電站主變壓器匝間短路原因分析

王金根

摘 要：分析了匝間短路故障檢測的現(xiàn)狀，闡述了電站主變壓器匝間短路故障的影響因素，并結合實例探討了電站主變壓器匝間短路故障分析及處理，通過氣油色譜分析以及差動保護波形分析，能夠有效地確定故障類型以及故障點位置，為主變壓器匝間短路分析提供可靠的依據(jù)。

關鍵詞：電站 主變壓器 匝間短路

中圖分類號：TM406 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0037-02

電站變壓器裝置出現(xiàn)故障一般包含有繞組故障、套管故障、鐵芯故障等故障類型。在變壓器裝置的各種故障之中，繞組故障屬于一種相對嚴重的故障，其又包含有匝間短路故障、層間短路故障、相間短路故障、接地故障以及斷路故障等。在電站主變壓器發(fā)生的各種故障之中，匝間短路故障是最為主要的故障。在主變壓器發(fā)生匝間故障時，由于很多情況下較為輕微，相對難被發(fā)掘，同時主變壓器設備依舊可以運行。不過，要是未能及時地將匝間故障加以排出，在故障不斷發(fā)展的過程中，將逐漸變得嚴重，最終會導致出現(xiàn)較為嚴重的事故?，F(xiàn)階段，針對主變壓器匝間故障問題分析依舊未能形成較為有效且系統(tǒng)的理論，所以，應當進一步深入分析電站主變壓器發(fā)生匝間故障的具體原因，才能制定有效的防治措施，確保電站主變壓器能夠正常運行，為電站安全、穩(wěn)定運行提供可靠的保障。

1 匝間短路故障

電站主變壓器故障診斷工作非常復雜，要經過不同監(jiān)測手段進行檢測以后再對得到的數(shù)據(jù)加以系統(tǒng)分析，這樣才可以獲得更加精準的判斷?，F(xiàn)階段，針對電站主變壓器的故障分析方法依舊不夠健全，故障的精準定位更是很難做到。在變壓器裝置之中，繞組是非常重要的一個組成部件，同時也是極為復雜的部件，而且還極易發(fā)生故障。若是變壓器設備發(fā)生短路故障，大部分情況都會出現(xiàn)繞組變形的問題，在長期的作用之下，因為受到累積效應的作用，極易導致繞組發(fā)生扭曲從而使得繞組外部的絕緣層遭到破壞。而當繞組的絕緣出現(xiàn)破壞以后，便易出現(xiàn)匝間短路問題，在發(fā)生匝間短路故障之后，短路匝線間的電流要較正常情況下電流高出很多，而這種情況下形成的點動力將進一步地使繞組發(fā)生變形，從而出現(xiàn)惡性循環(huán)，有時也會因此而引發(fā)相間短路問題。另外，由于電站主變壓器的運行時間相對較長，絕緣層不斷老化、環(huán)境濕度過大、以及外界振動等均可能會導致匝間短路問題的出現(xiàn)。以往對于電站主變壓器進行保護多是利用繼電保護測量參數(shù)實現(xiàn)的，即便是一些情況下發(fā)生了匝間短路問題，在變壓器繞組出口方向上所流經電流也不會發(fā)生太大變化，依舊處在正常的整定值范圍中。所以，通常使用的繼電保護方法很難有效針對匝間短路故障做出反應。并且，變壓器進行出廠、交接以經濟預防試驗的過程中，基本上也很難發(fā)現(xiàn)匝間故障問題。因此，如果要進一步檢測出變壓器裝置存在的匝間故障問題，最大限度地避免安全事故出現(xiàn)，有必要針對匝間短路進行全面分析。

2 電站主變壓器匝間短路故障的影響因素

2.1 過負荷及突發(fā)短路

電站主變壓器發(fā)生絕緣老化問題，很多情況下是受到了環(huán)境溫度、濕度以及油里存在劣化物質的影響，而環(huán)境溫度過高則是導致繞組外層絕緣材料出現(xiàn)損害最主要的原因。當電站主變壓器裝置存在過負荷問題，就會導致繞組存在的電流相對大，較額定電流高出很多，便會導致繞組元件產生大量熱能，使得繞組的溫度急劇升高，從而引發(fā)絕緣材料的損壞問題，導致絕緣層的絕緣性能變差。若是系統(tǒng)出現(xiàn)事故，確保供電連續(xù)性是最為重要的工作，因此，當出現(xiàn)事故情況下，變壓器一般會處在超負荷運行狀態(tài)，此時對于繞組絕緣材料將造成更大的損害。

2.2 繞組絕緣受潮

（1）由于絕緣油之中包含有一定量水分，將嚴重影響到絕緣材料強度以及電氣性能，由于水分的存在，會使火花放電電壓偏低，也會使得絕緣油出現(xiàn)老化，導致絕緣性能有所降低。

（2）變壓器裝置生產時，繞組不同匝之間未能充分浸潤絕緣漆，或者是在烘干的過程中未能完全烘干，便極易導致匝間短路問題的出現(xiàn)。

2.3 過電壓影響

電站主變壓器運行過程中，當遭受雷擊或者處于暫態(tài)情況下易發(fā)生過電壓問題，而此時的電壓要較絕緣耐受電壓高出而很多，要是過電壓的時間較長，絕緣層便會出現(xiàn)被擊

穿的問題。雷擊所引起的過電壓問題，由于電壓非常高，會導致變壓器裝置中電壓的分布不平衡，有時還會在絕緣材料上形成放電痕跡，從而使得繞組絕緣材料遭到破壞。暫態(tài)所引起的過電壓問題，會使得鐵心附近繞組絕緣出現(xiàn)過熱問題，也易使絕緣材料被損壞。

3 天塘山風電變壓器匝間短路故障分析及處理

2017年7月5日6時18分，天塘山風電場主變故障，差動保護、重瓦斯、輕瓦斯同時動作，保護動作跳開主變高側510斷路器、主變低壓側410斷路器，風電場全部風機脫網停運，廠用電備自投動作將廠用電切換至10kV備用電源。此主變投運后，正常停送電共3次，冰凍斷線故障保護動作跳高壓側510斷路共4次，雷擊引起單相接地保護動作跳高壓側510斷路共4次，系統(tǒng)故障保護動作跳高壓側510斷路共1次。

3.1 檢查試驗以及分析

在該事故出現(xiàn)之后，針對主變壓器以及相關線路開展了下列檢查工作。

（1）針對主變壓器設備和主變高側510斷路器、主變低壓側410斷路器加以全面的檢測，在變壓器的差動范圍之中沒有發(fā)現(xiàn)流變、引線以及斷路器等故障問題。在本體瓦斯繼電器裝置之中存在氣體。通過吸收比、繞組變形以及直流電阻等方法針主變壓器開展多種測試，所得數(shù)據(jù)表現(xiàn)正常。

（2）對主變壓器裝置本體瓦斯進行氣相以及油色譜分析，所得數(shù)據(jù)如表1所示。

依照上述測試結果可知，當主變壓器發(fā)生故障之后，所對應特征氣體含量呈現(xiàn)急劇增加的趨勢，一些甚至超出了注意值，也說明在本體內部存在一定的故障。利用瓦斯平衡判斷方法能夠得出，能夠反映故障具體狀態(tài)的特征組分瓦斯氣油理論數(shù)值要較油樣之中的含量高出很多，其中H2以及C2H2的含量相對較高，證明了在變壓器裝置中出現(xiàn)了電弧放電故障。另外，由于CH4以及C2H4含量增多，尤其是CO瓦斯氣油之中的溶解度理論數(shù)值要較油之中實際測量數(shù)值高出很多，但是CO2的含量卻沒有出現(xiàn)顯著變化，也證明了電弧放電影響到了固體絕緣。

（3）繼電保護和二次回路檢測。瓦斯保護器件出現(xiàn)輕瓦斯動作以及差動保護動作。而后對瓦斯保護器件進行測試，得出保護器件的動作正常，相應觸電也呈現(xiàn)良好裝填，將誤動作的可能排出。對電流以及電壓回路進行測試與檢查，都沒有發(fā)現(xiàn)有異常存在。而從主變壓器差動保護動作報告之中得出，發(fā)生的故障屬于電流差動動作跳閘。再結合故障的波形能夠得出，A相以及B相存在電流突變量，故障電流大小是0.8Ie，A相與B相差動電流一致，而相位卻恰恰相反，表現(xiàn)出了相間短路的一些特征，不過，出現(xiàn)的故障電流相對不大，因此排出相間短路故障問題，發(fā)生故障的相應當為A相或者是B相。

3.2 故障的處理

針對故障分析的結果，決定采取吊芯檢測的方法，將主變壓器設備外部鐘罩使用起重設備吊起，看到在A相繞組之中引線首端位置存在一定的發(fā)黑問題。將相應屏圍拆掉之后看到A相繞組之中13餅和14餅之間以及匝間存在一定的放電痕跡。但是，在A相繞組的匝間以及餅間未發(fā)生粘連問題，也為發(fā)生斷股問題。然后又對B相繞組以及C相繞組加以檢測，均沒有發(fā)現(xiàn)故障的存在。

在對出現(xiàn)損壞的部分繞組進行更換處理之后，然后對主變壓器裝置在此系統(tǒng)加以檢測，所得各項數(shù)據(jù)均符合要求，現(xiàn)在主變壓器各項運行指標均表現(xiàn)良好。

4 結語

此次所發(fā)生的匝間短路故障并未導致餅間以及匝間發(fā)生粘連問題或者斷股問題，在徹底將故障排除以后，匝間的絕緣效果也得到恢復。絕緣材料可以承受變壓器正常運行過程中的電壓，不過，由于郴州天塘山環(huán)境區(qū)域雷暴氣候以及設備運行過程低壓側設備短路故障，可能給變壓器線圈絕緣造成累積性損傷，導致線圈絕緣劣化，便會導致繞組出現(xiàn)過電壓問題。另外，110kV側曾發(fā)生短路沖擊導致線圈變形，在線圈變形處，線圈表面絕緣出現(xiàn)破損，在破壞處形成局部放電，局部放電進一步造成絕緣裂化，最終導致在變形處發(fā)生餅間短路放電。而在對故障進行判斷時，通過氣油色譜分析以及差動保護波形分析，能夠有效地確定故障類型以及故障點位置，為主變壓器匝間短路分析提供可靠的依據(jù)。

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