一起110 kV主变重瓦斯保护动作后的故障综合诊断分析

孙胜涛 李 飞 耿 宁 刘 林

（山东淄博供电公司，山东淄博255000）

0 引言

变压器是电力系统的核心枢纽设备，起着承上启下的电能转换作用，其安全稳定运行直接影响着整个电力系统的运行安全[1]。由于存在诸多不可避免的外部因素，变压器在运行过程中存在经受近区出口短路故障冲击的情况，短路冲击故障带来的影响包括：（1）变压器轻度故障，为了保证供电连续性，其经过简单处理后带隐患投运；（2）变压器重度故障，直接退出运行[2-3]。因此，在变压器出现故障停运后，如何通过现有的检测手段准确、及时判断变压器的当前状态，有效指导运检人员处理故障，对于缩短停电时间、提高变压器的安全可靠性至关重要。

本文针对一起110 kV主变重瓦斯保护动作后的故障综合诊断分析，准确判断出了故障位置，为人员及时制定与实施检修策略提供了指导。

1 现场试验及故障分析

某型号为SFSZ10-63000/110的110 kV主变，连接组别为YNyn＋0d11，电压比为（110±8×1.25%）/（38.5±2×2.5%）/10.5 kV，制造日期为2005年12月，投运日期为2006年10月。2019年3月21日凌晨，主变重瓦斯保护动作突然停运，试验人员赶赴现场开展抢修工作。经了解，该主变在近两年内，因10 kV侧出线开关多次出现故障跳闸，低压侧绕组遭受了多次近区出口短路冲击。试验情况具体如下：

1.1 油中溶解气体分析

主变跳闸后，试验人员立即对变压器本体油样和瓦斯气体继电器气体进行油中溶解气体分析，结果如表1所示。

由表1可知，各种气体组分，尤其是烃类气体组分均有大幅增加，其中乙炔超过150 μL/L，油色谱三比值分析结果为102，初步判断变压器本体内部发生电弧放电性故障，故障类型可能为变压器绕组匝间、层间短路，分接开关分接头发生油隙闪络，绕组引线对箱壳放电等。

另外，实践经验表明，当变压器发生磁路故障时，乙炔含量不大，并且乙烯和乙烷含量比值较低；当变压器发生电回路故障时，乙炔含量高，并且乙烯和乙烷含量比值较大。因此，主变故障发生在绕组电回路的可能性较大。

表1 主变油中溶解气体分析试验记录（2019-03-21）

1.2 电气试验

为进一步确定变压器的故障位置和类型，试验人员对主变进行了诊断性试验，包括绕组直流电阻、绕组和铁芯绝缘电阻、绕组介损和电容量、绕组变形等试验项目。

1.2.1 绕组直流电阻测试

直流电阻能说明绕组是否开路或短路、分接开关是否接触不良、绕组引出线连接是否完好等，还可以反映三相绕组的电流通路是否完好。通过对比本次和上次高、中、低压三侧直阻测试数据说明：高压侧绕组数据正常；中压侧绕组直阻不平衡率为2.59%，超过注意值（2%）；低压侧直阻不平衡率为37.7%，严重超过注意值（2%）。将上述数据换算为相电阻后，发现B相电阻Rb为21.81 mΩ，较上次增长了101%，初步判断，低压绕组B相可能存在短路故障。变压器高压、中压、低压绕组直流电阻测试数据分别如表2、表3、表4所示。

表2 变压器高压绕组部分档位直流电阻

1.2.2 绕组整体介损及电容量

绕组介损和电容量的综合分析可以判断绕组是否存在变形、受潮或被击穿等故障。高压、中压对其他各侧绕组介损均正常，高压侧的电容量超过注意值（5%），低压侧绕组无法加压至试验电压（10 kV），无法测出介损值和电容量，判断低压绕组出现短路故障。变压器绕组介损及电容量测试结果如表5所示。

1.2.3 绕组变形测试

频率响应分析法能够判断分布式参数绕组的变形情况。绕组变形测试曲线如图1所示，高压侧绕组三相一致性较好；中压侧绕组在高频段发生轻微变形，说明中压侧绕组出现轻微的整体移位现象；低压侧绕组低频段波形一致性较好，说明绕组电感量基本不变，中频段的波峰和波谷明显变化，其原因是绕组电感和匝间电容发生串并联交替谐振，绕组可能变形严重（扭曲、鼓包等），高频段B相发生并联谐振，绕组对地电容明显变化，可能发生绕组整体移位现象[4-5]。由此判断低压绕组B相出现绕组变形。

表3 变压器中压绕组直流电阻

表4 变压器低压绕组直流电阻

表5 变压器绕组介损及电容量测试结果

图1 绕组变形测试曲线

2 变压器解体验证

根据试验结果，检修人员迅速制定检修策略，及时返厂进行解体确认。吊罩检查发现：低压绕组B相存在严重的绝缘击穿、匝间短路、绕组变形等纵向绝缘损坏故障。主变低压侧绕组解体图如图2所示。这一检查结果与绕组直流电阻测试数据分析、绕组介损和电容量变化情况及绕组变形试验特征曲线图得出的分析结论相符；同时，通过对B相绕组拆铁拔包检查发现，铁芯处有黑色碳化物，这种现象表明该台主变发生高能量电弧放电现象，与油中溶解气体分析结果一致。

图2 主变低压侧绕组解体图

3 结论

本文针对一起110 kV主变重瓦斯保护动作后的故障综合诊断分析，得出以下结论：

（1）一旦发生主变低压侧短路故障，应安排人员取油样和气样进行油中溶解气体分析，根据气体组分变化趋势确定变压器运行状况，防止因累积效应，变压器出现故障跳闸。

（2）变压器出现故障后，绕组直流电阻、绕组介损和电容量测试对判断变压器是否发生严重故障反映明显。

（3）频率响应分析法绕组变形测试，可以直观看出绕组异常。受短路冲击后，绕组轻微变形，没有发生绝缘破损现象，常规的电气和油气试验难以发现此类潜伏性故障。

（4）国家电网公司2018版的十八项反措已经将变压器的抗短路能力定为重要测试条目，鉴于部分厂家诚信度不够，铜中掺铝的现象时有发生，导致绕组抗短路能力不足。建议制造厂提供绕组和铁芯样品，通过电科院测试绕组和铁芯样品是否符合合同要求，以保证产品质量。