变压器绕组损坏事故的分析与建议

雷志勇，　高世德，　史海青，　雷君杰，　王　伟

国家电网山西省电力公司 晋中供电公司　山西晋中　030600

变压器绕组损坏事故的分析与建议

雷志勇，高世德，史海青，雷君杰，王伟

国家电网山西省电力公司 晋中供电公司山西晋中030600

针对一起110kV主变压器短路且绕组损坏事故，进行了诊断性试验和解体分析，同时提出从结构材料设计、运行维护监督等方面提高主变压器的抗短路能力。

变压器；绕组；故障

1　事故情况

电力变压器是电网中的核心设备之一，其安全运行对电网安全稳定和供电可靠至关重要。大型电力变压器损坏，除了会对企业本身造成较大经济损失外，还会造成不良的社会影响。根据国家电网公司统计，2009年以来因变压器抗短路能力不足导致的本体损坏事故占比在60%以上。因此，提高变压器抗短路能力成为提高电网安全可靠性的重要手段[1-3]。

2016年11月13日，国网晋中供电公司 110kV 变电站1号主变压器35kV线路发生近区短路故障，导致该线路掉闸，重合闸启动后，造成主变压器差动及重瓦斯保护动作，主变压器退出运行。

1号主变压器的型号为SFSZ10—50000/110，额定电压为(110±8×1.25%) kV/(38.5±2×2.5%) kV/10kV，短路阻抗百分数高压侧对中压侧为9.91%，高压侧对低压侧为17.99%，中压侧对低压侧为6.49%，出厂日期为2006年7月1日，于2006年7月20日投运。

2　现场检测及分析

2.1　诊断性试验

图1　高压三相绕组诊断性试验

图2　中压三相绕组诊断性试验

图3　低压三相绕组诊断性试验

2.2　现场故障分析

通过对上述测试情况进行综合分析判断，该主变压器本体内部绕组发生电弧放电故障，故障部位为中压与低压C相绕组，具体为绝缘击穿导致电弧放电。主变压器内部放电导致差动、重瓦斯保护相继动作。现场不具备检修条件，建议该主变压器返厂吊罩检查。

3　返厂后检测及分析

3.1　返厂后检测

对该主变压器进行吊罩检查，发现绕组上端部B相、C相之间有因短路冲击而脱落和位移的绝缘垫块，如图4所示。其它部分没有明显的位移变形等情况。拔掉上轭铁后，发现C相绕组上端部中压和低压绕组之间有内部击穿放电而冲击产生的碳化物、铜渣等，如图5所示。

图4　B相与C相之间绕组上端部示意图

图5　C相绕组上端部示意图

进行吊心解体检查，发现高压绕组无明显变形，如图6所示。中压绕组变形严重，如图7所示。在对中压绕组进行分离时，由于中压绕组三相变形严重，造成中压、低压绕组分离困难，分离后发现C相中压、低压绕组之间绝缘纸板有被击穿痕迹，已形成孔状，如图8所示。C相10kV绕组中部饼间有明显放电痕迹，如图9所示。低压A相、B相绕组局部发生变形，如图10、图11所示。

图6　高压绕组示意图

图7　中压绕组示意图

图8　绝缘纸板击穿示意图

图9　低压C相绕组示意图

图11　低压B相绕组示意图

3.2　返厂后故障分析

该主变压器35kV侧线路发生近区相间短路故障，线路跳闸，这一故障短路电流导致主变压器中压 C相绕组受到电动力影响而发生位移变形，挤压 10kV 绕组，从而使10kV绕组饼间及匝间距离变小。当故障线路断路器保护动作重合闸后，短路故障未消除，短路电流再次冲击主变压器，绕组变形加重，重合闸产生过电压等多种因素最终导致变压器低压绕组饼间及匝间形成电弧放电，绕组绝缘严重损坏。高温电弧将低压绕组与中压绕组间绝缘纸板烧穿，最终导致中压、低压绕组间绝缘击穿。

4　综合分析

结合事故过程、变压器材料结构进行分析，导致主变压器绕组绝缘击穿的主要原因为抗短路能力严重不足，具体情况如下。

(1) 35kV绕组与10kV绕组无硬纸板绝缘，为软纸绝缘板，绝缘强度不足，电弧放电后导致绕组间绝缘损坏。

(2) 35kV绕组无外撑条，绕组抗短路能力不足，35kV系统近区及出口短路导致绕组严重变形。

(3) 全部绕组未使用自粘换位导线，且导线换位下无Z形垫块加强绝缘，导致低压绕组导线换位处绝缘薄弱，当绕组发生过电压时产生饼间击穿。

(4) 查阅、了解运行情况，该变电站建在山区，属雷电高发区，在过去15年中，35kV架空线路共发生雷电跳闸事故15起，其中近区短路故障3起。故障后均未对该主变压器进行诊断性试验，未及时进行状态评估[2]。

5　防范措施及建议

为保证主变压器的安全运行、防止事故发生，应在设计和制造过程中，提高主变压器绕组抗短路能力。在运行维护中应加强技术监督，及时掌握运行状态，可以采取以下几方面措施。

(1) 以绕组自支撑理论为基础，根据结构需要选择半硬铜导线或自粘换位导线。将绕组直接绕制在刚度佳的硬纸筒上，绕组线饼辐向尺寸采用0裕度设计，对绕组出头、换位弯折的绝缘薄弱部位加强绝缘和可靠绑扎。

(2) 增加绕组内支撑数量。绕组内部支撑的数量对内绕组辐向稳定性有重要影响。在内绕组承受较大径向短路力作用的情况下， 通过增加绕组内部支撑条，不仅可以减小线匝弧段的跨距，而且可以提高绕组圆整度，这些都可提高内绕组承受径向短路力作用的能力。

(3) 改进工艺，对绕组进行稳定性处理。绕组绕制时采用轴向、辐向压紧装置，保证线饼绕制紧实。对绕组进行恒压干燥处理， 并在压装过程中反复调整绕组高度，使各绕组在规定压力下的尺寸达到设计要求。这些措施都可保证变压器运行过程中绕组轴向尺寸的稳定。

(4) 在保证各绕组本身尺寸准确的基础上，在套装过程中保证纸筒与铁心之间、各绕组之间、绕组与其它结构件之间配合紧实，保证各绕组之间具有较好的同心度和磁中心重合度。通过在绕组组装过程中采取一系列工艺措施，使各部件绑紧撑实，达到在变压器短路过程中各部件不会窜位或失稳变形的目的。

(5) 加强主变压器技术监督，及时进行状态评估。绕组变形诊断中，纵横比是最重要的分析方法。应注重变压器绕组变形测试数据的积累，在变压器投入运行前或有条件停电的情况下定期组织开展绕组变形试验，及时掌握变压器绕组的排列情况。减小变压器中压、低压侧短路的可能性[9-10]。变电站出口的35kV、10kV线路考虑采用绝缘包封，防止变压器近区或出口短路造成变压器损坏。35kV侧出线三芯电缆应逐步改造为单芯电缆。加强变压器中压、低压侧附近设备的巡视，防止变电站低压侧的无功设备、开关柜故障造成低压侧短路。运行方式方面，建议根据现场实际条件加装限流器或快速开断器。变压器中压、低压侧安排分列运行，对于主变压器绕组已发生变形且又无法立即退出运行的设备，应退出35kV、10kV 侧重合闸压板。结合带电检测和停电试验，对开关柜内性能劣化的绝缘隔板和绝缘件及时更换，以防止变电站开关柜故障造成短路。实际运行时如果发生近区短路，建议尽快安排停电进行绕组变形试验诊断分析，利用阻抗法、频率响应法和电容分解法进行诊断分析，如果短路阻抗百分数有明显变化并大于5%，或利用电容分解法发现低压绕组对铁心的电容值变化量大于10%，应结合停电计划吊罩检查。还可进行油色谱诊断分析，24h内取油样与上一次油样进行油色谱对比，计算油色谱产气速率，并与上一次油样结果进行对比，若总烃超标且产气速率大于10%，应进行诊断，并查明原因。

6　效果分析

根据上述措施，对变电站进行了整改，对变电站站内架空线和出口35kV、10kV线路采用绝缘包封，并对开关柜内性能发生劣化的绝缘隔板和绝缘件进行更换，同时将35kV侧出线三芯电缆改造为单芯电缆。完成改造后，在7个月时间内，10kV线路跳闸次数由上一年同期的30次降为15次，同比减少了50%，近区短路故障由上一年同期的3次降为0次，主变压器受故障短路冲击的次数显著降低，极大地提升了电网安全性和供电可靠性。

7　结束语

近年来，随着电网规模的不断扩大，变压器需承受的系统短路冲击强度不断增大，过电压冲击频次不断增加，外部运行环境日益严峻。随着运行时间的增加和短路电流冲击次数的增多，主变压器抗短路能力将明显下降。每一次短路冲击都有可能导致主变压器发生烧毁事故，因此，提高变压器抗短路阻抗的能力是保障电网安全运行的重要因素，同时应尽早掌握变压器绕组运行状态并加以防范。

[1] 输变电设备状态检修试验规程： Q/GDW 1168—2013[S].

[2] 输变电设备状态检修试验规程： DL/T 393—2010[S].

[3] 国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)及编制说明[M].北京： 中国电力出版社，2012.

[4] 张伟航.220kV主变压器运行中出现的问题及对策[J].上海电气技术，2011，4(2)： 52-55.

[5] 雷志勇，史海青，任刚，等.主变绕组变形异常的分析与判断[J].上海电气技术，2017，10(1)： 59-63.

[6] 电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则： DL/T 1093—2008[S].

[7] 电力变压器绕组变形的频率响应分析法： DL/T 911—2016[S].

[8] 高朝霞，马涛，王永儿，等.短路阻抗法结合频响法诊断变压器绕组变形的分析与应用[J].电力设备，2006,7(12)： 32-34.

[9] 杨光照,黄繁朝.变电站安全运行存在的问题和保护技术[J].科技创新与应用,2015(36)： 185.

[10] 施祖铭,何延庆.输配电设备发展现状和发展趋势简要分析(下)[J].上海电气技术,2008,1(2)： 57-62.

(编辑： 启德)

Aiming at the short circuit of 110kV main transformer and the winding damage, the diagnostic test and the knockdown analysis were carried out. At the same time, the anti-short-circuit capability of the main transformer was improved from the aspects of structural material design, operational maintenance and supervision.

Transformer；Winding；Fault

TM421

B

1674-540X(2017)04-064-05

2017年7月

雷志勇(1981-)，男，本科，工程师，主要从事变电检修工作，E-mail:gaogaosd@163.com