变压器内部匝间短路的故障分析

变压器内部匝间短路的故障分析

付义涂进夏家骥

(岳阳供电公司湖南岳阳414000)

摘要：文章针对某变压器发生内部故障，结合故障前后各项试验数据，通过对称分量法进行短路分析，推测出最可能的故障类型和故障点。为确认结果，通过变压器吊罩和吊芯查找故障原因，发现B相发生匝间短路。文中针对变压器内部故障类型，如何定位故障点，并对匝间短路进行了重点分析，为今后查找变压器匝间短路故障提供方法和借鉴作用。

关键字：变压器，匝间短路，对称分量法

Abstract：Foratransformerinternalfaultoccurs，getthetestdatabeforeandafterthecombinedfault.Throughshort-circuitanalysisperformedbysymmetricalcomponents，suggestingthatthemostlikelytypeoffaultandthefaultpoint.Toconfirmtheresults，findthecauseofthefaultthroughthetransformercorehanginghoodandfoundtheB-phasewhichhasshortcircuitoccursbetweenturns.Inthispaper,aninternaltransformerfaulttypes，howtolocatethepointoffault，andfocusoftheanalysisshortcircuitbetween.whichcarriedouttoprovideamethodandfindmethodforfuturereferencetransformerturnshortcircuitfault.

引言：差动保护用来反应变压器绕组的相间短路故障、绕组的匝间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的接地故障。而对与变压器内部的短路故障，如星形接线中绕组尾部的相间短路故障、绕组很少的匝间短路，差动保护和电流速断保护都不能反映。而变压器内部故障中，匝间短路故障比率达到一半以上[1]，所以变压器内部故障一直都是故障分析的难点和薄弱环节，近期的主要研究主要是通过建模分析内部故障[2-4]，下面通过一起110kVY/Y/Δ型变压器内部故障，如何查找分析匝间短路。

一故障过程及试验介绍

1、主变保护动作情况：

现场#1主变保护屏WBH-812差动保护装置“跳闸”灯亮，差动保护B、C相动作。WBH-814非电量保护装置“信号”“跳闸”灯亮，重瓦斯动作。

列出故障前的各侧电流、差动电流和制动电流如表1：

经过上述的数据可以看出，高压侧为电源点，中、低压侧位负荷点，高压侧电压基本不变，排除高压侧故障。从故障电流可以看出，B相电流最大。大致判定故障在B相中压侧或者低压侧[5]。

根据差动保护的比率制动方程，Id=|I1+I2+I3|，Ir=MAX(I1，I2，I3)。A相差动电流1.3<1.31，A相不动作；B相差动电流2.68>1.31+0.52*0.5，落在动作区间内，B相保护动作正确；C相差动电流1.38>1.31，落在动作区间内，C相保护动作正确。

故障后绕组的频响试验

检测变压器的绕组是否发生变形，高中低三侧绕组频响波形以及相关系数均良好，只是中压侧绕组的频响波形比较不一致，判断中压侧绕组可能发生严重变形。绕组变形试验，采用频率响应法分析变压器三侧绕组变形试验结果如图1至图3和表3至表5。可以查找历年故障报告看出，近期变压器发生过中压侧近区相间短路，中压侧受短路冲击电流影响最大，变形最严重。

4、油化数据分析

某变电站原#1主变的历年油化分析数据见表6，其油中溶解气体的三比值编码见表7。在事故发生后，#1主变的变压器油中的乙炔超过注意值150μL/L，主变静置20小时后，油中的总烃超过注意值150μL/L。根据充油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系，从CH4/H2，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值，以不同的编码表示，得三比值编码为：102，初步判定本次故障为高能量电弧放电，引起事故的可能原因包括：变压器线圈匝间、层间短路，相间闪络、分接头引线间油隙闪络、引线对箱壳放电、线圈熔断、因环路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等。

表6某主变历年油中溶解气体检测数据

表7某主变油中溶解气体三比值编码

二、变压器吊罩吊芯过程：

（1）中压侧B相线圈之间存在匝间短路现象，结合故障电流及试验数据推测应该是造成这次故障的主要因素：吊芯过程发现B相中压侧绕组上部已明显烧毁、变黑，绝缘严重老化，系本次故障所致；B相中压侧绕组外侧绝缘严重老化、变黑，故障层绕组轻微变形，匝间短路发生在36-37饼之间，总共有76饼。如下图所示：

（2）发现C相中压侧绕组严重变形，如下图所示。但C相中压侧绕组上并未发现有明显的放电、碳化痕迹，由于2013年2月3日35kV母线发生A、C相短路发展为三相短路的事故，C相变形可能由此引起，而事故后主变又正常运行了4个多月，且本次故障中压侧的电流很小，因此推测C相中压侧绕组变形不是本次故障所致。

三、总结及故障分析：

变压器匝间短路故障的匝数一般很少，故障时绕组中这部分被短接起来，但仍是闭合的线圈，相当于产生了一个新的高匝比NS的“短路变压器”；剩下未短路的部分可以当成另一变压器N1'。原变压器绕组变成了匝间短路绕组和剩余部分绕组并联组成的绕组。

从短路匝的角度分析。考虑变压器的饱和因素，即使发生匝间短路，铁芯内的磁通量也不会明显变化。假设原边的感应电势为E1，短路匝的感应电势则为ES=(NS/N1)E1，而短路匝的阻抗ZS=Z1（NS/N1）2很小，将会引起很大的短路电流IS=(N1/NS)I1。该电流为变压器内部匝间短路提供了监测的线索。匝间短路的绕组由于电流很大发生绕组的熔化，现场发现周围有铜珠。

区别变压器内部故障还是外部故障；内部故障时，变压器发生相间短路的概率很小，有研究统计，变压器内部故障发生匝间短路的概率为85%。相间短路发生在高压侧和中压侧比较好鉴别，发生在低压侧时，按照滞后相的电流为其他两相的两倍来鉴别，且该两相的相位相反。

如果确定为匝间短路，严格区分高压侧、中压测、低压侧匝间短路。某一相高压侧电流最大，则该相为匝间短路相。某变压器为三相三柱式变压器，高压侧为电源侧，中压侧和低压侧为负荷侧。绕组发生匝间短路，匝间短路和剩余绕组并联后的阻抗比匝间短路的阻抗较小，折算到高压侧的短路阻抗很小，故高压侧的回路阻抗变小，进行短路计算时，高压侧电流变大。所以从故障电流看出，故障时高压侧B相的电流最大，推测B相发生匝间短路。

进行高压试验的局放试验中，给低压侧B相加压，由于电流过大，无法加压。此时存在两种可能：（1）低压侧匝间短路，此时给低压侧绕组加压，相当于低压侧绕组匝数变少，低压侧电流增大。（2）高压侧或中压侧匝间短路，在电源侧低压侧加压，此时匝间短路使得副边的绕组接近于短路，使原边无法励磁，电压全部加在漏抗上，导致低压侧电流过大。

而短路时高压侧电压基本正常，可以判断出故障肯定在中压侧或者低压侧B相。结合绕组的频率响应曲线分析，中压侧绕组发生严重变形，可以推测最可能的故障为中压侧B相匝间短路。经过吊罩检查，分析结果与实际一致。

参考文献：

[1]唐起超，王赞基，王维俭.多绕组电力变压器内部短路故障稳态分析（一）建模与仿真[J].电力系统自动化，2006，30（10）：44-47.

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[2]王赞基，刘秀成，陈香辉.用于内部故障分析的变压器电感参数计算模型[J].电力系统自动化，2000，24（24）：21-25.

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[3]李俭，孙才新，陈伟根等.灰色聚类与模糊聚类集成诊断变压器内部故障的方法研究[J].中国电机工程学报.2003，23（2），112-115.

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[5]张星海，吴广宁，张苏川等.基于对称分量法的变压器匝间短路事故的分析[J].电气应用.2009，28（1）：48-50.

ZHANGXing-hai，WUguang-ning，ZHANGSu-chuanet.BasedonAnalysisofSymmetricalComponentsBetweenTransformerShortedTurnsAccident[J].ElectricApplications.2009，28（1）：48-50.

作者简介：

付义，中级工程师，硕士研究生，主要研究电力系统自动化和继电保护