一起220kV变压器短路事故分析

谢伟 赵鸣鸣 陈硕 李文博

摘 要：针对变压器短路对电力系统的影响，本文对一起220 kV变电系统在极端天气下引发的变压器高压出线故障进行诊断，结合油样色谱、高压侧绝缘电阻等试验数据，研究该事故发展规律。结果表明：在大风、暴雨等极端天气情况下，由异物引发两台变压器发生短路故障，导致启备变和#1主变先后跳闸，并据此提出针对性防范措施。

关键词：变压器;短路;事故分析;试验检查

中图分类号：TM407文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）22-0120-03

Abstract： In view of the influence of transformer short circuit on power system， this paper diagnoseed a fault of high-voltage outgoing line of transformer caused by 220 kV substation system under extreme weather， and studied the development law of the accident combining with the test data of oil sample chromatography and high-voltage side insulation resistance. The results shows that： in the condition of extreme weather， such as strong wind or rainstorm， two transformers occurred short circuit due to the sundries， and result in standby transformer and #1main transformer tripped successively， then provide the targeted preventive measures according to the above situation.

Keywords： transformer;short circuit;accident analysis;test inspection

電力变压器是电网的重要电气设备之一，保证其可靠运行对电力系统的安全稳定意义重大[1-2]。近年来，因短路引起的事故已成为变压器故障的首要原因，严重影响电力变压器的安全、可靠运行[3]。统计数据表明：自1992年以来，发生短路事故的变压器占事故总台次的比率一直稳定在30%以上，因此，提高变压器的抗短路能力，减少变压器事故发生率显得尤为重要[4]。

目前，变压器检测技术主要分为两大类：在线检测和离线检测。检测项目包括色谱分析、绕组试验、温度测验、电气试验、变压器油化试验、局部放电等[5]。在线检测技术可以大大提高试验的真实性与可靠度，及时发现设备缺陷。采用在线检测技术，可以根据设备绝缘状况的好坏来选择不同的监测周期，使试验的有效程度明显提高。但由于在线检测会产生大量的检测数据，这些数据是分析设备运行状态的依据，因此如何存贮大量的检测数据也是一个亟待解决的问题。离线检测的优点在于能通过停电检修消除正常运行时的大量现场干扰源，而不足在于停电检修不能完全反映变压器正常运行时的工况，检修时忽视了不同变压器运行的状况[6]。

本文主要分析某电厂一起220 kV变压器短路事故，根据保护动作情况初步判断故障情况及故障原因，并对该起事故进行诊断。

1 事故经过

2016年6月28日21：47，某电厂220 kV升压站内运行中的启备变、#1主变断路器相继发生跳闸，动作原因为变压器差动保护动作，其他断路器未动作。故障发生时，有大风、暴雨等恶劣天气，#1、#2机组带正常负荷运行，现场无操作。

21：47：10.778启备变高压侧A相单相接地故障，故障持续70 ms，启备变差流速断26 ms出口切除故障，系统恢复正常。110 ms后，#1主变高压侧C相发生单相接地故障，故障持续68 ms;故障切除前#1主变高压侧B相发生单相接地故障，故障持续12 ms，#1主变差流速断保护动作后，#1发电机在灭磁过程中主变高压侧又发生三相短路故障。

2 实验数据分析

2.1 故障情况及分析

2.1.1 启备变故障过程分析。启备变高压侧A相接地故障时，各支路供短路电流如表1所示。由于启备变三相电流取自本体套管CT，此支路故障电流方向与其他支路故障电流方向相反。#1主变中性点根据运行方式要求为不接地运行，此支路具有正序及负序分量，但无零序分量。由表1可知，当启备变A相引线发生单相接地短路时，故障相电压为0，电流变为原来的3倍;非故障相电压不变。

2.1.2 #1主变故障过程分析。#1主变高压侧C相接地及B、C两相接地故障时，各支路供短路电流如表2至表3所示。#1主变中性点根据运行方式要求为不接地运行，不计其支路。由表2可得，#1主变高压侧C相引线发生单相接地时，中性点电位升至相电压，非故障相电压升至线电压。由表3可知，#1主变B、C两相发生接地短路时，非故障相电压升高至原来的1.5倍，各支路数据具有明显的两相接地短路特征。

2.1.3 #1主变断路器跳闸后故障分析。#1主变高压侧三相接地短路故障时，流经主变高压侧绕组故障电流及发电机电压、电流幅值如表4所示。此时#1发变组已与电网解列，只计发电机支路。根据发电机次暂态电抗、主变短路阻抗、发电机电压、电流数据可以推断出，主变高压侧发生经过渡电阻较小的三相接地短路。依据上表比对，证明本次事件中在发电机灭磁过程中主变高压侧仍持续存在短路故障，并最终发生了三相接地故障。同时，根据雷电定位系统采集的数据分析，在跳闸发生的时间段内，故障线路2 km半径范围内有落雷。

2.2 高压试验数据

2.2.1 油色谱分析。启备变和#1主变两台变压器进行绝缘油色谱分析，乙炔含量为0，色谱结果无异常。

2.2.2 绝缘电阻。启备变和#1主变出线带变压器高压侧绝缘电阻测量，测量结果分别为：启备变高压侧及其出线绝缘电阻为60 MΩ，#1主变高压侧及其出线绝缘电阻为50 MΩ。结果正常。

2.3 雷电定位系统数据

根据雷电定位系统采集的数据分析，在跳闸发生的時间段内，故障线路2 km半径范围内有落雷。

2.4 事件处理情况

在跳闸事件发生后，分别取两台变压器油样进行色谱分析，色谱结果无异常。同时，进行启备变和#1主变出线带变压器高压侧绝缘电阻测量，结果正常。为保证电厂生产，启备变、#1主变随即投入运行。

7月14日，收集现场相关视频资料进行分析。7月22日，利用#1主变停电机会，对主变高压侧引流线、复合绝缘子、均压环等设备进行检查，更换受损设备。

3 改进措施及建议

第一，按照运行规程，定期对启备变、#1主变绝缘油进行色谱分析。重视避雷器的巡视工作，认真记录放电计数器示数。

第二，联系变压器生产厂家提供抗短路能力计算报告，为检修策略的制定提供参考。

第三，利用停电机会，对启备变、#1主变、#2主变进行频响法绕组变形试验、低电压短路阻抗试验，判断变压器绕组是否发生变形，同时检查启备变高压出线相关设备。

第四，#1发电机在灭磁过程中承受了短时的过电流，故障电流幅值不超过2倍额定值，故障电压较低，对发电机影响不大。可考虑利用检修机会，检查#1发电机定子线圈端部引线绑扎固定情况。

第五，故障发生时#2高厂变封闭母线外壳有放电，不影响设备本体正常运行，建议利用停电机会检查封闭母线连接螺栓及本体接地是否良好，发现异常及时处理。

第六，加强线路及升压站设备运行环境的治理，及时清理线路及站内鸟窝或其他异物。

第七，建议将主变套管CT接入发变组故障录波器，进一步提高录波器的监测范围。

4 结论

在故障发生的时间段内，雷电定位系统采集到故障线路2 km半径范围内有落雷发生，故障前母线电压没有过电压特征，可以排除线路遭受雷击的可能性。本次故障发生时，现场有大风、暴雨等极端天气现象。根据引流线、龙门架、复合绝缘子均压环放电点的典型特征，参考故障发生时的视频监控资料，判断由异物引发本次短路故障，导致启备变和#1主变先后跳闸。综合分析，此次事件各保护装置动作正确，各断路器跳闸时序正常。判断为两台变压器高压出线在极端天气情况下发生接地故障。

参考文献：

[1]杨军亭，彭鹏，温定筠，等.一起变压器有载分接开关事故分析[J].变压器，2016（2）：64-66.

[2]王健.基于计算效验的变压器短路事故分析及建议措施[J].变压器，2013（4）：65-68.

[3]邹德旭，钱国超，徐肖伟，等.变压器运行方式对短路电流的影响[J].变压器，2018（8）：79-82.

[4]杨宁.变压器抗短路能力研究[D].天津：天津大学，2012.

[5]张云海.电力变压器故障检测技术的现状与发展趋势[C]//科技与企业：企业科技创新与管理学术研讨会论文集（下）.2016

[6]陈浩，段荣贾.电力变压器PD离线检测与在线检测的对比分析[J].科技风，2011（12）：10-11.