一起10 kV 配电变压器故障分析

汪 敏，李 俊，赵 静，张 健

（1.国网安徽省电力有限公司淮南供电公司，安徽淮南 232007；2.国网江西省电力有限公司超高压分公司，江西，南昌 330000）

0 引言

配电变压器是电力系统中的核心设备，承担着电压变换和电能传输的作用，其安全稳定运行对电力系统具有重要意义。对配电变压器的故障原因进行分析和总结，有利于及时准确地判断故障原因并采取相应对策，将损失降到最低，从而保障电力系统安全稳定运行[1-3]。

文中对一起10 kV 配电变压器故障事件进行分析，通过油中溶解气体气相色谱分析、绝缘电阻试验、绕组直流电阻试验等试验以及吊芯检查对故障变压器进行诊断分析，初步判断出故障变压器发生层间短路故障。通过对故障原因进行分析，找到故障变压器在制造时存在的缺陷，对今后配电变压器生产制造和质量监督提出相应建议[4-6]。

1 事件经过

2021年2月25日，某公司专变用户反映，出现无法用电情况，且高压计量装置、变压器外壳等绝缘部分出现漏电现象。在现场对变压器进行检测，发现变压器进线疑似对地绝缘被击穿，导致用户侧电压过低，无法正常用电。该故障变压器2021年1月30日投入使用，型号为S11-M-200/10型，容量200 kVA，联结方式为Dyn11，分接范围10 kV±2×2.5%，故障变压器外观照片如图1所示。2月27日上午，更换同型号变压器后，用户用电恢复正常。

图1 故障变压器外观

2 试验分析

为诊断配电变压器故障原因，根据DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》、GB/T 6451—2015《油浸式电力变压器技术参数和要求》等标准对该变压器进行油中溶解气体气相色谱分析、绝缘电阻测试、绕组直流电阻测试等试验。

2.1 油中溶解气体气相色谱分析

用气相色谱分析仪（型号为GC-7960A）对变压器油进行气相色谱分析，试验数据如表1所示。

表1 油中溶解气体气相色谱分析数据

根据DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中三比值编码规则，计算气体比值得到编码为100，对应故障类型为电弧放电，典型故障为线圈匝间、层间放电，相间闪络；分接引线间油隙闪络，选择开关拉弧；引线对箱壳或其他接地体放电[7]。

2.2 绝缘电阻测试

用绝缘电阻测试仪（型号为OMJY-D）对变压器进行绝缘电阻测试，测试部位及数据如表2所示。

表2 绝缘电阻测试数据

上述结果表明，低对地绝缘电阻无异常，高对低、低对高和高对地绝缘电阻值低于正常水平，说明高、低压绕组之间绝缘受损，判断变压器内部发生短路故障。

2.3 绕组直流电阻测试

用直流电阻测试仪（型号为JYR（20 W））对变压器5 个分接档位分别进行绕组直流电阻测试，测试数据如表3 所示。其中，RAB、RBC、RCA是高压绕组线电阻，Rab、Rbc、Rca是低压绕组线电阻。

表3 绕组直流电阻测试数据

根据GB/T 6451—2015《油浸式电力变压器技术参数和要求》，10 kV 配电变压器绕组直流电阻相间不平衡率应不大于4%，线间不平衡率应不大于2%。由表3 中测试数据，高压侧1 至4 档绕组直流电阻RCA较RAB和RBC相差约0.9 Ω，导致其不平衡率均超过12%，严重偏离标准要求[8]。高压侧5 档绕组和低压侧绕组电阻不平衡率满足标准要求。

2.4 变比试验、空载损耗试验

对变压器进行变比试验和空、负载试验，由于变压器内部发生故障，测试过程仪器产生过流保护，变比试验和空、负载试验均未得到有效测试结果。

综上，判断变压器高压绕组存在层间短路。

3 吊芯检查

为进一步判断变压器故障原因，对变压器进行吊芯检查，检查结果如下：

3.1 变压器油检查

变压器吊罩后，焦糊味浓重，变压器油颜色较深，器身上覆有些许碳素，如图2所示。

3.2 变压器器身检查

A 相器身吊杆下方螺帽脱落，上方螺帽松动，如图3 所示，判断该变压器在制作工程中，未紧固螺帽，导致螺帽松动脱落。

3.3 变压器高压线圈检查

对变压器高压线圈进行检查，发现C相高压线圈从下部至上部绝缘层绝缘受损，有烧糊痕迹，导线表面绝缘层及层间绝缘纸出现烧焦烧毁现象，如图4所示。且铁心发生变形，判断是由短路电流冲击产生的电动力导致。A、B两相检查未见绝缘受损等异常现象。

图4 C相高压线圈导线表面绝缘层及层间绝缘纸烧焦

为进一步判断故障位置，对高压绕组各相线芯进行直流电阻测试，测试结果如表4所示。

表4 高压绕组各相线芯直流电阻测试数据

由上表可知，C 相高压绕组5 个档位均比其余两相绕组小1 Ω左右，约2～3层高压绕组被短路。

综上，通过吊芯检查，确定故障变压器C 相高压绕组发生层间短路。

4 故障原因分析

1）通过查询用电信息采集系统及现场核实，2月25 日该台配变故障前为轻载运行，月电量百余度，且运行期间未发生雷击。因此，排除因重过载和雷击过电压造成故障的可能性。

2）通过试验和吊芯检查，判断该变压器层间或匝间绝缘存在缺陷，在运行过程中，局部电流增大发热，引起C 相高压绕组层间绝缘击穿短路，可以断定C相高压绕组层间短路是该变压器故障的直接原因。

5 结语

高压绕组层间短路是该配电变压器故障的直接原因，在制造阶段层间或匝间绝缘存在缺陷是故障的根本原因。该变压器在制作过程中工艺把关不严，导致运行过程中发生故障。为避免类似故障再次发生，建议在生产制造过程加强工艺把控：

1）线圈在制作过程中应严格按照图纸设计要求放置层间绝缘纸，每层导线紧密排列。由于线圈是椭圆形，线圈成型过程中需要经过压装来保障线圈的外径尺寸，如果绝缘纸张数不够或者排线较松时容易出现层间绝缘纸破损导致层间短路；

2）线圈压装时注意把控力度。如果出现压过头的情况，容易损伤线圈导线及绝缘层，导致层间短路；

3）绕制线圈时如果发现导线存在毛刺、绝缘层损伤等问题，应及时进行处理或更换，杜绝隐患；

4）线圈导线焊接时搭头应放置在线圈的长轴部位。由于焊接搭头比导线更毛糙，如果放置在线圈的短轴部位即被压面，容易出现损伤层间绝缘纸及导线的现象。