110 kV主变压器铁心故障原因分析及处理

王海滨，侯向红，贾云胜

( 国网河北省电力公司沧州供电分公司，河北沧州061000)

某110 kV变电站2号主变压器型号为SFSZ10-50000/110，2005年3月投运，该主变压器的铁心和夹件均通过小套管引出至变压器外部，分别接地。2006年该变压器因铁心多点接地进行吊罩处理，处理后油色谱数据正常，其他试验项目数据合格。该变压器所带负荷内有一钢厂，谐波严重，造成变压器振动厉害，2009年9月再次吊罩，并进行了紧固垫块、围屏等处理，吊罩处理后至2010年3月9日期间带电取油样，油色谱分析数据正常。2010年10月19日，对该主变压器进行常规油中溶解气体色谱检验，发现部分数据异常，对该变压器进行跟踪分析，确定试验数据可信，说明变压器存在缺陷，决定进一步进行故障原因分析及处理。

1 原因分析

1.1 油色谱试验分析

2010年10月19日对该主变压器进行油色谱试验时，发现CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2体积分数均有明显上升趋势，其中总烃(C1+C2)体积分数由2010年3月9日检测的16.1 μL/L增加至2010年10月19日检测的231.6 μL/L，首次超过 150 μL/L的注意值，C2H2的体积分数为2.9 μL/L(注意值为5 μL/L)。变压器油色谱数据见表1。

表1 变压器油色谱数据 μL·L-1

试验日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(CH4)2009-09-16(大修后)-41.90172.800.702010-03-098.50161.30768.407.002010-10-1974.40232.701 252.0096.402010-10-26(空载后)78.30204.301 056.3081.602010-10-2970.00234.501 245.3081.202011-03-1776.00289.601 156.7086.202011-07-1257.50247.501 417.1080.302012-12-05(返厂后跟踪)2.0235.30367.481.43试验日期φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)φ(C1+C2)2009-09-16(大修后)1.901.400.204.202010-03-096.602.100.4016.102010-10-19115.9016.402.90231.602010-10-26(空载后)105.3015.602.90204.402010-10-29113.6017.303.00215.302011-03-17108.1016.702.70213.702011-07-12104.3013.202.50200.402012-12-05(返厂后跟踪)1.601.430.483.94

以表1数据为基础，计算可得总烃绝对产气速率0.99 mL/h(注意值为0.5 mL/h)，总烃相对产气速率191.2%(注意值为10%)。按照DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析判断导则》[1]推荐的三比值法，计算三比值编码为“022”，故障气体成分主要是甲烷和乙烯，二者之和占总烃的91%，初步判断变压器内部存在高温过热故障点，温度一般为700～1 000 ℃，产生原因一般有以下几种：

a. 铁心存在多点接地，导致铁心局部过热，一般可通过接地电流测试判断。

b. 分接开关接触不良，引线及绕组接头部分接触不良或焊接部分松动，一般可通过直流电阻测试判断。

c. 铁心的片间、级间等部位存在部分短路或漏磁环流等情况。四比值法中φ(CH4)/φ(H2)=1～3、φ(C2H6)/φ(CH4)<1、φ(C2H4)/φ(C2H6)>3、φ(C2H2)/φ(C2H4)<0.5,判断为“铁件或油箱出现不平衡电流”[2]。将该主变压器空载运行一段时间，同时监视油色谱数据,特征气体的体积分数稍有减小，但变化不大，恢复负荷后，特征气体的体积分数也没有明显增加,说明油中特征气体的产生受负荷电流大小的影响较小，过热故障可能存在于铁心中。

1.2 电气试验分析

查询该主变压器最近的停电电气试验情况。2010年3月16日停电进行了以下电气试验：测量变压器各侧绕组全分接直流电阻值与初值相符，三相不平衡率在标准要求范围内；变比试验，所有绕组电压比与交接及出厂值相符；介质损耗及电容量试验，绕组变形测试，各绕组及铁心绝缘电阻均良好，未发现异常[3]。以上试验数据，高、中、低压三侧绕组均正常，经查实，该主变压器从试验完成投运至2010年10月19日期间未经受严峻的运行工况。

根据各方面检测结果综合分析，基本可以排除绕组故障的可能性。近几个月铁心在运行状态下测得最大接地电流为0.6 mA，证明铁心不存在多点接地产生环流现象。通过排查,证实了不是分接开关接触不良引起的过热。通过红外测温，未发现明显的过热点，可排除漏磁环流引起油箱发热的故障。因此认为铁心局部短路产生环流发热是导致主变压器故障的主要原因。

1.3 变压器吊罩检查

为彻底地检查、消除故障，于2012年9月对该主变压器进行了返厂检查和处理，吊罩前，拆开铁心接地引线，用2 500 V兆欧表测量，其对地绝缘良好，吊罩后，检查发现铁心油道过桥(插入铁心的铜片)有击穿点，有高温过热烧伤、烧黑变色现象。拆开铁心油道过桥联片，用2 500 V兆欧表测量两侧铁心之间无绝缘。进一步将变压器器身与下节油箱脱开，依次拆开铁心下垫脚，测量油道之间仍旧无绝缘，怀疑绝缘在铁心的上部。依次拆解器身高低压上夹件，检查上夹件与铁心之间的绝缘，未发现异常，用绝缘木条将铁心从油道处分开，测量绝缘仍旧为零。将铁心分解检查，采用电焊机电流击穿的办法，将接触点打开，发现接触点在铁心柱W相中部与油道搭接处部位。依次拆解铁心上轭，将铁心油道片取出，发现拉弧放电痕迹及击穿点，并有烧灼痕迹。故障的两极铁心间硅钢片有过热变色现象，铁心片与上轭油道绝缘铁心接触处有卷边现象(如图1所示)，硅钢片边角翘起将两段铁心短接，造成虚接，同门形铜带形成环形闭合回路，回路感应出电势，造成虚接处放电，以致铁心油道之间无绝缘。因此，判断铁心片间短路是变压器故障的主要原因。

图1 铁轭油道侧硅钢片

而变压器铁心片间短路的直接原因是该主变压器在制造过程中，由于当时硅钢片绝缘工艺欠佳遗留下来的隐患所致，压接不够好，铁心绝缘油道处的硅钢片在叠片过程中，接缝和边缘处很容易产生变形和翘起形成油道间短路。出厂试验时片间绝缘尚未破坏，级间没有短路，所以出厂试验没有发现问题。由于运输、安装、投运前冲击合闸试验、停运、负荷变化时，变化的电动力冲击以及运行过程中的铁心轻微振动，硅钢片的尖角未很好压住而跷起与另一侧硅钢片相碰接通形成回路，一开始偶尔短接硅钢片，发生火花放电产生乙炔等特征气体。随着运行时间推移，翘起的尖角直接搭接在本应绝缘的对侧铁心上，在两段铁心之间由联片和短接点之间构成铁心内部环路。短路包围的铁心面积很大，磁通很多，容易产生较大的短路循环电流，引起高温过热，接触点周围油被裂解，形成上述各种特征气体，产生的热量使总烃不断上升，这也就是色谱分析总烃升高并一直伴有乙炔产生的原因。该台变压器通过解体检查和铁心拆片验证，完全证实了铁心存在片间短路故障，同时也说明油色谱及电气试验的初步分析和判断是正确的。

2 处理措施及效果

2.1 处理措施

a. 更换油道之间的绝缘撑条和损坏的铁心片，有效防止油道中部硅钢片叠片边角翘起将油道短路。

b. 建议变压器铁心绝缘油道处的硅钢片在叠制中靠近绝缘油道侧的接缝位置加垫绝缘纸板，降低损耗，增加防止铁心短路的必要测试手段。

c. 工作人员应提高设备运行维护、检修管理水平，把好输变电设备验收关及运行监督关，结合状态检修工作开展设备评估，发现设备运行中存在的问题，及时消除隐患。

2.2 处理效果

该台主变压器检修投运后，油道绝缘值在5 000 MΩ以上，符合标准要求，并对该台主变压器做全项出厂试验，铁心短路环流故障消除，试验结果均正常。随后进行了油色谱数据跟踪分析，其中总烃体积分数为3.94 μL/L(注意值为150 μL/L)，C2H2的体积分数为0.48 μL/L(注意值为5 μL/L),数据正常，目前，该主变压器运行情况良好。

3 结束语

通过油色谱数据发现变压器异常情况，经过现场电气试验、设备返厂解体，找到了铁心短路故障部位及原因，并进行处理，避免更严重事故的发生，确保了变压器安全稳定运行。

参考文献：

[1] DL/T 722-2000，变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].

[2] 操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3] Q/GDW 04-1063-2012-10500，输变电设备状态检修试验规程[S].