220kV变压器低压短路故障分析及处理

220kV变压器低压短路故障分析及处理

黄海飞1王婵娟2

（1江苏省电力公司检修分公司苏州运维分部215000）

（2江苏省电力公司苏州供电公司215000）

摘要：电力系统中变压运行部分是非常重要的组成部分，其中变压器作为变电运行中重要的核心设备。变压器的质量对于电网的安全运行起到非常重身的作用。电网环境的恶劣直接影响变压器能否可靠运行。导致变压器无法正常运行有多种原因，其中变压器短路比较常见。解决变压器短路故障问题首要的工作是诊断分析，其次是采取有效的方法进行处理。本文针对220KV变压器短路故障问题诊断和处理进行详细的分析和探讨。

关键词：220kV；变压器；低压短路；故障分析；处理

1.前言

电力变压器在运行中不可避免地要遭受各种故障短路电流的冲击。出口短路已经成为变压器损坏的重要原因。出口短路导致变压器损坏，一方面是由于恶劣的运行环境，另一方面是由于变压器抗短路能力差。在短路电流的冲击下，绕组可能会出现轴向和径向的变形。严重的绕组变形改变了绝缘距离，最终可能造成绝缘击穿等损坏事故。

变压器出口短路后，需要进行一系列的电气试验和油中溶解气体的色谱分析等工作，并结合继电保护情况，对变压器进行综合故障分析，以判断变压器有无绝缘损坏、绕组变形等情况，最终给出变压器是否可以继续运行的结论；如判断变压器不能继续运行，分析结果也将给大修工作提供依据。

2、故障概况

某220kV主变一条35kV出线开关过流I段保护动作，75ms开关跳闸，故障电流二次值102.4A，一次值16384A；之后该主变差动保护、本体轻瓦斯、本体重瓦斯动作，100ms三侧开关跳闸，B相差流3.321A，C相差流3.347A。35kV备投装置动作，35kV分段开关合闸.故障变压器型式为SFSZ10-240000/220，额定电压为230±8×1.25%/121/38.5kV，接线组别为YNyn0d11，短路阻抗为13.32%（高、中）、22.84%（中、低）、7.67%（高、低），2002年出厂。故障后，试验班对该主变进行了试验分析。

3、故障分析

3.1、油中溶解气体色谱分析

变压器故障后，油化组迅速赶往现场，提取油样，并进行了现场分析，未见异常（事后分析认为，由于故障时间较短，并且为金属性放电故障，产气速率快，本体油样未能充分扩散，故一开始的油样分析未发现问题）。数小时后，进一步的分析发现，H2、CH4、C2H2及总烃超标，CO增加明显，判断变压器内部存在热性故障，并有金属性放电。三比值法对应编码为102，说明变压器内部存在高能量放电。

3.2、绝缘试验

绝缘试验主要进行了绕组连同套管的绝缘电阻测试和铁心对夹件、夹件对地的绝缘电阻测试。绝缘试验应完整反映各测试部位对地及可能存在绝缘损坏的各部位间的绝缘情况，因此应当根据规程要求准确选择测试部位和接地部位。

从测试结果得出结论，低压绕组对高压绕组、中压绕组、铁心、夹件及外壳的绝缘电阻为0，而高压绕组、中压绕组、铁心和夹件的对地绝缘是合格的。由此可见，低压绕组和铁心间的绝缘已被击穿，低压绕组通过铁心接地。

3.3、直流电阻试验

直流电阻测试显示，高压绕组各分接和中压绕组的直流电阻均合格，而低压绕组直流电阻明显超标（见下表。下表中，初始试验值和本次试验值均为换算至75℃后的值，并由线电阻换算至相电阻）。从下表可以看出，低压c相直流电阻无论从三相横向比较还是与初始试验值纵向比较均大大超过2%的警示值。鉴于变压器内部存在热性故障和大容量金属性放电故障，并且低压绕组与铁心间绝缘击穿，因此怀疑低压c相绕组可能有烧损或断股。

低压绕组直流电阻测试结果

3.4、绕组变形试验（频率响应法）

为掌握故障变压器的绕组的变形情况，对该主变进行了绕组变形（频率响应法）试验。为避免残余电荷对试验的影响，绕组变形试验在常规试验之前进行，试验时变压器高压绕组在第1分接。

但考虑到以下原因：（1）低压绕组接地且严重变形，将改变中压绕组和高压绕组的电容、电感参数，从而对其频率响应曲线产生影响。（2）高压绕组和中压绕组具有较强的抗短路能力。（3）高压绕组和中压绕组其他电气试验结果未见异常。（4）低压侧出口短路后，线路和变压器主保护均正确动作，变压器三侧断路器正确断开，使得变压器短路时间较短；根据以往经验（以往中压绕组和高压绕组变形多是因为变压器连续多次遭受严重的短路冲击），认为高压绕组和中压绕组变形的可能性不大，具体情况需要返厂吊罩进行判断。

4、故障分析及吊罩检查结果

综合继电保护、电气试验、油务化验及变压器各绕组的抗短路能力等因素，根据以往经验，认为该变压器低压绕组与铁心绝缘击穿、并且低压绕组变形严重、低压c相绕组直流电阻明显增大，可能存在烧损或断股。中压绕组和高压绕组具体情况，需要厂内吊罩检查，进一步确定有无异常。根据油中溶解气体的色谱分析显示，判断变压器内部存在热性故障和高能量金属性放电故障。

进一步分析认为，该变压器由于短路电流冲击，造成变压器低压绕组短时间内产生大量热量，无法及时散出，绕组温度急剧升高，线圈机械强度下降；在短路电动力作用下，低压绕组幅向收缩，轴向伸展，造成绕组匝间短路，低压绕组与铁心间绝缘损坏；低压绕组在热和电弧的作用下，出现烧损或断股；热性故障和大容量的金属性放电，产生大量H2、CO和烃类气体。

变压器故障后，第一时间运回设备厂家进行了吊罩检查。检查发现，低压绕组c相多处换位导线S弯处绝缘烧损、严重扭曲变形，上端部严重烧损，并有断股和匝间短路，与铁心间绝缘击穿；低压绕组a相和b相、中压绕组、高压绕组无明显故障和变形。

5、处理措施及建议

在对该变压器损坏情况经过仔细检查和故障原因分析后，进行了返厂修复：更换该主变压器中、低压绕组，导线全部采用半硬自粘换位铜导线，提高低压绕组导线屈服强度，降低低压绕组电流密度；在满足主变压器并列运行条件的前提下，尽量提高该主变压器高低压间短路阻抗值，以降低短路电流对低压绕组的冲击；更换变压器内非结构性绝缘件及层压纸板，改进楔形垫块的形状及尺寸，保证楔形垫块与导线“Ｓ”弯面良好接触；采取有效措施控制好安匝平衡；控制低压绕组的辐向裕度及轴向压缩率；加强低压绕组“Ｓ”弯换位处绝缘，并在其上下2个油道位置增设扇形板来加强线饼间的绝缘等。将该主变压器进行返厂修复后，重新投入运行，运行状况良好。

结束语

总而言之，变压器本身抗短路能力不足是引起短路损坏的主要原因，而外部运行环境不良也是一个重要的因素。为防止大型变压器发生短路损坏故障，应在产品制造和运行管理两方面采取综合措施。生产厂家设计和制造大型变压器时，应进一步优化产品设计和制造工艺，严格控制原材料及组部件的质量，并严格按照主变压器相关标准开展型式试验、出厂试验等。运行单位应采取措施改善变压器运行环境，避免变压器低压侧遭受外部短路故障冲击。

参考文献

[1]石鑫，朱永利，萨初日拉，王刘旺，孙岗.基于深度信念网络的电力变压器故障分类建模[J].电力系统保护与控制，2016，01:71-76.

[2]黄新波，李文君子，宋桐，王岩妹.基于DGA技术和SAMME的变压器故障诊断[J].高压电器，2016，02:13-18.

[3]刘凯，彭维捷，杨学君.特征优化和模糊理论在变压器故障诊断中的应用[J].电力系统保护与控制，2016，15:54-60.