一起110 kV 变压器绕组绝缘故障的诊断与分析

谢云飞， 宋淑红， 郭建宏

（国网山西电力公司长治供电公司，山西 长治 046011）

0 引言

变压器是变电站最重要的电气设备之一，它提供了可靠且有效的电压变换方法。变压器的故障多为绝缘引起的[1-3]。变压器的电气试验是诊断变压器绝缘状况的重要依据。本文针对一起110 kV变压器运行中的故障，通过电气试验，探讨发生故障的原因，为类似情况提供借鉴。

1 故障概况

长治电网某110 kV 变电站1 号主变压器为1998 年2 月太原变压器厂生产的型号为SFSZL7-20000/110 的变压器，额定电压为110 000/38 500/10 500 V，接线组别为YN，yn0，d11，1998 年6月投入运行。2015 年2 月22 日5 时44 分21 秒，该主变双套WBZ-500H 保护差动动作，同时非电量保护本体轻瓦斯动作。30 ms 差动出口跳开1号主变101、501 开关（中压侧301 断路器在热备状态），切除故障。具体为动作相C 最大差流值Idmax=1.67 A，差动制动电流值Is=1.67 A。随后，对1 号主变进行了电气诊断性试验和油色谱试验。

2 试验分析

2.1 电气试验数据分析

绕组绝缘电阻、绕组介损及电容量、套管介损及电容量、绕组变形、有载分接开关切换试验数据均正常，而异常数据包括绕组直流电阻试验、变比试验和短路阻抗试验数据。

绕组直流电阻试验数据如表1 所示，110 kV侧三相直流电阻互差超标，超过了变压器直流电阻相间互差规程规定值2%，上层油温为12 ℃。

2011 年3 月21 日所测直流电阻数据如表2 所示，此时上层油温为12 ℃。

从表1、表2 可以看出，上层油温一致，高压侧A、B 相直流电阻无明显变化，高压侧C 相直流电阻在7 个分接位置都有明显增大。绕组直流电阻增大的原因通常有套管油枕连接板和导线接触不良、导线和绕组焊接不良、分接开关接触不良、绕组断股和断线等。为防止分接开关接触不良，试验人员在试验时将有载分接开关所有分接位置进行了4～5 个循环，另外C 相电阻7 个分接位置电阻均有增大，所有分接开关位置接触不良的原因较小。历次试验数据中三相直流电阻均正常，套管油枕连接板和导线接触不良以及导线和绕组接触不良、虚焊、脱焊等原因的可能性也较小，C 相绕组断股、断线的可能性较大。变比试验数据如表3 所示。

表1 直流电阻试验数据

表2 2011 年直流电阻试验数据

表3 变比测试值

变比数据中，只有AB/AmBm变比在正常范围内，BC/BmCm、CA/CmAm的变比均较大，已远超变压器变比误差规程规定值1%。同样验证了C 相绕组存在缺陷，但无法判断A、B 相绕组的绝缘和连接情况。为进一步分析各相绕组状况，通过单相（匝数比） 变比测试，变压器的高、中绕组均为YO 接线，相（匝数比） 电压比和变比为同一数值，详情见表4。

表4 单相变比测试数据

由表4 可以看出，A、B 相为正常，C 相变比数据增大。一般来说，变比增大的可能性较小。可能是绕组断股、断线导致试验电压大部分加于断点部分，而绕组的其余层和匝电压降较小，导致二次感应电压较小，变比测试数据出现偏大现象。

而短路阻抗试验高压对低压额定分接的短路阻抗已经明显超过2%的规程值，且中压对低压阻抗数据无明显异常，低压侧绕组直流电阻正常。因此，短路阻抗超标说明高压侧阻抗存在问题。

2.2 气相色谱分析

2 月22 日该主变故障后，立即对油样进行气相色谱分析，故障后油样色谱数据及故障前一个月油样例行试验数据如表5 所示。

由表5 可知，与1 月7 日下部油样相比，故障后的油样尤其是上部油样色谱数据，故障特征气体除乙烷外均有明显增长，而油中含水量无异常变化，存在较多的乙炔和一氧化碳说明变压器内部可能存在固体放电性故障，再利用三比值法可判断为低能放电故障。下部油样故障后除氢气和乙炔含量有较高增大外，其他均无太大变化，和上部油样及瓦斯口数据比较，下部油样的各项数据明显低于上部油样故障气体数据，可能为故障后气体扩散所致。在上部油样及瓦斯口气体中故障特征气体明显增长，故障部位应位于变压器中上部。

表5 油样气相色谱数据 μL/L

2.3 故障分析

综上所述，变压器的故障部位最可能位于高压侧绕组C 相中上部，故障原因可能为高压绕组C 相断线、断股，高压绕组油纸绝缘遭到破坏。

3 原因分析

故障当天天气良好，各条线路均无操作。该变压器为铝线圈老旧变压器，运行时间长，曾受过2 次短路冲击。但本次试验未发现绕组变形。吊罩后发现，在高压侧绕组C 相首端附近，最外侧几匝绕组油纸绝缘已遭到破坏。这是由于位于高压C 相附近油枕密封胶垫老化、热胀冷缩等原因造成密封不严，雨水进入油枕后慢慢渗入变压器内部，在C 相外侧绕组间形成含水量较高的通道，由于最大电位梯度总是位于高压侧附近位置，该处就会形成局部放电，随着绕组纸绝缘的受潮和局放的发展，绕组匝间绝缘被破坏，最后形成匝间短路，进而放电烧损绕组形成多层断股。C相绕组放电的位置正好为油枕密封不严漏水的位置，再次验证了本次事故的起因。

4 结束语

本文详述了通过电气试验分析判断变压器故障并定性定位的一个实例，对变压器故障分析有一定的借鉴意义；变压器油枕是变压器的重要组成部分，负责变压器绝缘油在热胀冷缩时的油面调节，油枕的密封性良好是防止变压器绝缘油老化、劣化的重要保证，保证油枕密封性是防止变压器绝缘事故的重要措施之一；变压器大检修时不仅要对本体和绝缘油进行检查，还应对油枕、有载分接开关等进行全面检修；对老旧变压器等电气设备应适当缩短大检修的周期，这是防止老旧电气设备事故的重要措施之一。