楊海濤

（山鋼股份濟南分公司 檢修工程公司，山東 濟南 250101）

1 前 言

大型電力變壓器作為電力系統(tǒng)核心樞紐設備，其安全運行直接關系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。由于設計、制造及運行維護水平的影響，變壓器故障還是時有發(fā)生，尤其是變壓器近區(qū)或出口短路故障，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，國產(chǎn)變壓器遭受外部近區(qū)短路沖擊導致繞組損壞事故占變壓器總故障率的80%以上［1］。變壓器抗短路能力不強是造成變壓器損壞的主要原因，而近區(qū)短路是誘發(fā)變壓器短路損壞事故的首要原因。因此，通過研究變壓器受近區(qū)短路沖擊后的運行狀態(tài)、試驗分析，可降低變壓器損壞率，減少停電損失，延長變壓器使用壽命，確保電網(wǎng)安全運行。

2 事故分析

2011年7月1日21時51分29秒，濟鋼第六降壓站2#主變發(fā)送差動保護跳閘信號、重瓦斯跳閘信號，2#主變三側開關跳閘，變壓器停運。該變壓器型號是SFSZ10-75000/110，2004年12 月投運，額定容量為75000 kVA，聯(lián)接組別為YNyn0d11。

通過查詢故障錄波信息發(fā)現(xiàn)7月1日16時20分六降壓L3206 發(fā)生BC 相短路故障，故障電流約11 kA，持續(xù)時間約70 ms；17時35分六降壓L3206再次發(fā)生BC 相短路故障，故障電流約11 kA，時間約70 ms；21時51分六降壓2#主變差動動作。

根據(jù)故障錄波顯示，當天該變壓器中壓側BC相間發(fā)生了3次近區(qū)短路沖擊，而第3次造成了變壓器差動保護、重瓦斯同時動作，變壓器三側跳閘。故障后對該變壓器進行了全面高壓電氣試驗，試驗項目包括繞組絕緣電阻、繞組介質損耗、繞組直流電阻、繞組直流泄漏電流、變壓器油色譜分析等十余項測試，試驗結果不同程度出現(xiàn)異常。經(jīng)過分析，最終決定對該變壓器進行停運吊芯檢查。經(jīng)過拆卸吊芯發(fā)現(xiàn)該變壓器中壓側（35 kV）C 項繞組上部有明顯電弧燒傷斷裂，底部有繞組融化后的小銅珠。由于繁多復雜的試驗分析項目，導致從事故發(fā)生到最終做出處理意見，耗時近20 h，延誤了搶修時間，給生產(chǎn)運行帶來十分惡劣的影響。全面系統(tǒng)的試驗雖然可以更加準確地反應變壓器狀態(tài)，但耗時費力，已無法滿足當前供電系統(tǒng)反應快速、優(yōu)質高效的需要。因此，變壓器突發(fā)性近區(qū)短路故障后的電氣試驗方法迫切需要優(yōu)化和改進。

3 近區(qū)短路后的電氣試驗

為了準確地對變壓器進行故障分析，縮短檢修時間，提高工作效率及準確率，根據(jù)多年運行維護的經(jīng)驗，提出針對此類突發(fā)事故的試驗分析方法—四測分析法，即絕緣電阻試驗、繞組直流電阻試驗、油氣相色譜分析、繞組變形測試。同時還需依托相應的試驗數(shù)據(jù)庫的建立和運用，通過歷史試驗數(shù)據(jù)的全面比對，結合“四測分析法”的應用，來處理變壓器突發(fā)故障。

3.1 絕緣電阻試驗

變壓器繞組在大短路電流沖擊下，受到電磁力作用的影響，發(fā)生繞組初始性機械形變，在多次短路電流的疊加作用下，初始性機械形變逐步惡化，匝、股間短路，導致局部放電，直至整段主絕緣放電或完全擊穿，造成主絕緣破壞（GB 1094.5—1985）。這一劣化過程，通過繞組絕緣電阻測試可以直觀地體現(xiàn)出來，濟鋼六降壓2#主變絕緣測試歷史數(shù)據(jù)見表1。

由表1 可知，2006—2010年的4 次絕緣測試雖然試驗結果均達到“絕緣電阻＞2500 MΩ”的國家標準，但變壓器繞組由于受到短路電流沖擊的累積影響，已經(jīng)發(fā)生機械形變，從而導致絕緣電阻值持續(xù)降低，其吸收比亦受到影響。所以，測量絕緣電阻式變壓器出口近區(qū)短路后一項必要的檢測。

表1 六降壓2#主變絕緣測試歷史數(shù)據(jù)

3.2 繞組直流電阻測量

短路電流會對繞組產(chǎn)生電磁力作用，導致繞組發(fā)生機械形變，同時大量的短路電流瞬間流過整個繞組，對其薄弱環(huán)節(jié)造成損傷。如套管引線接頭、調壓分接頭、將軍帽與線圈引出線之間出現(xiàn)過熱或接觸不良，若未能及時發(fā)現(xiàn)處理，會使接觸不良點發(fā)熱熔化而燒斷，進而燒壞變壓器。接觸不良，匝間和股間短路可通過測量繞組直流電阻發(fā)現(xiàn)。2007—2011年六降壓2#主變中壓側直流電阻實測值見表2。

表2 六降壓2#主變中壓側直流電阻實測值

通過對比，可以明顯看到C項直阻明顯增加，不平衡系數(shù)δ增長并超出2%的最高限值，最后一次測試結果變化異常且劇烈，可以考慮繞組發(fā)生燒損甚至熔斷現(xiàn)象。

3.3 變壓器油氣相色譜分析

目前，大型電力變壓器大多采用油紙組合絕緣，一旦變壓器內部發(fā)生近區(qū)短路等潛伏性故障時，短路電流產(chǎn)生的高溫會使油紙材料發(fā)生化學變化裂解產(chǎn)生H2、CO、CO2和低分子碳水化合物（C2H2、C2H4）等溶解在油中。其中含有不同化學鍵結構的烴類化合物，隨故障點溫度的升高依次裂解生成烷烴、烯烴和炔烴（GB/T 7275—2001）。

分解出來的多種氣體所形成的氣泡在油中經(jīng)過對流、擴散，就會不斷地在油中溶解。通過對油中溶解氣體的組分和含量進行濾出分析，就可發(fā)現(xiàn)變壓器遭受近區(qū)短路后故障的損傷程度。因此，變壓器油氣相色譜分析是判斷變壓器狀態(tài)以及能否繼續(xù)運行的重要手段。六降壓2#主變連續(xù)色譜分析試驗結果見表3。

表3 六降壓2#主變連續(xù)色譜分析試驗結果 μL/L

由表3 可看出該變壓器劣化程度，根據(jù)其短時間內產(chǎn)生大量氫氣及乙炔氣體，可基本推斷其故障原因是由近區(qū)短路沖擊所導致的電弧放電故障，應考慮變壓器停運維修。利用油氣相色譜分析結果進行故障診斷時，應全面了解設備的結構特點、檢修、運行情況，綜合比對歷史試驗數(shù)據(jù)，排除各種干擾因素的影響，防止誤判造成不必要的經(jīng)濟損失。

3.4 繞組變形測試

目前，進行的繞組變形測試主要采用頻率響應法，其測試原理是用掃頻儀根據(jù)繞組對不同頻率段的響應特性，獲取唯一頻響曲線。也就是說，只要繞組在物理結構上固定了，其頻率響應特性曲線也就固定了。由于其制作工藝、流程、方法的差異，每臺變壓器都有一組唯一的頻響曲線，所以繞組變形試驗，也被稱作指紋試驗。如果繞組本身存在機械結構等的薄弱環(huán)節(jié)，在巨大短路沖擊的作用下，勢必會發(fā)生物理性機械形變，無論其形變的輕重程度，繞組變形測試都會以頻響特性曲線的形式直觀地展現(xiàn)出來。因此，在變壓器遭受近區(qū)短路后及時進行繞組變形測試，制訂相應的措施，并有計劃地進行檢驗，不但節(jié)省人力、物力，對變壓器是否重新投入運行或及時退出運行也有相當重要的意義。

4 結 語

“四測分析法”在應對變壓器突發(fā)性近區(qū)短路事故處置中，在滿足試驗分析需要的前提下，可大幅度精簡試驗項目?！八臏y分析法”目的清晰明確各具針對性，可準確有效的分析事故情況，判斷變壓器運行狀態(tài)，同時將試驗分析時間由20 h 縮短至5 h，提高了變壓器突發(fā)性近區(qū)短路事故處理效率和準確率。

［1］咸日常.電力變壓器出口短路的危害與預防措施［J］.電力設備，2006，7（2）：64-67.