一例由于变压器抗短路能力不足引起的变压器损坏事故分析

相中华 李丽

摘 要：随着电网的快速发展，电网的容量和短路电流水平也在不断提升，这对变压器的制造工艺提出了更高的要求。文章结合一起变压器故障实例，介绍了判别变压器因短路损坏的方法，并分析了变压器故障的原因。

关键词：220kV；变压器；故障；分析

引言

××220kV变电站，共有4台220kV变压器运行，其中#4主变一回35kV出线为高耗能用户，该用户距变电站大约600m。用户厂内一炉变开关柜发生三相短路故障，大约80ms用户侧进线开关速断保护跳闸切出故障。该35kV出线设置的保护为限时速断，动作时间大约为300ms，故本次故障未动作。故障切除后大约120ms，#4主变压器重瓦斯和差动保护动作，跳开#4主变三侧开关。#4主变低压侧记录故障电流为19.4kA，故障线路记录故障电流约20kA。该台主变型号为SFSZ10-240000/220，变压器容量为240/240/120MVA，出厂日期为2011年1月1日，于2011年4月18日投入运行。故障发生后，试验人员结合故障所经历的不良工况特点，对故障前后该变压器的绝缘油色谱、直流电阻、电压比、频响法绕组变形及低电压短路阻抗等项试验的测试结果进行了对比分析。

1 试验情况

1.1 绝缘油色谱测试

按照规程要求，试验人员对该变压器投运后第4天、第10天、第30天绝缘油色谱均进行了检测，试验结果均合格。故障退出运行后，1小时左右油色谱数据即出现异常，乙炔（C2H2）值已达23.28μL/L，远超过标准规定的5μL/L，初步判断内部存在放电性故障。6小时后取样分析各组分含量发生明显变化。10小时后各组分含量基本稳定，其下部所测乙炔（C2H2）、乙烯（C2H4）值分别达到60.03μL/L、40.85μL/L。二氧化碳（CO2）与一氧化碳（CO）含量的比值约为1.85。按照“当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时（高于200℃），可能CO2/CO<3”[1]判断，变压器内部发生了涉及固体绝缘材料的放电故障。

1.2 绕组直流电阻测试

该变压器故障后的绕组直流电阻测试结果与交接试验值对比如表1所示。表1中，将低压侧绕组直流电阻交接试验值按照故障后试验时的温度进行了换算。由表2可以看出，故障后低压侧三相绕组的直流电阻较交接试验时均出现了明显变化，其中低压b相绕组的直流电阻变化率达到了46.78%。这表明，该变压器低压侧三相绕组出现严重的损坏，其中尤以低压b相绕组断股最为严重。

表1 绕组直流电阻测试结果对比

1.3 低压短路阻抗测试结果对比

低压短路阻抗测试结果与交接试验值对比如表2所示。由低压短路阻抗测试结果可以看出，该变压器中压对低压的各单相短路电抗较交接值分别增大了3.02%、3.0%、3.46%。从三相“中-低”阻抗数据出现3%左右的一致性偏差看（这个偏差中含试验偏差），变压器绕组可能已产生共性变形。

1.4 电压比测试

该变压器故障后的电压比测试结果如表3。标准规定“35kV及以上电压等级电力变压器，其额定分接电压比允许偏差为±0.5%，其它分接的电压比应在变压器阻抗电压值（%）的1/10以内，但偏差不得超过±1%”。由表3看出，该变压器高压对中压、中压对低压及高压对低压的各相间电压比均出现了超过标准规定的正偏差，其中高压对低压的各相间电压比偏差最大，如高压AC相与低压ac相间的电压比的偏差已高达13.61%。这表明该变压器低压绕组出现了严重的匝间短路，同时中压绕组也出现了匝间短路。

结合油色谱分析、低电压空载、变比、绕组直流电阻等多项试验，判断变压器已经发生了低压导电回路损伤，该损伤导致了绕组的短接故障、导电回路的熔蚀损伤。

2 原因分析

6月22日，对该台故障主变压器进行返厂解体分析。

C相低压绕组 B相低压绕组

通过解体发现，B、C相绕组发生严重的轴相绕组变形，并且存在绕组匝间短路及断股，与试验检查结果完全一致。

通过现场分析，发现该变压器的制造工艺存在缺陷，具体体现在：

（1）三相绕组的高度存在不一致的问题，故障后实测b相低压线圈存有20mm未压实空隙，现场对没有故障的每相3/4高度进行了测量a相高度1226mm，b相高度1225mm，c相高度1220mm，由此判断出三相低压线圈存在未压实情况。从轴向高度尺寸可以看出，厂家对变压器生产过程中的工艺控制存在缺陷。

（2）从现场解体情况看，厂家所用的自粘换位导线，没有充分粘合，变压器绕组辐向没有出现明显的变形，表明导致变压器绕组变形的主要原因是变压器绕组的轴向失稳，变压器的上端压紧结构损坏，导致线圈a、c相匝间出现短路。

由此得出的结论是：该型变压器存在严重的设计、制造缺陷，#4主变压器耐受短路冲击的能力不足是本次主变压器损坏事故的唯一原因。

3 结束语

3.1 该变压器的故障实例表明，对于新入网的变压器应加强管理，实现对设备的全过程技术监督，在技术协议书中对设備的抗短路能力做出明确的要求，并要求提供同型号变压器的抗短路能力型式试验报告。要求变压器厂家加强制造过程的工艺管控，提升变压器的制造水平，并随设备提供有效的计算报告。

3.2 设备运维单位应同时在技术和管理上采取有效措施，通过在变压器低压侧加装电抗器，加强用户设备管理等手段，改善变压器的运行条件，减少外部短路对变压器的冲击。运行中变压器在承受近区或出口短路后，应综合考虑短路电流的大小、次数和短路耐受能力，及时进行油色谱分析和绕组变形试验，准确掌握变压器的健康水平。

参考文献

[1]DL/T722-2000.变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].