220kV變壓器縱絕緣故障分析

么軍　王永寧　張弛　王偉　劉力卿

摘 要：某臺(tái)220kV變壓器發(fā)生故障后，為確定其故障類型及受損程度，文章首先對(duì)該變壓器在發(fā)生故障前的事件經(jīng)過(guò)進(jìn)行了分析，然后通過(guò)對(duì)該變壓器開(kāi)展電氣試驗(yàn)和油氣試驗(yàn)，并將變壓器返廠解體檢查，判斷該變壓器故障為縱絕緣故障。最后，對(duì)變壓器發(fā)生故障的原因進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變壓器；縱絕緣故障；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0056-02

Abstract： In order to determine the fault type and damage degree of a certain 220kV transformer， the paper first analyzes the events before the fault， and then carries out electrical test and oil and gas test on the transformer. After the transformer is returned to the factory and disassembled， the fault of the transformer is judged to be a longitudinal insulation fault. Finally， the causes of transformer failure are analyzed.

Keywords： transformer； longitudinal insulation fault； field test

1 概述

變壓器絕緣主要分為主絕緣和縱絕緣。主絕緣是指繞組對(duì)地、相間及不同電壓等級(jí)的繞組間的絕緣，縱絕緣是指繞組層間、匝間及段間的絕緣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕緣故障是變壓器發(fā)生次數(shù)最多的故障，而縱絕緣故障（如繞組變形、繞組匝間短路等）又占了其中大部分。因此，繞組縱絕緣對(duì)變壓器的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

2 變壓器發(fā)生故障前的事件經(jīng)過(guò)

2.1 故障發(fā)生前的運(yùn)行工況

2011年6月28日8時(shí)3分，某220kV主變跳閘，該變壓器的基本參數(shù)如表1所示。

#2主變發(fā)生故障前，220kV系統(tǒng)和35kV系統(tǒng)均為正常運(yùn)行方式；主變本體其他設(shè)備無(wú)異常；35kV、10kV穿墻套管、瓷瓶、#2主變35kV小電阻、10kV小電阻、10kV電抗器均無(wú)異常。故障時(shí)#2主變的負(fù)載率為43%，其上層油溫為51.91℃。故障當(dāng)天天氣晴朗微風(fēng)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)任何操作。

2.2 事件經(jīng)過(guò)

#2主變故障發(fā)生前的事件經(jīng)過(guò)與保護(hù)動(dòng)作情況如下：（1）#2主變輕、重瓦斯動(dòng)作；（2）#2主變壓力釋放閥噴油，瓦斯繼電器內(nèi)有氣；（3）A屏35kV零序跳3451、A屏35kV零序跳3452、A屏零序跳35kV側(cè)受總、A屏35kV零序跳出口；（4）10kV 4Ⅰ、5Ⅰ母線低周裝置TV斷線、10kV 4Ⅱ、5Ⅱ母線低周裝置TV斷線、3451自投動(dòng)作、3452自投動(dòng)作、2451自投動(dòng)作、2452自投動(dòng)作、2072低電壓動(dòng)作、2073低電壓動(dòng)作。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及解體檢查

為判斷#2主變的故障類型及受損程度，本文對(duì)該主變開(kāi)展電氣試驗(yàn)與油氣試驗(yàn)，進(jìn)行了全面綜合測(cè)試診斷。

3.1 電氣試驗(yàn)

對(duì)#2主變分別進(jìn)行了絕緣電阻、直流電阻和線圈變形的測(cè)試和診斷。

（1）直流電阻測(cè)試

如表2所示，中壓側(cè)A相線圈直流電阻值較B、C兩相增大13.8倍。由于中壓線圈采用64股并聯(lián)繞制，可以初步判斷中壓側(cè)A相線圈存在嚴(yán)重?cái)喙伞８邏杭暗蛪簜?cè)直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)未見(jiàn)異常，說(shuō)明高壓及低壓側(cè)線圈不存在斷股及匝間短路情況。

（2）線圈變形測(cè)試

線圈變形測(cè)試采用短路阻抗和頻率響應(yīng)兩種方法分別進(jìn)行診斷。

a.短路阻抗法

短路阻抗主要反映變壓器線圈的電感量變化。采用短路阻抗法分別采用高壓對(duì)低壓、中壓對(duì)低壓兩種方式進(jìn)行測(cè)試。高壓對(duì)低壓線圈的短路阻抗三相不平衡率ΔZ%為0.22%，滿足規(guī)程規(guī)定。中壓對(duì)低壓線圈的短路阻抗三相不平衡率ΔZ%為4.58%，遠(yuǎn)大于規(guī)程規(guī)定（不大于1.6%）。其中，中壓對(duì)低壓線圈A相短路阻抗比B、C兩相增大最為明顯。

如表3所示，分析高壓對(duì)低壓、中壓對(duì)低壓兩種方式短路阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)不難看出，中壓側(cè)A相線圈電感量較其他線圈發(fā)生明顯變化。

b.頻率響應(yīng)法

頻響特性主要反映變壓器線圈的挪位及凹凸變形。通過(guò)頻率響應(yīng)法測(cè)試變壓器線圈的頻響特性曲線未見(jiàn)異常，表明該主變?nèi)齻?cè)線圈頻響特性一致性符合要求，高、中、低壓側(cè)線圈無(wú)明顯挪位及凹凸變形。

（3）絕緣電阻測(cè)試

高壓對(duì)中壓、低壓及地的絕緣電阻值為10000MΩ，為合格范圍。中壓對(duì)高壓、低壓及地的絕緣電阻值為100MΩ，數(shù)值偏低。低壓對(duì)高壓、中壓及地的絕緣電阻值為100MΩ，數(shù)值偏低。由此可見(jiàn)，中、低壓線圈存在絕緣破損的現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)電氣試驗(yàn)的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，初步診斷#2主變中壓A相線圈有較嚴(yán)重?cái)喙杉霸验g短路情況，并且，中、低壓線圈存在絕緣破損的情況。

3.2 油氣試驗(yàn)

#2主變故障后，立即安排絕緣油取樣和測(cè)試。

在油氣色譜數(shù)據(jù)中，各項(xiàng)指標(biāo)均大大超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，尤其乙炔、氫含量增長(zhǎng)最為劇烈。由此判斷變壓器內(nèi)部有強(qiáng)烈弧光放電產(chǎn)生，釋放大量氣體。

3.3 解體檢查

2011年8月7-11日，對(duì)#2主變進(jìn)行了解體檢查。檢查情況如下：A相中壓線圈的底部出線端散開(kāi)，如圖1所示；A相中壓線圈底部有20至30匝左右斷股、絕緣破損，存在明顯電弧放電痕跡，如圖2所示。

綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)#2主變進(jìn)行全面綜合測(cè)試診斷及返廠解體檢查，得出初步結(jié)論如下：#2主變?cè)谶\(yùn)行過(guò)程中，中壓A相線圈發(fā)生匝間短路，并產(chǎn)生弧光放電。在放電電弧作用下，造成中壓A相線圈大量斷股及絕緣破損。絕緣油和絕緣材料分解釋放大量氣體，造成變壓器內(nèi)部壓力急劇增大，導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，壓力釋放閥噴油。

4 故障原因分析

經(jīng)分析，導(dǎo)致#2主變中壓A相線圈內(nèi)部匝間短路故障的主要原因?yàn)榫€圈制造工藝存在缺陷，如線圈匝間氣隙不均勻，絕緣紙有破損等，不排除在制造過(guò)程中有銅屑、焊渣等異物殘留的可能性。在運(yùn)行中缺陷部位場(chǎng)強(qiáng)較大，產(chǎn)生局部放電。局部放電的累積效應(yīng)使放電點(diǎn)周?chē)慕^緣逐漸劣化，最終導(dǎo)致絕緣擊穿、匝間短路事故發(fā)生。

值得注意的是，該主變?cè)?月2日（事故前），曾安排絕緣油取樣，分析數(shù)據(jù)未見(jiàn)異常。且該主變配備了油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置，主變故障前未報(bào)警。考慮到該主變冷卻方式為絕緣油自冷方式，油的循環(huán)散熱主要靠?jī)?nèi)部的溫差進(jìn)行。故障前，變壓器負(fù)荷僅有43%，油溫也較低（51.91℃），油的熱循環(huán)較為滯緩，并且放電點(diǎn)在中壓線圈，外部有絕緣隔板及高壓線圈，上下部有蓋板，使放電點(diǎn)周?chē)牧踊团懦龇浅＞徛褂蜕V在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)靈敏度大大下降。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁紅梅.變壓器結(jié)構(gòu)與工藝[M].天津：天津大學(xué)出版社，2012.

[2]邢道清，齊大勇，林冬皓.變壓器檢修與電氣試驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]李德志，等.電力變壓器油色譜分析及故障診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.