一起220kV主變燒損故障的原因分析

摘要：分析一起220kV主變出口短路后起火燒損故障案例，根據主變例行試驗情況及在線監測數據、診斷性試驗數據分析故障前主變狀況，結合保護動作過程綜合分析主變燒損原因，返廠解體后發現低壓繞組線圈燒熔，并就案例提出了幾點建議。

關鍵詞：變壓器；出口短路；雷擊故障；線圈燒熔

隨著電網容量的增大，大型變壓器短路故障造成的后果越來越嚴重。每當雷雨季節來臨，雷擊次數明顯增多，造成變壓器的故障頻發，其中變壓器出口短路故障的發生次數最為頻繁。如何檢測分析變壓器在遭受雷擊后的缺陷情況并降低主變由于雷擊引發的火災燒損程度就顯得尤為重要。筆者通過分析主變故障實例，給出處理方式和建議。

一、事故情況

某220kV變電站#2主變2004年5月出廠，出廠型號為OSFSZ10-150000/220，接線組別為YN.a0yn0+d，變壓器各側容量分別為150000/150000/60000/37500kVA，額定電壓為（220±8×1.25%）/117/（37±5%）/10kV，額定電流為393.6/740.2/930.2A，抗短路能力核算結果為A級。2012年6月7日主變差動保護、本體重瓦斯、壓力釋放動作，跳#2主變三側開關（解環），隨即#2主變著火燒損。事故前，#1主變220kV開關接220kV正母運行、#2主變220kV開關接220kV副母運行，220kV母聯開關運行。110kV正母、副母并列運行，35kVI段母線、35kVII段母線分列運行。

二、設備歷史運行試驗情況

1.#2主變故障前運行工況

（1）2011年8月14日，主變35kV側發生近區短路，速斷保護動作，短路電流為15.9kA，持續時間為60ms。

（2）2011年11月5日，仙白1786線距離Ⅰ段、零序Ⅰ段動作，主變110kV側發生近區短路，短路電流為4269.6A，持續時間為60ms。

（3）#2主變11年最大負荷106.2MW，一般在70～80MW之間，2012年與2011年相比，負荷更小，最大負荷為62MW，未發生變壓器過載。

2.停電試驗情況

（1）2011年8月14日主變35kV側近區短路后，安排停電進行低電壓阻抗和頻響試驗，數據與歷年相比沒有發現明顯變化。

（2）2011年11月5日主變110kV側近區短路后，于2011年12月進行了停電檢查試驗，試驗項目包括直流電阻、介質損耗、繞組變形、短路阻抗等，未見明顯異常。同時為排除有載開關筒體滲漏引起的色譜異常，進行了筒體滲漏檢查，檢查結果無異常。

3.色譜數據情況

（1）2011年9月21日離線色譜分析中發現油中出現0.84μL/L乙炔，其他氣體含量無明顯增長，連續跟蹤2個月離線色譜數據穩定。2011年11月30日油色譜在線監測數據報乙炔為8.74ul/L，離線取油樣測試乙炔為5.05ul/L，其他氣體數據未見明顯變化。

4.特高頻局部放電在線監測數據情況

2011年12月安裝了特高頻局部放電在線監測裝置，最大放電量監測結果在-50～-30dbm波動，裝置監測數據穩定，未超限值，單位時間內最大放電量變化趨勢見圖1。

#2主變的停電試驗數據未見明顯異常，離線油色譜數據、油色譜在線監測數據、特高頻局部放電在線監測數據跟蹤穩定，未見明顯增長趨勢。根據上述數據可以初步判斷該主變在故障前設備運行穩定，未見明顯性能劣化趨勢。

三、故障檢查與原因分析

1.保護動作過程

查保護動作記錄得知7日16點54分，霞都3200線保護過流II段動作，AB相故障，線路故障電流6900A，故障測距約為2km，隨即#2主變A套、B套差動保護動作。查看主變錄波器故障波形，霞都3200開關跳閘219ms后，#2主變的220kV側、110kV側B相出現故障電流，55ms后差動保護動作，再經4ms壓力釋放動作、8ms本體重瓦斯動作。從主變錄波器故障波形下圖2可以看出220kV側最大電流為2736A，110kV側電流9043A，35kV側無電流，高中壓側電流相位相同，相位相同說明不是穿越性電流，而是保護區內故障，考慮220kV側電流取自獨立CT，110kV側電流取自套管CT，可基本斷定短路點在主變內部，110kV側B相繞組對地絕緣擊穿，#2主變接地故障。

2.現場檢查試驗情況

主變故障停役后，對設備現場進行了檢查，檢查發現：

（1）主變龍門架嚴重變形，#2主變220kV、110kV引線受損嚴重，主變本體被燒黑，存在大片被火灼傷痕跡。主變噴淋裝置損壞，油色譜及特高頻局部放電在線監測裝置損壞。

（2）主變高、中、低壓側套管中，低壓側套管損壞較為嚴重，套管磁套全部碎裂，中壓測套管中，B、C相套管燒損嚴重，瓷套爆裂、脫落；其次是C相、A相。高壓側套管中受損最為嚴重的為高壓測B相套管，B相套管整體瓷套爆裂脫落，A、C相套管燒損。

現場試驗分析如表1所示。

由于油色譜及特高頻局部放電在線監測裝置在主變燒損過程中損壞，因此未能記錄故障期間及故障后監測數據，油色譜數據的離線取樣結果如表1所示，根據三比值法計算的故障類型為102，即引線對電位未固定的部件之間連續火花放電，分接抽頭引線和油隙閃絡，不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電等。

四、返廠解體檢查

變壓器返廠后于6月15日進行了吊罩檢查，從B相上鐵軛絕緣墊塊檔間發現有明顯燒灼的現象，并進行了器身脫油，于6月20日對產品器身B相整相線圈進行解體。

1.吊罩檢查情況

上鐵軛鐵心接地銅片熔斷；變壓器油嚴重受污；器身上部瓷套碎片散落；B相上鐵軛絕緣墊塊檔間有明顯燒灼現象；油箱頂部內壁局部有過熱痕跡。初步判斷B相線圈內部存在故障點。

2.器身及單體線圈檢查

B相上梁保護絕緣局部有碳化痕跡，鐵心主級對應位置發現燒熔現象；上鐵軛下表面（B相心柱主級位置）發現燒熔現象；檢查B相整體相線圈，整相線圈外觀檢查除游離碳嚴重污染外，未發現明顯變形；解體B相整體相線圈，發現高壓線圈、高壓調壓線圈、低壓調壓線圈僅受游離碳嚴重污染，無其他異常；B相中壓線圈除受游離碳嚴重污染外，線餅外觀整齊，僅上部第一餅最外側換位導線局部匝絕緣碳化露銅及放電痕跡；B相低壓線圈除受游離碳嚴重污染外，線餅排列整齊，整體扭轉約15°角，上部1-6餅導線局部大面積熔斷，絕緣碳化；B相平衡線圈除受游離碳嚴重污染外，上部第一餅導線部分熔斷；A、C相整相線圈打開上壓板進行外觀檢查，除受游離碳嚴重污染外，無其他異常。

五、原因分析及措施建議

1.原因分析

綜合故錄波形級解體檢查情況，分析原因為：35千伏霞都3200線遭受雷擊發生AB相短路故障，導致#2主變35千伏側遭受短路沖擊（短路電流5.7kA），引起B相低壓端部餅間絕緣擊穿，造成低壓線圈1-6餅局部短路過熱導線燒熔，整體扭轉約15°角。導線燒熔產生高熱及引發變壓器油分解產生大量可燃性氣體，同時內部壓力急劇上升，燒熔的銅末、游離碳在壓力作用下向周圍噴射，向內噴射造成平衡線圈損傷，向外噴射造成中壓線圈損傷，同時游離碳污染高壓線圈、高壓調壓線圈、低壓調壓線圈，向上噴射導致鐵心局部損傷，35千伏霞都3200線短路故障切除后約200ms，B相中壓繞組端部經鐵心接地（接地電流達9043A），鐵心接地電流急劇增大，造成鐵心接地片燒斷。變壓器內部故障導致差動保護動作，同時內部的高熱高壓造成壓力釋放閥動作，同時導致套管內瓷套爆裂，高溫高壓油氣向外四處噴射，達到變壓器油自燃條件時，起火燃燒。

2.措施建議

（1）變壓器制造廠家要從設計、工藝、材料上提高變壓器抗短路能力。供電公司加強變壓器監造和出廠驗收工作，不定期對制造廠家生產的變壓器進行抗突發短路能力試驗，以不斷提高變壓器的抗突發短路能力。

（2）改善變壓器中、低側電網運行環境。主要是落實35～110千伏出口段線路的防雷、防鳥害措施和35千伏開關類設備事故的反措，在中低壓側加裝絕緣熱縮套，提高中低壓側支柱瓷瓶的防污水平，以減少近區短路故障的發生。

（3）變壓器在遭受雷擊出口短路后應加強試驗分析跟蹤，除了常規的檢查性試驗項目外，還要加做主變繞組變形和短路阻抗、油色譜試驗，必要時加做主變交流耐壓試驗及局部放電試驗，以綜合判斷變壓器的絕緣狀況。

（4）隨著無人值守變電站的增多，應加快220千伏主變消防滅火系統遠方控制操作功能改造，制訂合理火災現場處置方案，以達到及時消除事故的要求。

參考文獻：

[1]董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京：中國電力出版社，

2001.

[2]朱德恒，嚴璋.高電壓絕緣[M].北京：清華大學出版社，1992.

（責任編輯：劉輝）