓器設(shè)備威脅較大的就是變壓器低壓側(cè)短路事故，就變壓器低壓側(cè)短路后進(jìn)行的事故檢查和處理予以分析。

電力系統(tǒng)中的在運變壓器，經(jīng)常受到各種運行條件下的短路沖擊，過電壓時有發(fā)生。變壓器在遭受近區(qū)突發(fā)短路時，在變壓器繞組內(nèi)流過很大的短路電流，短路電流與漏磁場相互作用，產(chǎn)生很大的電動力。盡管這種暫態(tài)持續(xù)時間很短，但變壓器還是會遭到損壞。因此，在運行過程中，當(dāng)變壓器遭受了外部短路沖擊后，如何迅速診斷出變壓器是否存在變形及變形程度、如有繞組變形何時需要檢修甚至更換、輕度繞組變形的變壓器可否繼續(xù)運行等均為運行中急需解決的問題。

1.故障情況

2006年8月23日16時35分， 某110kV變電站1號主變壓器低壓側(cè)出口發(fā)生弧光短路故障，短路持續(xù)時間3分45秒，變壓器差動保護(hù)動作，跳開變壓器三側(cè)開關(guān)，變壓器低壓側(cè)三相出口經(jīng)受短路電流沖擊。該變壓器是常州變壓器廠制造的產(chǎn)品，型號為SFSZ7-20000/110，1987年6月出廠，1988年10月投運，1997年10月第一次大修，2002年9月進(jìn)行了第二次大修。

2.故障的檢查試驗及處理

故障發(fā)生后，對該變壓器進(jìn)行了繞組直流電阻、繞組泄漏電流試驗、繞組絕緣電阻、鐵芯絕緣電阻和絕緣油的色譜分析等項試驗，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。隨后又對變壓器進(jìn)行了繞組變形試驗，高、中、低壓三側(cè)頻響特性一致性較好，無明顯變形。具體試驗數(shù)據(jù)如下：

因該變壓器無原始繞組變形試驗資料，僅就相間進(jìn)行比較，不能排除三相同時發(fā)生變形的可能。盡管不能準(zhǔn)確判斷出變壓器的受損程度，但結(jié)合經(jīng)驗分析，認(rèn)為變壓器內(nèi)部很有可能已發(fā)生變形，受損程度較輕，由于該變壓器屬80年代產(chǎn)品，其各項技術(shù)要求設(shè)計裕度較寬。經(jīng)分析研究制定了以下處理方案。

2.1暫時不進(jìn)行吊罩檢查，先恢復(fù)運行，在運行過程中對變壓器本體絕緣油進(jìn)行色譜分析跟蹤監(jiān)測，防止發(fā)生突發(fā)性故障造成變壓器損壞事故。

2.2制定大修計劃，進(jìn)行吊罩檢查，根據(jù)檢查情況制定解決方案。根據(jù)當(dāng)時負(fù)荷情況，決定先投入運行并進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。2006年11月6日進(jìn)行色譜分析跟蹤監(jiān)視時，發(fā)現(xiàn)含微量C2H2，其它特征氣體含量也略有增長，但均未超標(biāo)。在其后的色譜分析跟蹤監(jiān)測中，各組分氣體含量趨于穩(wěn)定。其間進(jìn)行了2次預(yù)防性試驗，各項試驗數(shù)據(jù)均未見異常。歷次色譜分析試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

3.大修前試驗

3.1常規(guī)試驗

變壓器每個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、繞組對鐵芯、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，只要變壓器沒有經(jīng)受短路沖擊，即使在有溫度、濕度影響的情況下，其電容量變化應(yīng)很小。當(dāng)變壓器遭受短路沖擊后，若各繞組無變形或變形輕微，其電容量變化也較小；若某側(cè)繞組變形嚴(yán)重，則其電容量變化較大。

2007年8月對該變壓器進(jìn)行大修，大修前進(jìn)行了常規(guī)試驗，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)繞組電容量較歷史數(shù)據(jù)有所減小。繞組電容量試驗數(shù)據(jù)見表2。

由表2可發(fā)現(xiàn)變化最大的是低壓側(cè)，高、中壓側(cè)的測量數(shù)據(jù)略有變化。因此，初步判斷其低壓繞組發(fā)生變形的可能性較大。

3.2繞組變形試驗；2007年7月20日大修前，我工區(qū)對該變壓器進(jìn)行了繞組變形試驗，得到了頻響特性曲線。高壓和中壓繞組三相間頻響特性一致性較好，未發(fā)現(xiàn)繞組變形；低壓繞組三相間頻響特性一致性較差（B相與A、C相頻響特性差別較大）。因該變壓器無原始變形測試資料，無法縱向比較，通過對低壓繞組三相頻響特性進(jìn)行橫向比較，分析低壓繞組B相或A、C相存在繞組變形。同時結(jié)合該變壓器發(fā)生短路后常州變壓器廠所測得的頻響特性曲線進(jìn)行比較，分析認(rèn)為變壓器恢復(fù)運行后變形情況又有進(jìn)一步發(fā)展。并且在2006年11月色譜分析時發(fā)現(xiàn)了微量C2H2，結(jié)合繞組電容量的測量結(jié)果分析，可判斷其低壓繞組發(fā)生了變形。

3.3吊罩檢查；2007年8月20日對該變壓器吊罩進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)如下問題：

3.3.1支撐高壓B、C兩相出線導(dǎo)線夾的圍屏墊塊下移10～15mm，對應(yīng)圍屏紙板被壓裂。

3.3.2 B、C兩相線圈下部的鐵軛絕緣端圈墊塊與下部端圈墊塊出現(xiàn)明顯錯位，徑向位差15～20mm，即這兩相繞組整體有徑向移位的現(xiàn)象。

3.3.3 C相圍屏從上數(shù)第3根拉帶斷開脫落。

3.3.4 B、C兩相線圈墊塊全部向下移位10～15mm，并壓裂圍屏紙板。

3.3.5 B、C兩相中、低壓線圈上部高出高壓及調(diào)壓線圈壓板約15mm，壓板的反壓釘已嚴(yán)重松動，中、低壓壓板向上位移。

3.3.6部分引線包扎絕緣紙損傷。

針對檢查情況進(jìn)行了分析研究，認(rèn)為該變壓器經(jīng)受過上次短路沖擊和兩年多運行，其B、C相繞組變形比較嚴(yán)重，若再受到過電壓和短路沖擊，累積效應(yīng)也會導(dǎo)致變壓器的損壞，將不能保證變壓器的安全運行。而現(xiàn)場又不具備解體檢查和修復(fù)的條件，決定將變壓器返廠進(jìn)行徹底檢查大修。

4.返廠檢修處理

變壓器返廠后于2007年9月10日進(jìn)行了吊罩檢查，情況如下：

4.1高壓相線的絕緣筒全部損壞。

4.2 B相調(diào)壓線圈上端部共4匝長80mm，凹進(jìn)約5mm。

4.3三相線圈下部絕緣墊塊均呈不規(guī)則錯位，相對偏差最大達(dá)10mm，三相線圈除發(fā)生徑向位移外還有股向位移。

4.4拆除上鐵芯穿芯螺栓，鐵芯發(fā)生曲線變形，為受電動應(yīng)力所致。

4.5低壓線圈上端部變形，有部分繃帶拉斷。

在修復(fù)過程中，更換了三相低壓繞組，并對高、中壓繞組進(jìn)行了檢查與測試，更換了部分絕緣件。經(jīng)修復(fù)后試驗合格，于2007年12月投入運行。

5.試驗結(jié)論

5.1遭受過出口短路沖擊的變壓器，有條件時應(yīng)盡可能多地測試數(shù)據(jù)，尤其是利用變壓器繞組電容量的變化來判斷繞組是否變形是一個簡單易行的方法。若繞組電容量變化較大，說明繞組已經(jīng)變形；若變化不大，說明繞組有輕度變形或沒有變形。一般情況下，沒有遭受過短路沖擊的變壓器繞組的電容量變化較小。

5.2繞組電容量變化不大時，只要其它試驗項目合格，短期內(nèi)可繼續(xù)運行，此時要進(jìn)行繞組變形測試。另外，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，防止變壓器再次遭受出口短路故障。一般情況下，中度變形的變壓器，無法耐受下一次出口短路的沖擊。

5.3變壓器繞組某側(cè)遭受短路沖擊時，其電容量變化最大且繞組變形較嚴(yán)重；沒有遭受短路沖擊的一側(cè)，即使繞組沒有變形，其電容量也可能發(fā)生變化，這主要是因為與之相鄰的繞組發(fā)生了變形，引起繞組間相對位置發(fā)生了變化，從而使該側(cè)繞組的電容量發(fā)生了變化，因此在判斷繞組是否變形時，應(yīng)注意這一點。

5.4測量頻響特性曲線并通過橫向和縱向比較是判斷變壓器繞組是否發(fā)生變形的靈敏而有效的手段之一。建議對在運變壓器進(jìn)行繞組變形普測，對即將投運和更換繞組的變壓器在投運前進(jìn)行繞組變形測試，保存原始資料。

5.5在定期進(jìn)行的預(yù)防性試驗中，一定要測試變壓器繞組的電容量，這也是一項常規(guī)試驗。只需用常規(guī)介質(zhì)損電橋測量各級繞組的介質(zhì)損，同時計算或讀取對應(yīng)繞組的電容量，但應(yīng)確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并注意保存積累歷次試驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析比較，不斷積累經(jīng)驗，當(dāng)變壓器遭受短路沖擊（尤其是出口短路）后，可作為頻響特性法有益的補(bǔ)充。

結(jié)束語

變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝，其次是在運行過程中對設(shè)備進(jìn)行各種試驗，及時掌握設(shè)備的工況，要了解變壓器的機(jī)械穩(wěn)定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，以確保對變壓器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計時做到心中有數(shù)，最后與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方面也有很大的關(guān)系，總之變壓器近區(qū)短路事故對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行危害極大，為避免事故的發(fā)生，應(yīng)從多方面采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1]李丹娜、孫成普編著， 電力變壓器應(yīng)用技術(shù)[M]. 中國電力出版社. 2009（05）.

[2]謝毓城主編，電力變壓器手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社. 出版時間： 2003（02）.

作者簡介

杜新泱，男，1977年2月出生，陜西，國網(wǎng)新疆阿克蘇供電有限責(zé)任公司，研究電力設(shè)備高電壓技術(shù)及試驗方法，助理工程師，本科學(xué)歷，電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)。

（作者單位：國網(wǎng)新疆電力公司）