柯于剛，顧文雯

（1.江蘇省電力公司檢修分公司無(wú)錫分部，江蘇無(wú)錫214101；2.無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫214061）

220 kV主變短路故障后的綜合試驗(yàn)分析

柯于剛1，顧文雯2

（1.江蘇省電力公司檢修分公司無(wú)錫分部，江蘇無(wú)錫214101；2.無(wú)錫供電公司，江蘇無(wú)錫214061）

通過(guò)油色譜分析、直流電阻測(cè)試、繞組電容量測(cè)量、低電壓短路阻抗試驗(yàn)以及變壓器繞組變形試驗(yàn)，對(duì)1臺(tái)220 kV主變發(fā)生近區(qū)短路故障后進(jìn)行了綜合試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)了該變壓器低壓側(cè)C相繞組存在嚴(yán)重變形故障，這一分析結(jié)果得到了主變廠家吊罩檢查的映證，該分析方法為變壓器短路后試驗(yàn)檢測(cè)和故障處理提供了有效參考。

變壓器；短路故障；油色譜分析；直流電阻；繞組變形

無(wú)錫地區(qū)220 kV某變電站2014年5月10日凌晨05：56，110 kV揚(yáng)蘆738開(kāi)關(guān)零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合不成。保護(hù)裝置顯示C相故障，故障電流7.83 kA，故障測(cè)距1.6 km。2號(hào)主變“輕瓦斯動(dòng)作”告警。隨即對(duì)2號(hào)主變及110 kV揚(yáng)蘆738回路進(jìn)行了檢查，揚(yáng)蘆738保護(hù)裝置及一次設(shè)備情況正常，2號(hào)主變瓦斯繼電器內(nèi)發(fā)現(xiàn)有瓦斯氣體。經(jīng)查閱資料，該站2號(hào)主變1993年5月生產(chǎn)，1993年9月投運(yùn)，主變型號(hào)OSFPS7-180000/220，編號(hào)93023，電壓組合220± 2×2.5%/121/38.5 kV、連接組別YNa0yn0+d，2009年進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)吊罩大修，最近一次修試日期為2013年11月20日。

1　變壓器油色譜分析

主變故障后，第一時(shí)間對(duì)2號(hào)主變進(jìn)行油色譜分析，發(fā)現(xiàn)油中乙炔含量從0增長(zhǎng)至32.8 μL/L，如表1所示。

表1　2號(hào)主變故障前后變壓器油色譜分析對(duì)比μL/L

由表1可以看出，主變故障前后油中CO，CO2含量基本沒(méi)有變化，說(shuō)明主變本體潛伏性故障或長(zhǎng)期性過(guò)熱并不存在，故障未對(duì)固體絕緣材料造成大量的熱分解。故障后氫氣含量為62 μL/L，總烴值為109.4 μL/L，乙炔值32.8 μL/L，根據(jù)IEC三比值法計(jì)算，特征氣體編碼為102，由此可以判斷2號(hào)主變內(nèi)部有強(qiáng)烈的突發(fā)性電弧放電故障發(fā)生，高能量的故障電流促使絕緣油分解產(chǎn)生大量的烴類(lèi)及氫氣，特別是乙炔氣體［1］。2號(hào)主變短路故障后氫氣含量由14 μL/L劇增至93 μL/L，雖未超出溶解氣體濃度的注意150 μL/L，但從產(chǎn)氣增量上可以判斷主變本體存在突發(fā)性的放電故障，初步分析該主變可能出現(xiàn)內(nèi)部絕緣缺陷。為防止變壓器缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大，向調(diào)度申請(qǐng)緊急停用該主變，下午13：03時(shí)，2號(hào)主變改為冷備用狀態(tài)。

2　變壓器繞組變形測(cè)試

考慮到其他試驗(yàn)后，剩磁會(huì)對(duì)繞組變形試驗(yàn)有影響，首先進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)［2］。變壓器發(fā)生短路故障后，在短路沖擊電流的作用下，變壓器繞組和變壓器機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)受到機(jī)械應(yīng)力的沖擊，往往會(huì)導(dǎo)致繞組一定程度的變形［3］。雖然變壓器設(shè)計(jì)時(shí)都要求具有一定的抗短路沖擊能力，但是考慮到2號(hào)主變以往曾發(fā)生過(guò)數(shù)次短路故障，但并未導(dǎo)致繞組嚴(yán)重程度的變形。為了診斷此次短路故障給主變?cè)斐傻膿p害程度以及確定該主變是否可繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行繞組變形測(cè)試［4］。對(duì)主變高壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)繞組分別進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試頻譜圖如圖1—3所示。

圖1　2號(hào)主變高壓側(cè)繞組頻響圖譜

由圖1可以看出，高壓側(cè)繞組三相曲線隨頻率變化一致性較好，可初步認(rèn)為高壓側(cè)繞組未發(fā)生變形。由圖2可以看出，中壓繞組三相間頻率響應(yīng)曲線低頻段相比高壓繞組而言一致性相對(duì)較差，可認(rèn)為有輕微變形，中頻段和高頻段三相一致性較好，由于高頻段繞組的對(duì)地電容及匝間或餅間電容起主導(dǎo)作用，相對(duì)位移未發(fā)生變化。由圖3可以看出，2號(hào)主變的低壓側(cè)繞組三相相似性比較差，相對(duì)于高壓繞組和中壓側(cè)繞組而言變形明顯，C相頻響曲線相差最大，相對(duì)于A相、B相而言低頻段波形的波峰、波谷發(fā)生偏移，整體波形也有明顯變化，可認(rèn)為主變低壓繞組發(fā)生了明顯變形。因頻響測(cè)試目前仍停留在測(cè)試實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)多的總結(jié)上［5］，需結(jié)合其他試驗(yàn)（低電壓短路阻抗和電容量測(cè)量等）方法對(duì)故障情況做進(jìn)一步的確定。

圖2　2號(hào)主變中壓側(cè)繞組頻響圖譜

圖3　2號(hào)主變低壓側(cè)繞組頻響圖譜

3　低電壓短路阻抗測(cè)試

阻抗法是通過(guò)測(cè)量工頻電壓下變壓器繞組的短路阻抗或漏抗來(lái)反映繞組的變形和移位及匝間開(kāi)路和短路等缺陷。對(duì)變壓器繞組的幅向變形、軸向扭曲、匝間開(kāi)路、短路等影響整體電感的變形較為靈敏［5］?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行低電壓短路阻抗試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　2號(hào)主變故障前后低電壓短路阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

從表2所示數(shù)據(jù)可看出，中壓對(duì)低壓短路阻抗C相與A相、B相橫向偏差達(dá)-15.47%，中壓對(duì)低壓短路阻抗C相與歷史數(shù)據(jù)比較差值為-17.44%，高壓對(duì)中壓短路阻抗C相與A相、B相橫向偏差達(dá)8.43%，高壓對(duì)中壓短路阻抗C相與歷史數(shù)據(jù)比較差值達(dá)7.083 %。高壓對(duì)低壓短路阻抗C相與A相、B相橫向偏差達(dá)-7.58%，高壓對(duì)低壓短路阻抗C相與歷史數(shù)據(jù)比較差值為9.09%，均超過(guò)規(guī)程規(guī)定［6］（試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定短路阻抗相間偏差注意值為2%，與初值差不超過(guò)3%）。根據(jù)短路阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合之前的繞組變形試驗(yàn)可以確定低壓繞組C相發(fā)生變形。

4　變壓器繞組的電容測(cè)量

變壓器的繞組可以看成由電阻、電容、電感等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，而繞組的等值電容量直接反映出各繞組間、繞組對(duì)鐵心、繞組對(duì)箱體及地的相對(duì)位置和繞組的自身結(jié)構(gòu)等。變壓器產(chǎn)品出廠后，其各繞組的電容量基本上是一定的，即使在有溫度、濕度影響的情況下，其電容量變化應(yīng)很小［7］。但當(dāng)變壓器遭受短路沖擊后，若某側(cè)繞組變形嚴(yán)重，則其電容量變化相應(yīng)也較大。因此可以通過(guò)電容量的變化來(lái)判斷主變的內(nèi)部變形情況，可以對(duì)主變內(nèi)部絕緣的狀況有一個(gè)初步的判斷。2號(hào)主變繞組電容量測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　2號(hào)主變故障后介質(zhì)損耗及電容量測(cè)量

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與最近一次預(yù)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)高（中）壓繞組對(duì)低壓、平衡繞組及地電容量與上次修試時(shí)比較電容量偏差10.99%；低壓對(duì)高（中）壓、平衡繞組及地電容量與上次修試時(shí)比較電容量偏差7.47%，均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。

可見(jiàn)，高（中）壓繞組與低壓繞組、平衡繞組及油箱之間發(fā)生了相對(duì)位移，從而導(dǎo)致了繞組電容量的變化，該結(jié)果與繞組變形和短路阻抗的試驗(yàn)相一致，也相互映證。

5　變壓器繞組的直流電阻測(cè)量

為確定變壓器短路故障后，繞組由于短路電流的沖擊，繞組產(chǎn)生嚴(yán)重變形造成匝、股間短路，同時(shí)由于大電流沖擊，過(guò)電流薄弱環(huán)節(jié)，如分接開(kāi)關(guān)、套管引線接頭，將軍帽與線圈引出線之間會(huì)造成接觸不良。接觸不良，匝間和股間短路可通過(guò)測(cè)量繞組直流電阻來(lái)發(fā)現(xiàn)。主變直流電阻測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示，與歷史數(shù)據(jù)相比未見(jiàn)異常。

表4　2號(hào)主變繞組直流電阻測(cè)量

6　變壓器吊芯檢查

6月18日，2號(hào)主變被運(yùn)往常州西電變壓器有限公司生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊芯檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低壓側(cè)C相繞組發(fā)生了嚴(yán)重的扭曲變形，出現(xiàn)鼓包，這一檢查結(jié)果與繞組變形試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和低電壓短路阻抗試驗(yàn)相一致。在發(fā)生短路故障后，低壓繞組受到徑向力的擠壓，出現(xiàn)扭曲和鼓包，導(dǎo)致低壓與高壓繞組距離變小，電容量變大這與試驗(yàn)結(jié)果相符。同時(shí)在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)C相上部鐵軛硅鋼片之間的短接線燒斷，由于受到擠壓，鐵心硅鋼片間的絕緣受損，硅鋼片間短接線流過(guò)大電流而燒毀，這也解釋了油色譜分析中出現(xiàn)乙炔氣體并急劇增加的原因。

7　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一起220 kV主變短路故障后的綜合試驗(yàn)分析，介紹了油色譜分析、繞組變形測(cè)試、低電壓短路阻抗試驗(yàn)、繞組電容量測(cè)量及直流電阻測(cè)量等試驗(yàn)方法在故障分析診斷中的運(yùn)用，對(duì)于發(fā)現(xiàn)變壓器的受損和保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定具有重要意義。對(duì)于主變短路故障處理進(jìn)行如下總結(jié)：

（1）變壓器的油色譜分析是監(jiān)視充油電氣設(shè)備安全運(yùn)行和故障分析的最有效方法之一，但需要結(jié)合電氣試驗(yàn)對(duì)故障類(lèi)型，故障性質(zhì)和原因做詳細(xì)分析。

（2）繞組頻率響應(yīng)試驗(yàn)和低電壓短路阻抗試驗(yàn)，是進(jìn)行繞組變形分析的2種主要方法，繞組頻率響應(yīng)試驗(yàn)方法比較靈敏，所含信息量大，易受干擾；而低電壓短路阻抗試驗(yàn)技術(shù)目前比較成熟，已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在分析判斷時(shí)，相互映證，提高診斷的準(zhǔn)確性。

（3）變壓器繞組的電容量測(cè)量由于受試驗(yàn)方法和接線的限制，在診斷故障時(shí)雖不及繞組頻率響應(yīng)試驗(yàn)和低電壓短路阻抗試驗(yàn)方面靈敏有效，但也能發(fā)現(xiàn)繞組位移和較明顯變形故障。

（4）本例變壓器短路故障鐵心硅鋼片短接片燒毀，為進(jìn)一步診斷鐵心是否受損，需進(jìn)行空載試驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：

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Analysis of 220 kV Main Transformer Short-Circuit Fault by Using Comprehensive Test Methods

KE Yugang，GU Wenwen
（1.Wuxi Division of Jiangsu Provincial Power Company Maintenance Branch，Wuxi 214101，China；2.Wuxi Power Surpply Company Dispatching Control Center，Wuxi 214061，China）

A comprehensive testing analysis，including oil chromatographic analysis，DC resistance test，winding capacitance measurement，low voltage short-circuit impedance test and transformer winding deformation test，on a 220 kV transformer's nearby short-circuit fault is implemented.Through this analysis，a serious distortion winding fault is found on the low voltage side of the C-phase winding.The finding is proved by hanging hood check.The testing analysis supplies an effective reference to transformer short-circuit testing and troubleshooting.

transformer；short-circuit fault；oil chromatographic analysis；DC resistance；winding deformation

TM41

B

1009-0665（2015）02-0021-03

2014-10-09；

2014-11-18

柯于剛（1980），男，湖北鄂州人，工程師，從事高壓電氣試驗(yàn)工作；

顧文雯（1985），女，江蘇無(wú)錫人，工程師，從事電力自動(dòng)化工作。