一例干式变压器匝间短路故障分析

周 平，叶华松，吴礼贵

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443133)

目前国内干式变压器广泛地采用环氧树脂绝缘真空浇注工艺，由于采用固体绝缘，若变压器本体发生严重电气故障后，可能故障起始点已完全烧毁，此种情况仅靠外观检查，难以判断故障的具体原因。因此对变压器的运行监测数据成为故障分析的主要依据，如温度、电压、电流等，特别是故障发展过程变压器绕组电压电流的波形变化，成为最可靠最直接的原始资料，本文通过一起干式变压器故障的分析过程，以故障电流电压波形为基础、以仿真为工具，通过变压器解体进行验证，为变压器匝间短路分析提供了一种分析方法。

1 故障现象

有1台型号为SCB10-1000/10.5，额定电压为10.5/0.4±2.5% kV，连接组别为Dyn11的干式变压器发生了电气故障，整个过程有高压侧母线消谐装置告警和低压母线电压Uuw越高限报警信号。保护装置动作后，停电检查发现变压器U、V相外观完好，W相高压绕组浇注层外部完整，靠首端有4根导线断裂弹出，低压箔绕组上部呈波浪状严重变形，疑似非对称短路故障。

2 原因分析过程

初步检查完后对故障变压器进行拆除，并调阅了变压器一次侧10 kV开关录波数据，该开关柜内仅L1、L3两相安装电流互感器，因此仅有变压器U、W两相数据记录，电压信号取自10 kV母线电压互感器。波形如图1所示，从图1可知，在保护装置启动时，U、W相电流几乎对称反相，启动时一次侧电压幅值和相位无明显变化，故障电流未达到保护定值。

图1 变压器一次侧电流电压波形图

随后母线消谐装置告警，出现了零序过电压，从变压器故障情况看，此时应为变压器一次侧W相绝缘降低。

通过故障波形特征和变压器本体情况，初步判断为W相二次侧低压箔绕组发生单相接地引起一次侧短路故障。

以下从变压器低压侧发生单相接地短路故障进行理论分析。

在供配电系统中，变压器低压侧短路时，短路电流实际上是从电源通过变压器高压侧流到短路点的，将变压器二次侧短路时，其一次侧流过的短路电流称为变压器的短路穿越电流[1]，分析本台故障变压器发生低压接地时其短路穿越电流的情况，图2所示为Dyn11连接组的10/0.4 kV变压器低压侧W相发生单相接地的情况。

图2 变压器W相低压侧单相接地示意图

如图2所示，当W相低压侧发生单相接地时，二次侧的电流情况[2]：

一次侧的短路穿越电流情况：

从以上分析，故障电流波形与变压器低压侧单相接地理论分析一致，符合低压侧单相接地的情况，但监控系统曾报出低压侧Uuw高越限，此现象不符合低压侧单相接地情况，因此还需要对变压器故障进行进一步分析。为寻找低压侧对铁心的放电点，将低压绕组吊出。检查结果显示，低压绕组内侧完好，铁心四周完好，无电弧灼烧及放电点，因此排除低压侧单相接地的推断。

排除低压侧单相接地故障后，推断高压侧可能发生匝间短路。由于变压侧高压侧匝间短路参考波形不多，根据仅有W相绕组受损、且初始故障电流不大等现象，将故障类型定位于W相高压侧内部小匝间短路。因高低压绕组粘连在一起，短时难以分解，为了解高压侧绕组小匝间短路故障下变压器高压侧电压电流波形情况，对变压器的高压侧W相首端附近匝间故障进行了Simulink仿真，搭建的仿真模型如图3所示。

为与变压器真实故障进行对比，对变压器高压侧W相进行了匝间故障仿真，其电流波形如图4所示，故障电压波形如图5所示。

图3 高压侧W相匝间故障仿真模型图

图4 高压侧W相小匝间故障时的三相电流仿真波形图

图5 高压侧W相小匝间故障时的三相电压仿真波形图

仿真图形显示匝间短路情况下，一次侧电流U、W相也呈对称反向状态，小匝间短路情况下电压无明显变化，与变压器故障波形一致吻合。

在变压器返厂进行高压侧绕组的检查过程中，在高压绕组首段线圈中间层发现了匝间短路，变压器线圈共四段，只在首段发现问题，符合小匝间短路判断，具体短路情况如图6、7所示。

图6 高压线圈首段解体情况图 图7 高压线圈匝间细节图

根据故障仿真和变压器实际解体情况的一致性，最终确认高压线圈小匝间短路为变压器损坏的直接原因。

3 结 语

变压器近端电气短路故障往往造成变压器本体损坏，甚至烧毁，故障点难以辨识确认，故障录波成为判断发生故障原因的重要数据，但在分析过程中，应全面汇总相关信息，不能草率根据经验忽略一些蛛丝马迹，尤其是不完全符合故障现象的地方，以防失之毫厘，谬之千里，得到相反的结果，本文以一起干式变压器故障的分析过程为例，为同类型变压器匝间短路分析提供了一种分析方法。