一起35 kV变压器内部过热故障的分析与判断

王海滨，张树亮，谢 达

(1.国网河北省电力公司沧州供电公司，河北 沧州 061000；2.国网河北省电力公司，河北 石家庄 050000)

一起35 kV变压器内部过热故障的分析与判断

王海滨1，张树亮1，谢 达2

(1.国网河北省电力公司沧州供电公司，河北 沧州 061000；2.国网河北省电力公司，河北 石家庄 050000)

针对某35 kV变压器常规油色谱分析发现特征气体含量异常的情况，采用特征气体含量和三比值法进行故障类型诊断，利用电气试验检查、确认故障类型和部位，判断该故障原因及缺陷部位，并通过吊罩检查、局部解体证实了分析的正确性，同时提出了对应的防范改进措施，从而保证了变压器的安全运行。

变压器;铁芯;多点接地;色谱分析

0 缺陷概述

2015-12-16，试验人员在对某35 kV变电站2号主变(型号SZ9-10000/35，额定电压35±3× 2.5 %/10.5 kV，出厂时间2004年4月)进行油色谱分析时，发现该设备油中总烃1 658 μL/L(远超150 μL/L的试验标准)，乙炔(C2H2)9.52 μL/ L(超过5 μL/L的试验标准)。测试主变铁芯对地绝缘电阻时，发现其阻值为0。

吊罩检查发现，硅钢片下脚料在电磁场的作用下形成导电小桥，将铁芯与夹件短接，造成多点接地，设备存在重大隐患。同时，试验过程中还发现，高压侧绕组(35 kV侧)运行分接档位绕组直流电阻超标，相间互差达到17.83 %，远超±2 %的警示值。经检查发现，有载分接开关A相动静触头严重过热烧伤，放电痕迹明显。现场对上述缺陷及时进行了处理，消除了安全隐患。

1 特征气体含量测试及分析

2015-12-16，试验人员对2号主变进行油色谱试验，发现油中特征气体含量异常，总烃和C2H2含量均超试验标准。依据DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，计算三比值，指示为存在高于700 ℃的高温缺陷。特征气体中CH4和C2H4的含量最大，CC2H4+CCH4占总烃含量的80 %以上，且CC2H4＞CCH4＞CC2H6＞CC2H2，呈递减规律，符合过热故障的气体特征。根据经验公式T=322 lg(CC2H4/CC2H6)+525计算，估计故障部位温度达到833 ℃。

根据编码所对应的故障类型，判断引起变压器过热的原因可能有以下几种：

(1) 分接开关接触不良；

(2) 引线连接不良；

(3) 导线接头焊接不良，局部短路引起发热；

(4) 铁芯多点接地，铁芯局部短路等。

计算CCO2/CCO=5.93，根据经验，当比值低于3或高于7时，可能存在固体绝缘分解故障，因此初步判断未发生涉及固体绝缘的故障，而可能是裸金属的过热。铁芯是变压器中的主要裸金属部件，所以很可能是变压器铁芯引起的问题：铁芯多点接地或铁芯硅钢片间绝缘损坏，需要再配以电气测量方法加以确定。理论分析和实践表明：铁芯多点接地时，其故障点或故障部分的温度多在700-1 000 ℃之间，其热量来源有：(1) 正常负载的磁通在铁芯故障部位的磁滞和涡流损耗；(2) 2点接地间的环流在铁芯故障部位的有功损耗。后者往往占绝大部分。

故障性质明确后，为进一步确定故障原因，对主变采取了带电红外测温及停电测试，包括铁芯对地绝缘电阻、绕组介损因数tanδ、绕组直流电阻、有载分接开关的过渡波形等项目。

2 电气试验检查及分析

2.1 铁芯对地绝缘电阻测试

打开铁芯接地连接线，通过铁芯外引线用2 500 V兆欧表测量铁芯对地绝缘电阻，阻值为0，进一步证实铁芯可能存在多点接地故障。

电气试验结果证实了油色谱分析的结论。

2.2 直流电阻测试

对该变压器进行了所有分接档位绕组的直流电阻测试，发现高压侧(35 kV)A相1-7档的直流电阻值较正常值明显偏大，尤其是运行档位3，4分接位置时，三相直流电阻不平衡率最大达到了19.43 %；B相6，7分接位置直阻较正常值偏大较多，约5 %-7 %；其他档位直流电阻值无明显异常；每相邻档位间的直流电阻极差约为7 mΩ，说明A，B相的公用部分导电回路存有接触性的故障。低压绕组直阻未发现异常。高压侧直流电阻测试数据如表1、表2所示。

表1 2015-12-28测试数据对比 mΩ

表2 2010-11-08测试数据对比 mΩ

依据国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》规定：各相绕组电阻相间的差别不应大于三相平均值的2 %(警示值)；无中性点引出的绕组，线间差别不应大于三相平均值的1 %(注意值)；同相初值差不超过±2 %(警示值)。

测量绕组直流电阻能检查绕组焊接质量，绕组有无层间、匝间短路，是否存在绕组断股或引出线折断，绕组是否发生1处或几处断线，分接开关及导线接头接触是否良好等，是判断各相绕组直流电阻是否平衡、调压开关档位是否正确的有效手段。

为确保测试数据无误，首先用排除法排除了导致变压器绕组直流电阻异常的各种非故障性因素。

(1) 根据历史试验数据可排除引线电阻差异和导线质量原因造成的直流电阻不平衡率超标。

(2) 详细检查试验仪器、试验接线。检查试验引线的夹子，结果显示弹性及接触面均良好，试验引线无断线。重新测量后发现，测出的直流电阻数据与之前的一致，可排除因仪器的损坏、测量接线错误而引起的数值异常。

2.3 其他测试项目

在该主变停运前(带正常负荷)，对主变进行了红外测温，未发现明显过热现象；停电测试了绕组介损因数tanδ、有载分接开关的过渡波形等项目，未发现明显异常。

2.4 故障点判断

综合上述分析，可进一步判断故障点不在主绝缘部位，而可能在变压器内部同时存在着有载分接开关故障和铁芯多点接地故障。变压器发生铁芯多点接地故障的原因主要有：

(1) 铁芯碰壳、碰夹件；(2) 油箱内有金属异物，使硅钢片局部短路；(3) 铁芯绝缘、夹件绝缘、垫铁绝缘、纸板或木块绝缘受潮或损坏等，导致绝缘电阻下降；

(4) 制造变压器油箱和散热器时焊渣清理不彻底，在油流和电磁力的作用下(变压器运行时)，杂质往往被堆积在一起，形成导电小桥，使铁芯与油箱壁或箱底短接。

引起直流电阻超标的原因应该是变压器有载分接开关部分存在接触不良故障。

3 吊罩检查及缺陷处理

在确定变压器可能存在铁芯多点接地故障和导电回路故障后，为进一步查明过热故障原因，查找故障点的具体位置，决定对该变压器吊罩进行检查，以便确定缺陷位置。

3.1 有载分接开关检查及缺陷处理

将有载分接开关吊出检查，发现A相分接开关3，4档(运行档位)动静触头存在严重过热烧伤情况，触头间放电痕迹比较明显，动静触头放电熔化后的碎屑堆积在油箱底部，动静触头间几乎没有可靠连接点，动静触头主要通过高压间隙放电导通，如图1所示。

图1 有载分接开关

经分析发现，在运行中分接开关一直在3或4档运行，由于动静触头接触的弹簧压力不均衡，动静触头接触压力不够，接触不到位或者触头接触处脏污等原因，使得分接开关动触头与静触头接触不良，造成接触电阻增大，通过强电流时不断引起发热，致使触头发热，温度升高。而过热又会进一步促使接触电阻增大，加剧过热现象，严重发热时造成接触面过热烧蚀或产生放电现象烧蚀接触面。若不能及时发现此缺陷，将严重威胁主变安全运行。

技术人员对接触点进行处理，并更换了3相动静触头等零部件，重新紧固。回装后再次测量时数据已恢复正常，试验数据符合标准要求，确认合格，缺陷得以消除。

检查发现有载分接开关与变压器本体之间密封良好，无贯通部位，虽然有载分接开关存在严重过热故障，但不是造成主变特征气体超标的原因。

3.2 本体各部位检查及缺陷处理

吊开钟罩后，测试铁芯绝缘电阻，阻值依然为0，说明接地点不在铁芯与外壳箱壁之间。检查铁芯、铁轭及各部分夹件，无破损或明显接地痕迹，各夹件纸板也未变形、移位、破损或脱落，上、下铁轭表面硅钢片无突起，内部各部件无变形、无碰撞、摩擦及过热痕迹，铁芯底部无明显可引起导电小桥的堆积杂质。因此可能是变压器油箱中落入金属异物，如铁钉、短钢丝、金属工具、焊条头等使铁芯叠片和箱底沟通，在铁芯的某点和接地部位间形成“小桥”，造成铁芯接地。

经分析，认为在变压器制造或大修过程中，可能有微小硅钢片下脚料等被遗留在变压器油箱内。由于铁芯下层虽垫有垫块，但铁芯对夹件的距离仍然很小，当变压器运行时，在这一空间有相当大的漏磁，在漏磁场(电磁场)和油循环的作用下，下脚料随油流运动沉积至油箱底部。随着运行振动，下脚料逐渐向油箱底部最近的一级硅钢片(即铁芯厚度方向的中央)移动，以致被吸起来，竖起，形成导电“小桥”，造成铁芯与接地的夹件桥接，从而构成铁芯多点接地通道，引起局部温度升高乃至高温过热，使变压器油化学分解，产生各种气体。此次故障位置很可能是在铁芯接地部位或夹件接地部位，有可能是一种悬浮搭接的流动物，因此决定着重检查上下夹件与铁芯之间、铁芯柱与拉板之间有无异物。

技术人员对上述部位进行清理检查。经反复查找，发现变压器铁芯底部隐蔽处有一硅钢片下脚料(长约22 mm，宽约0.5 mm)，搭在铁芯与夹件之间，前端有明显的烧焦、放电痕迹，对应铁芯下部下轭铁处有放电点，有放电变黑痕迹。由于铁芯夹件结构为铁芯通过套管引至油箱外部接地，夹件直接与油箱接地，因此可判断为变压器下部铁芯与下夹件存在短接情况。取出该下脚料后，再测试铁芯对地绝缘，其电阻达到1 000 MΩ以上，接地故障已消除。本次接地故障为金属杂物将夹件与铁芯短接所引起的金属性短路，若不能及时发现处理，将造成铁芯局部过热甚至将铁芯烧损。

硅钢片下脚料清除后，抽真空进行脱气注油。该主变投入运行后，变压器油色谱分析数据均小于导则规定的注意值(见表3)，这充分证明变压器铁芯接地故障已被彻底消除。

经过上述检查和分析后，发现造成此次故障的原因是变压器制造、现场装配及施工中不慎遗落金属异物(硅钢片下脚料)。当变压器运行时，在油流循环和电磁场的作用下，硅钢片下脚料搭接在夹件与铁芯的绝缘表面上，形成导电小桥，使铁芯与夹件相碰造成接地。

表3 油色谱分析数据 μL/L

4 改进措施

4.1 提高设备制造、安装、检修管理水平

在变压器制造、安装、大小修的过程中，各项工作均应符合工艺要求，严格按照工艺规程的规定施工，严防在变压器内遗留物品、杂质，特别是要将油箱内的铁磁杂物清扫干净。

4.2 加强变压器设备验收及运维监督

运维部门应严把交接试验关及投运前的吊罩检查关，及时发现故障苗头和隐患。对油中溶解气体进行色谱分析能较准确地判断变压器故障性质与严重程度，因此应按规程定期进行油色谱分析。变压器铁芯出现多点接地时，铁芯接地电流将明显增加，所以对通过小套管引出接地的变压器，应将其接地引线引至适当位置，便于在运行中定期检测铁芯接地电流。对于不具备测试条件的接地引线，建议对其进行改造，以便在运行中测量铁芯接地电流。

变压器内部是否存在铁芯多点接地故障，利用油色谱分析、铁芯对地绝缘电阻、铁芯接地电流进行综合分析判断是有效的，因此加强对主变的电气试验和油的监督十分重要。将上述测试工作与状态检修工作相结合开展设备评估，做好疑似缺陷的分析工作，可发现设备运行中存在的不足，及时消除隐患。另外，从这次变压器铁芯故障排除过程中认识到，故障一般是由不同的原因引起的，切不可忽视任何一个方面，当找到一个故障时，不能放弃其他试验检查。

4.3 加强变压器的出厂检查

变压器在出厂时应加强质量检查工作，特别是对导电回路的检查，必须可靠连接，各类紧固件必须按规定力矩紧固到位，保证接触面的可靠导电。

5 结束语

通过对主变内部缺陷位置的现场试验、分析定位，发现特征气体含量超标的直接原因是金属异物(硅钢片下脚料)靠近铁芯下部与夹件，铁芯与夹件短接造成接地，引起局部温度升高，甚至高温过热，造成变压器油加速化学分解直至裂变分解，形成上述气体。在缺陷排查过程中，还发现了有载分接开关动静触头过热烧蚀的缺陷，并及时进行了处理。只有从多方面采取有效、可靠措施加以防范、改进，才能防止缺陷再次发生，确保变压器安全稳定运行。

1 国家电网公司．Q/GDW 1168—2013输变电设备状态检修试验规程[S]．北京：中国电力出版社，2013.

2 国家能源局．DL/T 722—2014变压器油中溶解气体分析和判断导则[S]．北京：中国电力出版社，2014.

3 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.

2016-03-14；

2016-06-24。

王海滨(1975-)，男，高级工程师，主要从事电力设备的技术监督工作，email: wanghaibin88@sohu.com。

张树亮(1980-)，男，高级工程师，主要从事电力设备的技术监督管理工作。

谢 达(1975-)，男，高级工程师，主要从事电力安全质量监察管理工作。