某变电站变压器直连故障原因分析

◎张荻 雷宗昌 余亚东 董斌

针对某变电站2号变（F8间隔）66千伏侧C相油气套管部分严重烧蚀的问题，通过对该故障间隔样品进行解体检查、关键零部件尺寸检测、不同接触情况下的接触电阻测量验证、分解物化验等试验，得出C相直连筒体内部导体连接部位接触不良发热，长期积累造成导体熔化，金属熔化物朝筒体内壁溅射造成接地故障。

引言：随着坚强智能电网的稳步推广，越来越多的气体绝缘封闭式组合电器（以下简称GIS）产品在电网中成功运行。以往研究者们认为气体绝缘封闭式组合电器具有高的可靠性，无需维护，但现阶段，随着GIS设备的广泛应用，设备自身的绝缘能力的下降、保护误动作、气体成分报警、局部放电等现象时有发生，给电网的安全运行和系统的可靠性带来了巨大隐患。

笔者针对某GIS变电站内的2号变（F8间隔）66千伏侧C相油气套管部分严重烧蚀故障的情况，通过对不同接触情况下的接触电阻测量验证、分解物化验等试验分析，分析了该GIS变电站内变压器直连部分的故障原因，为电力设备运行及生产企业提供借鉴，防止此类事故的再次发生。

一、问题描述

该变电站主要供本站周边学校居民用电，2#主变（=F8间隔）C相变压器直连部分于某年的5月17日运行过程中发生故障，故障现象如下：①18：37该站的66千伏II母C相接地告警。②18：44该站的消防装置火灾告警。③18：47该站的二组二次开关间隔有气室六氟化硫气压低告警。通过监控视频系统发现二号变压器室有浓烟，无法明确故障点。④19：29变电运维人员拉开二组二次开关，接地故障消失。⑤经检查，发现该站的2号变（F8间隔）66千伏侧C相油气套管气体部分已经烧断。

二、返厂检查

1.解体检查。将故障部位变压器直连筒体二通筒体拆除，观察绝缘子及对接面情况，图1给出了直连筒体的二通筒体结构示意图。检查结果为绝缘子表面发黑严重，存在裂纹，是受到长时间电弧热效应造成；密封圈断裂，是由于受热劣化造成。

最后将上方绝缘子与四通筒体拆开，观察四通筒体情况，检测结果为四通筒体内壁存在少量粉尘，无放电痕迹，如图2所示。

2.关键零部件尺寸检测。为了查明本次故障的真正原因，笔者采用对关键零部件的尺寸检测，以确定是否是在生产过程中出现的质量问题，笔者对变压器直连筒体内的导体座、中间触头长度、连接块长度、动触头直径等关键性部位进行了尺寸检测，表1给出了关键零部件相关尺寸检测结果。

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根据表1的检测结果发现B相直连筒体内关键零部件尺寸完全符合图纸要求，同时C相残留的导体座长度也符合图纸要求

3.不同接触情况下的接触电阻测量。针对C相严重烧蚀的情况，接触电阻的测量验证试验采用间接测量的方式进行，以C相临近的B相为例，采用B相直连筒体内动静触头，验证不同接触情况下的接触电阻，测量数据如下表2所示。通过在不同情况下的接触电阻的测量，发现动静触头接触不良的情况下，电阻值急剧增大。

4.分解物化验检测。为了进一步分析现场出现严重烧蚀现象的原因，笔者和相关工作人员在现场拾取相应的烧蚀取样物，在试验室内对现场取样物进行了化验分析，图3、图4给出了化验结果图，化验的内容包含了 C、O、Cu、F、Mg、Al、Si等相关元素的含量值。通过分析发现在现场的取样物各个元素的含量值符合有关标准的规定。

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三、故障原因分析

通过以上分析，笔者和相关电科院专家一致认为变压器C相直连筒体内部导体连接部位存在接触不良的现象，长时间的接触不良导致了发热，而发热的长期积累造成变压器直连筒体内部的导体熔化，金属熔化物朝筒体内壁溅射造成了接地故障。由于本站66kV侧接地为消弧系统接地方式，允许在一定时间内存在单相接地的现象。在消弧线圈补偿的作用下，C相故障单元的电流与另外两相电流差值较小，因此故障持续时间比较长，高温电弧加剧了导体熔化过程，溅射的金属溶液造成了主回路和筒壁之间的接地故障持续发生，逐渐导致过渡筒烧蚀熔化，最终导致了本次故障。

由于变压器C相直连筒体内部导体烧蚀熔化程度非常严重，关键性的物证缺失，无法确定接触不良的真正原因；通过和GIS厂家沟通根据产品结构，我们推测导致本次导体接触不良故障的因素如下：

1.产品在现场安装的过程中，部分导电接触面（下图5三处标记部位）连接螺栓可能存在紧固力矩不达标的现象，导电面接触不好，直接导致了接触电阻增大，从而使得导体发热而引发不良故障。

2.为了便于在现场进行耐压试验，中间触头和静触头之间存在手动分合结构，根据不同接触情况下的接触电阻测量验证中可知，如果中间触头合闸不到位，动静触头也会存在接触不良的现象，这样也会导致接触电阻的增大，从而使得导体发热而引发不良故障。图6给出了动静触头分合闸状态的模拟示意图。

四、结论

本文根据实际的现场情况分析了该变电站的故障原因。结合了现场直观检查、解体试验、关键零部件尺寸的检测和分解物化验等手段全面的查找了故障可能存在的原因，确定了故障原因是由于接触不良导致的发热问题，随着时间的积累导体熔化，金属熔化物朝筒体内壁溅射造成了接地故障。