淺談電力變壓器短路故障快速診斷方法

摘 要：電力變壓器作為電力系統重要的電氣設備，承擔著電能運輸的橋梁作用，當變壓器出現故障時，準確、快速的診斷分析出故障原因、位置等對于快速處理故障，恢復送電，提高供電可靠強具有重要的意義。該文著重介紹快速、合理的變壓器故障診斷步驟。

關鍵詞：變壓器 短路故障 快速診斷 診斷步驟

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-02

電力變壓器承擔著電力系統中電壓變換的重任，它是電能分配和傳輸電力系統中最關鍵的設備之一。因此，變壓器的正常運行是電力系統安全、可靠、優質、經濟運行的重要保證，因此必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發生。但由于變壓器長期運行，故障和事故總不可能完全避免，且引發故障和事故又出于眾多方面的原因，而這其中變壓器短路故障占據相當大的比重。該文主要針對電力變壓器短路故障快速診斷分析方法進行探討。

1 變壓器短路故障

變壓器短路故障主要指變壓器出口短路，以及內部引線或繞組間對地短路、及相與相之間發生的短路而導致的故障。

變壓器正常運行中由于受出口短路故障的影響，遭受損壞的情況較為嚴重。據有關資料統計，近年來，一些地區110 kV及以上電壓等級的變壓器遭受短路故障電流沖擊直接導致損壞的事故，與前幾年統計相比呈大幅度上升的趨勢。這類故障的案例很多，特別是變壓器低壓出口短路時形成的故障一般要更換繞組，嚴重時可能要更換全部繞組，從而造成十分嚴重的后果和損失，因此，尤應引起足夠的重視。

出口短路對變壓器的影響，主要包括以下兩個方面。

1.1 短路電流引起絕緣過熱故障

變壓器突發短路時，其高、低壓繞組可能同時通過為額定值數十倍的短路電流，它將產生很大的熱量，使變壓器嚴重發熱。當變壓器承受短路電流的能力不夠，熱穩定性差，會使變壓器絕緣材料嚴重受損，而形成變壓器擊穿及損毀事故。

1.2 短路電動力引起繞組變形故障

變壓器受短路沖擊時，如果短路電流小，繼電保護正確動作，繞組變形將是輕微的；如果短路電流大，繼電保護延時動作甚至拒動，變形將會很嚴重，甚至造成繞組損壞。對于輕微的變形，如果不及時檢修，恢復墊塊位置，緊固繞組的壓釘及鐵軛的拉板、拉桿、加強引線的夾緊力，在多次短路沖擊后，由于累積效應也會使變壓器損壞。因此診斷繞組變形程度、制訂合理的檢修策略是提高變壓器抗短路能力的一項重要措施。

2 變壓器故障診斷的步驟

變壓器故障診斷應綜合各種有效的檢測手段和方法，對得到的各種檢測結果要進行綜合分析和評判。因為不可能具有一種統一的檢測方法，也不可能存在一種面面俱到的檢測儀器，只有通過各種有效的途徑和利用各種有效的技術手段，包括電氣檢測、化學檢測、甚至超聲波檢測、紅外成像檢測等等，各項測試應該進行相互補充、驗證和綜合分析判斷，才能快速準確的確定故障類型、位置，為檢修爭取時間，提高故障診斷效果。

為了更快速、準確地判斷變壓器故障原因，根據Q/GDW168-2008輸變電設備狀態檢修試驗規程規定的試驗項目及試驗順序，結合以往變壓器故障診斷經驗，搜集國內外相關資料，總結出以下幾條變壓器故障診斷的步驟：（1）變壓器發生故障后，在到達現場之前與變電站運行人員聯系，初步了解故障現場情況，掌握故障前后的保護信息，初步判斷故障的類型。（2）到現場取變壓器油樣，進行油色譜分析試驗，在注重油中各種特種氣體含量的同時，注意觀察各種特種氣體的產氣速率，當某種氣體短期內迅速增加時要特別注意。（3）當認為設備內部存在故障時，可用三比值法進行分析，對故障的類型進行初步判斷。（4）在氣體繼電器內出現氣體時，應將繼電器內氣樣進行分析，分析結果按平衡判據，與油中取出氣體的分析結果作比較。（5）現場根據初步判斷的故障情況，進行具有針對性的變壓器檢查性試驗。

根據上述結果，分析判斷變壓器的故障類型、故障位置，并結合該設備的結構、運行情況、檢修記錄等情況，按照狀態檢修要求，對變壓器進行狀態評價，根據變壓器狀態檢修導則進行評分，根據評價的結果對設備制定不同的檢修策論，包括進行A類檢修、B類檢修、C類檢修、D類檢修。通過合理安排檢修、落實針對性措施，快速處理設備故障，避免設備損壞事故的發生，確保設備安全運行。

3 變壓器短路故障典型案例

3.1 案例

某220 kV變電站1#主變120 MVA、220 kV變壓器（SFPSZ9-120000）發生短路事故，差動保護、重瓦斯保護動作，返廠吊罩檢查，發現C相低壓繞組有一匝一層匝間短路。

事故發生的當天有大風。事故發生前，大風將防護小動物的隔離罩刮到35 kV低壓母線橋B、C兩相之間，造成B、C兩相短路。主變差動保護、重瓦斯保護動作，跳開主變壓器三側開關。

3.2 故障診斷過程

為快速分析、查明故障的部位及性質，試驗人員在接到通知后，第一時間聯系變電站的運行值班人員，了解當時的現場情況、運行狀態、后臺故障信息、保護信息等情況，根據運行情況、故障保護信息，初步判斷變壓器應該為出口短路故障，在迅速組織人員取油樣進行色譜分析的同時，組織人員準備高壓試驗設備，在現場對變壓器進行繞組直流電阻、變壓比、鐵芯及繞組絕緣電阻等測量試驗。油色譜分析、高壓試驗結果為變壓器有種特種氣體含量異常、低壓繞組三相直流電阻不平衡和高壓對低壓、重壓對低壓電壓比超標。

（1）對油色譜結果的分析

變壓器故障前后油氣相色譜分析結果如表1。

從表1中可以看出，故障后特征氣體C2H2達到8.47，超過《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定的5 μL/L注意值的數值，應用三比值法進行判斷分析，其三比值為“1，0，1”，判定該變壓器內部發生低能量的電弧放電故障，該故障可能是變壓器匝間短路，且短路面積不大。

對繞組直流電阻和電壓比的分析

現場首先測量變壓器高、中、低壓繞組運行檔位的三相直流電阻和電壓比，其測量結果如表2、表3。

比較表2與表3中的數據可以發現，高壓側與中壓側直流電阻數據正常，而低壓側不平衡系數雖然沒有超過《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定的“相間互差不大于2%”的標準，但ab與其他兩相誤差較大。而電壓比測試高壓對中壓測量數據合格，則判斷故障可能出現在低壓側，高壓對低壓AB/ab、中壓對低壓AB/AmBm數據合格，而高壓對低壓BC/bc、CA/ac；中壓對低壓BC/BmCm、CA/CmAm數據遠遠超出《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定的“初值差不超過±0.5%（額定分接位置）；±1.0%（其它）”的標準。隨后測試所有分解存在同樣情況。因此初步判斷低壓側C相可能有匝間短路的情況，從低壓直流電阻測量結果來看，匝間短路的面積不大。變壓器只能返廠檢查和修復。

變壓器返廠后，進行吊罩檢查，再次測量低壓單相直流電阻側的結果為ax：0.005618Ω；by：0.005626Ω；cz：0.005575Ω，cz明顯比ax和by小，因此進一步證明低壓側C相可能有匝間短路的情況。拆除繞組后檢查發現低壓繞組C相有匝間短路，面積為一匝一層。返廠修復后，出場試驗合格。

4 結語

電力變壓器作為電力系統重要的電氣設備，承擔著電能運輸的橋梁作用，當變壓器出現故障時，準確、快速的診斷分析出故障原因、位置等對于快速處理故障，恢復送電，提高供電可靠強具有重要的意義。快速、合理的變壓器故障診斷步驟，準確的故障診斷方法可以快速的診斷出變壓器的故障情況，減少了診斷分析時間，提高了效率，為變壓器檢修、恢復供電爭取了時間，有效地提高了電網的供電可靠性。

參考文獻

[1]王夢云，110kV及以上變壓器事故與缺陷統計分析[J].供用電，2007，24（1）.

[2]國家電網公司生產技術部.設備狀態檢修規章制度和技術標準匯編[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3]陳化鋼.電氣設備預防性試驗方法[M].北京：水利電力出版社，1996.