基于高压试验的某型35kV 站用变压器家族缺陷分析及运维措施

李波 胡依林 李纠 陈生学

（1、昭通学院，云南昭通 657000 2、宜宾学院，四川宜宾 644007 3、云南电网有限责任公司昭通供电局，云南昭通 657000）

1 研究背景与意义

站用变压器在变电站中不仅供应着日常生活生产用电，同时也为SF6 开关、保护屏、主变有载调压装置等重要设备提供操作所需电源，因此对其安全运维监控对变电站有着重要作用。某地供电所一年内同一型号的35kV 站用变压器多次发生内部故障。以此猜测该型35kV 站用变压器存在家族性缺陷，本文将从此入手，利用高压试验的数据分析，判断变压器缺陷类型和部位，再结合返厂解体的结果来验证上述猜想。

2 变压器高压试验的理论基础

变压器的内部组成复杂, 造成其内部缺陷的原因及其缺陷位置的判定,给运维检修部门带来了很大的难题。变压器高压试验就是为快速准确辨识判断变压器缺陷故障位置，提出了相应的处理措施。运用高压试检检测变压器故障的常用技术有：①绝缘电阻测试试验；②介质损耗试验；③直流电阻测试试验等。

绝缘电阻测试试验可以针对变压器整体的绝缘情况进行评估，能够有效检查出绝缘体异物，绝缘油劣化，绝缘层受潮污、热老化、击穿等问题，为现场运检提供辅助。

介质损耗试验主要示判断交流电作用下，产生的热量使得绝缘层老化，引起气设备介质损耗因数过大的预防性试验。介质损耗试验其试验原理如图1 所示。

图1 介质损耗试验原理图

直流电阻的测量是变压器试验中一个重要的试验项目，对保证变压器安全运行起到了重要作用。可以检查出诸如变压器接头松动，分接开关接触不良、档位错误等许多缺陷。直流电阻测试试验等效电路图及参数变化如图2 所示。

图2 直流电阻的测量试验等效电路图

3 某型35kV 站用变压器家族案例分析

3.1 35kV 站用变压器故障案例1

3.1.1 故障概述

云南某站用变发生熔断器炸裂故障，事发时该站用变处于运行状态。当地供电局修试所专业技术人员对变压器进行了高压试验，试验数据如下：

①绝缘电阻测试（MΩ）。（表1）

表1 案例1 35kV 站用变绝缘电阻测试

2 直流电阻测试（MΩ）。（表2）

表2 案例1 35kV 站用变高压侧绝缘电阻测试

3 直流电阻测试（mΩ）。（表3）

表3 案例1 35kV 站用变低压侧绝缘电阻测试

由于高压侧直流电阻无法测试，后改用2500V 绝缘兆欧表分别对AB、BC、CA 相进行测试，得到较大的测试值，初步判断为AB、BC、CA 之间都有绕组断线情况。

3.1.2 故障原因分析

通过检查开关柜内部，可看到当时事发时的三相熔断器炸裂的残余碎片，及烧蚀的痕迹（BC 相较为严重）。新更换的保险丝的型号为40.5kV/5A/31.5kVA，与原先的保险丝型号相同。经过检查35kV1 号站用变高压电缆、10kV1 号和35kV2 两台站用变的低压侧电缆及所带的负荷均正常。结合现场检查和试验数据判断，本次故障怀疑变压器内部绕组故障的可能性较大。

3.2 35kV 站用变压器故障案例2

3.2.1 故障概述

某35kV1 型站用变熔断器熔断，当地供电局修试所专业技术人员对该35kV1 号站用变进行高压试验，试验数据如下：

①高压绕组直流电阻测试(Ω)(运行档3 档)

油温：12℃ 环 境温度：12℃相对湿度：63%。（表4）

表4 案例2 35kV 站用变高压侧绝缘电阻测试

②低压绕组直流电阻测试(mΩ)。（表5）

表5 案例1 35kV 站用变低压侧绝缘电阻测试

③绕组绝缘电阻、吸收比测试

根据电力设备预防性试验规程》Q/CSG1206007-2017中相关要求：高压侧C相直阻偏差远超过规程要求的2%，将高压侧实测值换算为相电阻后更能说明问题：

实测值：RA=48.5Ω RB=49.2Ω RC=101.95Ω

历史值：RA=48.1Ω RB=48.0Ω RC=47.7Ω

C 相偏差△=200+%

判断C 相绕组有损坏，且绝缘也达不到规程要求的绝缘电阻值，判断变压器内部绕组已损坏，结合油样品试验可进一步判断。

3.2.2 故障原因分析

结合该变电站35kV1 号站用变的解体情况，故障位置位于C 相绕组下端位置，可见明显的大面积匝间绝缘破坏和绕组断股的现象，且该故障点破环了约5 层层间绝缘，层间绝缘纸严重破损，绕组导体断股熔化，有明显的金属熔化颗粒和绝缘纸炭化痕迹，该故障位置为该故障站用变的主要故障点。

3.3 35kV 站用变压器故障案例3

3.3.1 故障概述

35kV2 号新站用变报A 相缺相运行，运行人员随即对其检查，发现A 相熔断器熔丝熔断，随即运行人员更换熔丝，当再次投A 相的过程中产生拉弧现象，熔断器熔丝再次熔断，低压侧断路器跳闸。次日，当地供电局修试所专业技术人员对该站用变进行了高压试验，试验数据如下：

表6 案例1 绕组绝缘电阻、吸收比测试

①高压绕组直流电阻测试(Ω)(运行档3 档)

油温：16 ℃环境温度：16℃ 相对湿度：73%（表7）

表7 案例2 35kV 站用变高压侧绝缘电阻测试

②低压绕组直流电阻测试(mΩ)

油温：16 ℃环境温度：16℃ 相对湿度：73%（表8）

表8 案例1 35kV 站用变低压侧绝缘电阻测试

③绕组绝缘电阻、吸收比测试

油温：16 ℃环境温度：16℃相对湿度：72%（表9）

表9 案例1 35kV 站用变低压侧绝缘电阻测试

根据试验数据知直流电阻测量结果应符合要求：高压侧A 相直阻偏差远超过规程要求的2%，将高压侧实测值换算为相电阻后更能说明问题：

实测值：RA=62.38Ω RB=39.91Ω RC=39.71Ω

历史值：RA=38.77Ω RB=38.83Ω RC=38.80Ω

3.3.2 故障原因分析

A 相偏差△=60.9%，且高压侧绝缘也达不到规程要求的绝缘电阻值，判断变压器内部绕组已损坏，A 相有断股，结合油样品试验可进一步判断。

根据实际绕组解体情况，放电击穿位置位于A 相绕组靠下端的部位，放电区域呈现明显的越靠近内层放电烧熔区域越大,绕组断股数越多的现象。而故障区域，可见明显的匝间绝缘破坏以及绕组断股的现象，整体而言，该故障点破环了约6 至7 层层间绝缘，层间绝缘纸呈现破损炭化痕迹。经了解，层间绝缘纸绝缘裕度远较匝间绝缘高，且结合故障区域与故障现象，可以认为首先是匝间的绝缘破坏而导致的内部放电，进而导致层间绝缘击穿。

4 该型35kV 站用变压器家族缺陷分析

上述站用变故障的共性点有：

4.1 均为某变压器有限责任公司出厂的S11 型变压器，值得注意的是，该变压器厂早年间S9 型产品并未出现如此频发的故障。

4.2 故障均为熔断器熔断或爆炸。

4.3 高压绕组断股进而引起的匝间绝缘击穿。

5 运维措施探讨与建议

当地该年共发生了多起35kV 站用变类似故障。均为该变压器厂的S11 型产品，存在批次性缺陷的可能。综上所述，运维建议如下:

5.1 结合以上三个案例可发现:故障站用变投运时间较短，故障直接原因均为绕组内部放电故障，且故障位置相近，均出现在高压绕组下端位置处。值得注意的是，生产该型变压器的变压器厂早年间S9 型产品并未出现如此多发的故障，根据反映，S11 型在设计上较S9 型主要变化为绕组用漆包线线径有所减小，属于同厂家同型号同批次在较短时间内相对密集的出现故障的情况，初步认为该型号站用变可能存在批次性家族缺陷，建议制造厂家对该型号批次的站用变产品进行整改。

5.2 鉴于该型变压器已多次出现站用变故障，建议适当缩短站用变的色谱分析的频度(每季度一次或半年一次)，加强数据分析，并根据色谱分析的情况适当延长分析的周期或采取其他措施。

5.3 建议重点关注该型站用变的试验以及运维工作，尤其是投运时间较短的站用变，密切关注异常情况，必要时适当缩短高压试验周期，加强数据分析与经验积累，并根据试验数据结合油色谱试验有针对性的开展预控措施。

6 结论

本论文通过数个试验典型案例的分析结果证实了我们对高压试验的某型35kV 站用变压器存在家族性缺陷的猜想，并针对该缺陷提出了运维措施。本文的研究提供了高压试验分析对变压器缺陷故障判定的可行性方案，可据此对变电站电压器进行预防性运维措施，在根据实际情况进行判断，保障变电站站用变的安全运行。