220 kV主變壓器低壓短路故障分析及處理

劉一鳴

(國網河北省電力公司邢臺供電分公司，河北 邢臺 054000)

220 kV主變壓器低壓短路故障分析及處理

劉一鳴

(國網河北省電力公司邢臺供電分公司，河北 邢臺 054000)

介紹某變電站2號主變壓器發生低壓出線短路后造成主變壓器繞組燒毀的故障，采用變壓器頻響法、繞組電容量分解法、低電壓短路阻抗法分析故障原因，認為主變壓器低壓側抵御短路能力不足，絕緣薄弱是造成此次故障的主要原因，并提出相應的防范措施及建議。

主變壓器；出線短路；試驗數據；繞組燒毀

變壓器是電力系統最主要設備之一，一旦發生短路故障直接影響電網的安全穩定運行。隨著電網容量的逐漸增大，變壓器的短路故障所產生的后果越來越嚴重,對電網的威脅也越來越大,所以變壓器的抗短路能力已引起廣泛關注。當大型變壓器出現短路故障時，應根據實際情況進行針對性的試驗，準確判斷其故障性質、程度，以便盡快使其恢復運行。

1 故障情況

2016年5月14日，許某縣商業大街某商業樓塔吊正在進行施工作業，當塔吊經過35 kV線路上空時鋼筋導電材料脫落，掉至35 kV線路上，造成線路短路，隨后保護動作，重合閘成功，造成二次短路，短路電流較大，使220 kV變電站2號主變壓器差動保護動作，主變壓器重瓦斯動作跳閘，2號主變壓器三側開關跳閘。

該220 kV變電站2號主變壓器于2007年5月1日出廠，2007年9月8日投入運行。其主變壓器設備型號為SFSZ10-180 000/220、容量為180 000 kVA/180 000 kVA/60 000 kVA、接線組別為YNynod11。該變電站220 kV、110 kV及35 kV均為并列運行，故障時主變壓器高壓側運行分接為4分接。

2 故障原因分析

試驗人員到達現場后，首先對該變電站2號主變壓器進行外觀檢查，發現主變壓器外表無明顯變化，查看瓦斯繼電器內有故障氣體，試驗人員立即進行取氣試驗,同時利用了變壓器頻響法、繞組電容量分解法、低電壓短路阻抗法進行試驗及故障原因排查。

2.1 變壓器頻響法

首先試驗人員對主變壓器進行頻響法試驗，通過試驗的圖譜與往年試驗圖譜進行對比分析。圖1為2號主變壓器最近1次繞組變形試驗圖譜，圖2為2號主變壓器短路后繞組變形試驗圖譜。

圖1 最近1次繞組變形試驗圖譜

圖2 短路后繞組變形試驗圖譜

在圖2中，其低頻段(1～100 kHz)W相與U、V相比較，其波峰或波谷位置有明顯變化，相關系數RLF>0.6；中頻段(100～600 kHz)W相與U、V相比較，其波峰或波谷位置也有明顯變化，相關系數RMF<0.6。三相比較，高壓、中壓、低壓W相有明顯變形，因此該變壓器在35 kV側W相發生明顯的變形。

在圖1中，其相關系數R均符合規定。該變壓器的接線組別為YNynod11，因此根據圖2進行橫向、縱向對比分析，發現變壓器發生短路故障后，造成變壓器低壓側W相繞組變形。為進一步診斷故障原因，對其電容量進行分解試驗，并結合廠家吊檢解體發現低壓側W相繞組嚴重燒壞，證實現場試驗分析判斷與實際解體相吻合。

2.2 繞組電容量分解法

繞組電容由匝間、層間、餅間電容構成，此電容的電容量與繞組、鐵心及地的間隙，繞組與鐵心的間隙，繞組匝間、層間及餅間間隙有關。當繞組變形時，一般呈S型彎曲，這就導致繞組與鐵心的間隙變小，繞組對地的電容變大，而且間隙越小，電容量越大，因此繞組電容量可間接反應繞組變形程度。2號主變壓器電容量分解見表1，通過主變壓器的對地電容量的數據分解，可以明顯看出：高壓、中壓-低壓及地、低壓-鐵心、中壓-地的對地電容量誤差已超出規程規定的標準，電容量與初值比較對地電容量有明顯變化(誤差不大于±3%)，確認變壓器的低壓側W相繞組已存在嚴重問題。

表1 2號主變壓器電容量分解

項目出廠值/F測量值/F誤差/%低壓-高壓、中壓及地19380202604.54中壓-高壓、低壓及地1807017190-4.87高壓-中壓、低壓及地1314012990-1.14高壓、中壓-低壓及地1620015210-6.11高壓、中壓及低壓-地20210205001.43低壓-鐵心11695127759.23中壓-低壓76857485-2.60高壓-中壓75057485-0.27中壓-地28802220-22.92高壓-地56355505-2.31

2.3 低電壓短路阻抗試驗

變壓器遭受短路沖擊后，在電動力的作用下繞組同時受壓力、拉力、彎曲等各種力的作用，其造成的故障有時比較隱蔽，不容易檢查和修復，所以短路阻抗數據與初值比較變化不是很明顯，但是高壓對中壓的變化率為2.805%，中壓對低壓的變化率為-3.738%(標準誤差不大于±2%)。

同時根據主變壓器設備反事故措施要求，對變壓器繞組直流電阻、油化驗及色譜進行試驗分析，經試驗數值換算確定低壓V相電阻值較大，懷疑由于斷股引起，據此計算若斷一股造成的誤差與實際測量誤差一致，判斷故障為V相繞組內部有斷股問題。經返廠吊罩檢查，該繞組低壓側燒毀，高壓、中壓直流電阻試驗合格。低壓繞組阻抗UV相為47.72 mΩ，VW相為56.9 mΩ，UW相為47.87 mΩ，不平衡率18.06%，試驗數據嚴重超標。根據接線方式和數據分析，判斷W相存在燒毀或斷層現象。通過主變壓器瓦斯氣體色譜化驗，瓦斯油化驗，本體油化驗的結論為電弧放電、線圈匝間、層間短路，放電等故障。結合油化試驗數據綜合分析，該變壓器出口短路后繞組變形明顯、匝間出現燒毀，不能繼續投入運行。

3 故障暴露出的問題及防范措施

3.1 暴露出的問題

a. 施工單位沒有采取安全防護措施，導致導電建筑材料脫落到35 kV線路是故障的主要誘因，而且系統重合閘后致使二次短路故障。

b. 在該主變壓器的的內部換位“S”彎處存在導線爬坡現象，雖然在每個“S”彎前都加裝了支撐墊塊，但墊塊不合適，形成剪刀口，在短路電流的電動力下易發生移位，脫落等現象。

c. 該主變壓器安裝時未采用整體套裝及無內襯硬紙筒，低壓繞組線圈采用非自粘換位導線，從而降低了低壓側的抗短路能力。

d. 該主變壓器線餅未采用撐條加倍、墊塊加密等提高變壓器抗短路能力的措施，導致軸向和幅向抗短路能力不足。

3.2 防范措施

對于同類低壓側抗短路能力不足的變壓器產品采取以下預防措施：

a. 對于高中低壓側繞組導線采用非自粘換位導線，低壓抗短路能力低于系統短路電流，抵御短路能力不足，絕緣薄弱，短路容量不夠的主變壓器，認定為限制運行變壓器。對同類型產品主變壓器，加強帶電測試，列入重點跟蹤對象。

b. 巡視時加強對220 kV限制變壓器帶電測試及運行負載的監視，限制運行變壓器長期負載率不得超過90%。

c. 操作時應強化過負荷聯切裝置管理，確保運行變壓器尤其是“N-1”故障過載變壓器過負荷聯切裝置按規定可靠投入，所切容量和時限滿足要求。

4 結束語

通過變壓器3項特殊試驗(頻響法、繞組電容量分解法、短路阻抗法)及直流電阻、變比試驗、油化試驗等，結合試驗數據判斷分析設備的狀況，確定設備缺陷情況，并經過多項試驗和分析，以及吊罩檢查，明確故障原因及部位，確保了電網及設備的安全運行。通過案例分析，說明變壓器試驗數據分析及其新儀器上的熟練應用，使設備管理人員及時掌握設備狀況，提高電網運行可靠性，將有利于今后變壓器安全穩定的運行。

[1] 陳華鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[2] 王功勝.電力變壓器常見故障分析與檢修[J].設備管理與維修，2002(2):18-21.

本文責任編輯：齊勝濤

Fault Analysis and Treatment of Low Voltage Short Circuit of 220 kV Main Transformer

Liu Yiming

(State Grid Hebei Electric Power Corporation Xingtai Power Supply Branch，Xingtai 054001，China)

The article introduces a transformer substation No.2 main transformer in low voltage wire short circuit after the main transformer winding burned problem, from the transformer high voltage electrical test data and oil test analysis, thought a transformer substation No.2 main transformer low voltage side against short circuit capacity is insufficient, weak insulation, short circuit capacity is not enough reason, put forward the corresponding treatment measures and Suggestions.

main transformer;outlet short circuit;test data;wind burned

TM411

：B

：1001-9898(2017)04-0053-03

2017-01-09

劉一鳴(1978-)，男，工程師，主要從事高壓電氣試驗研究工作。