老舊變壓器近區短路故障處理及分析

房博一

摘 ?要：文章對一起20世紀80年代生產并運行至今的500 kV變壓器主變短路故障的原因進行了分析，并詳細介紹了故障概況及短路情況，提出了相應的處理和預防措施。

關鍵詞：500 kV變壓器;繞組;短路;分析

中圖分類號：TM406 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0080-02

20世紀80年代末，單相自耦變壓器的設計受限于當時的工藝和設計驗證水平，變壓器普遍抗短路能力不強的缺陷，尤其是變壓器近區短路，其特性主要表現在：線圈未采用高強度半硬銅和自粘性換位導線，未采用整體套裝和恒壓干燥工藝，無內襯硬紙筒。受限于當時國內無大型成套計算軟件，變壓器抗短路強度設計時對漏磁分布、繞組軸向和幅向受力及導線應力計算結果與實際變壓器受力情況存在較大差異。未采用撐條加倍、墊塊加密等提高變壓器抗短路能力的措施，導致軸向和幅向抗短路能力不足。下文通過一起20世紀80年代生產并運行至今的老舊變壓器近區短路造成的故障案例，對變壓器的返廠檢修與處理進行了分析。

1 ?故障案例

1.1 ?故障基本情況

2012年5月29日21時33分，某500 kV變電站220 kV近區（該站附近開關站啟備變，故障點距離#1主變約800 m）發生故障，故障持續50 ms，在區外故障過程中，#1主變C相高壓側電流為3.34 kA（有效值），中壓側電流為11.52 kA（有效值）。在區外故障切除后10 ms，C相本體發生故障，#1主變差動保護、油壓速動繼電器、壓力釋放、輕重瓦斯相繼動作，切除故障。

1.2 ?變壓器基本信息

該變壓器為三繞組500 kV自耦變壓器，有20年的運行經歷。根據歷史運行記錄，該變壓器自20年以來在運行期間經受了多次大小不一的短路電流沖擊。按照規程要求，定期對該變壓器開展了預防性試驗，在此故障之前近三年內運行狀況良好，無異常現象。2010年進行大修后交接試驗、2011年、2011年開展了預防性試驗，試驗結果合格;歷次油化試驗及油色譜在線監測裝置歷次數據合格。故障變壓器相關基本參數見表1。

2 ?故障分析及處理

2.1 ?變壓器返廠后解體檢查情況

①內外壓板有高低不平現象。

②中壓線圈Ⅱ上部角環有炭黑。

③中壓線圈Ⅱ上部角環局部有變形損壞，端圈墊塊錯位。

④中壓線圈Ⅱ上部導線扭曲變形，端圈有炭黑顆粒。

⑤中壓線圈Ⅱ外側圍屏有撕裂現象。

⑥中壓線圈Ⅱ外側第一層圍屏有嚴重炭黑痕跡，如圖1所示。

⑦中壓線圈Ⅱ線餅發生嚴重扭曲變形，匝絕緣破損露銅。

⑧中壓線圈Ⅱ油隙墊塊、撐條嚴重竄位，整個線圈發生扭曲。

⑨中壓線圈Ⅱ導線發生嚴重燒蝕、變形斷股，如圖2所示。

⑩中壓線圈Ⅱ導線向內嚴重凹陷、變形。

{11}鐵心、油箱未發現異常。

2.2 ?變壓器短路能力核算及對比分析

在該變壓器的設計生產時期，受當時技術水平的限制，沒有專門的變壓器短路附件強度計算軟件，計算手段只能是進行手算校核，不能反映變壓器短路時的實際情況。

運用專用變壓器短路強度計算軟件對該臺故障變壓器在2012年5月29日的短路故障進行分析，該變壓器C相高壓側電流為3.47 kA，中壓電流9.29 kA，按單相對地短路工況進行計算，該變壓器（原結構）是不安全的。

①在變壓器的解體過程中可以發現，高壓線圈、中壓1線圈、低壓線圈、調壓線圈沒有發生損傷。中壓2線圈破壞嚴重，其中雖然中壓1線圈端部線餅軸向抗倒伏強度計算值是不安全，但由于采取了加強措施，沒有發生破壞。

以線餅翻轉破壞情況為例，如圖3所示，破壞段號是E1，該段徑向壓曲強度最小安全系數1.31，徑向壓應力39.7 MPa，小于允許的最小安全系數。該段軸向抗倒伏強度最小安全系數0.87，小于允許的最小安全系數。由于該段徑向及軸向都失穩，因此該段線餅發生翻轉破壞。

②再以另外一種線餅翻轉破壞情況為例，如圖4所示，破壞段號是E2（共66段），該段徑向壓曲強度最小安全系數1.13，徑向壓應力45.8 MPa，小于允許的最小安全系數。該段軸向抗倒伏強度最小安全系數0.48，小于允許的最小安全系數。由于該段徑向及軸向都失穩，因此該段線餅發生翻轉破壞。

③線餅徑向失穩變形破壞情況如圖5所示，破壞段號是E2（共66段），徑向壓曲強度最小安全系數1.13，徑向壓應力45.8 MPa，小于允許的最小安全系數。由于發生破壞位置E2段線圈軸向壓力較小，軸向抗倒伏強度是安全的，因此這些線餅只發生了徑向失穩變形。

④徑向彎曲變形如圖6所示，徑向彎曲變形如圖7所示，破壞段號是E2（共66段），由于其位于線圈下端部，徑向壓力不是最大值位置，但其徑向壓力已足以使線餅發生徑向彎曲變形。

針對該臺變壓器短路如上短路受損情況，采取加強措施，中壓線圈采用半硬自粘性換位導線（徑向受壓線圈），其余線圈采用半硬銅導線。采用改進結構后，變壓器可承受11 700 A的短路電流沖擊。

2.3 ?返廠檢修處理措施

①更換全部繞組，包括：高壓、中壓、低壓、調壓繞組，并對原設計進行優化，導線采用半硬銅和自粘換位導線以加強線圈的支撐;線圈繞制在5 mm特硬紙筒上，以提高繞組的抗失穩能力，增強繞組抗短路能力;按照原圖紙生產全新地屏。

②更換全部絕緣件，包括：線圈墊塊、鐵心墊塊、端圈、壓板、角環、成型件、撐條、圍屏紙板等，并按照原圖紙生產。

③更換引線和支架，并按照原圖紙生產。

④更換全部緊固件，包括：絕緣螺桿、螺母、金屬螺栓、螺母，壓釘及壓釘及釘碗等，并按照原圖紙生產。

⑤更換全部密封膠墊，包括：箱沿膠條、升高座膠圈等，并按照原圖紙生產。

⑥對油箱、升高座、金屬管件和等進行清理，重新噴表漆（外漆顏色）。

⑦對無載分接開關、開關操作箱、齒輪盒進行檢查、清理，包括更換易損件，重新調試合格后方可使用。

⑧對所有套管和套管CT進行檢查和試驗，處理合格后方可使用。

⑨對存放在變電站的儲油柜、主控制箱、端子箱、橋架以及繞組溫度計、溫度控制器、瓦斯繼電器、壓力繼電器、吸濕器等，由柳州局進行妥善保管并進行全面檢查和校驗，確認合格后方可使用。

⑩絕緣裝配、引線裝配并進行器身半成品試驗。

{11}器身入爐干燥并整理器身后二次回爐干燥。

{12}器身出爐、總裝配、抽真空、注油、熱油循環、靜放。

{13}全部出廠試驗。

{14}拆卸附件、附件包裝。

{15}主體壓油、排油充氮。

{16}主體和全部附件發運。

2.4 預防措施

根據如上變壓器近區短路情況，運行單位特針對20世紀80年代生產的老舊變壓器進行了排查，并根據DL/T 1093-2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則》中要求的短路電流的大小、持續時間、累計次數決定，對變壓器進行繞組變形試驗。

根據GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用設備廠家提供的技術參數進行核算變壓器最大穿越電流與變壓器受到沖擊時的短路電流進行對比，根據沖擊情況進行油色譜分析，并根據分析情況進行預防性試驗，判斷變壓器運行情況，并根據變壓器專項狀態評價適當的縮短預防性試驗周期。

3 ?結 ?語

近年來，隨著電網容量的不斷增加，系統短路容量越來越大，20世紀80年代生產的老舊變壓器設備普遍面臨著絕緣老化，運行工況差的問題，而近年來隨著設備全生命周期管理，這些變壓器由于未到報廢年限，凈值率較高等因素，還未達到報廢條件，老舊變壓器的抗短路已成為一個突出問題。提高變壓器本體的抗短路能力是防止外部短路引發變壓器損壞事故的關鍵。工廠化檢修逐漸成為目前變壓器檢修的一種趨勢，加強變壓器狀態專項評估，根據評估情況進行工廠化檢修，是預防電網外部短路引發變壓器事故的有效途徑。

參考文獻：

[1] 鄧勇，王劍，劉勇.一起220 kV主變故障案例分析[J].變壓器，2013，50（4）：69-72.

[2] 仇煒，吳偉文.110 kV變壓器事故分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：67-70.

[3] 劉勝軍.突發短路造成220 kV變壓器損壞原因分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：75-78.

[4] 王健.基于計算校驗的變壓器短路事故分析及建議措施[J].變壓器，2013，50（4）：65-68.

[5] 李強，胡東，孫昭昌.一臺220 kV變壓器短路故障分析[J].變壓器，2014，51（2）：74-75.

[6] 尹克寧.變壓器設計原理[M].北京：中國電力出版社，2003.

③更換引線和支架，并按照原圖紙生產。

④更換全部緊固件，包括：絕緣螺桿、螺母、金屬螺栓、螺母，壓釘及壓釘及釘碗等，并按照原圖紙生產。

⑤更換全部密封膠墊，包括：箱沿膠條、升高座膠圈等，并按照原圖紙生產。

⑥對油箱、升高座、金屬管件和等進行清理，重新噴表漆（外漆顏色）。

⑦對無載分接開關、開關操作箱、齒輪盒進行檢查、清理，包括更換易損件，重新調試合格后方可使用。

⑧對所有套管和套管CT進行檢查和試驗，處理合格后方可使用。

⑨對存放在變電站的儲油柜、主控制箱、端子箱、橋架以及繞組溫度計、溫度控制器、瓦斯繼電器、壓力繼電器、吸濕器等，由柳州局進行妥善保管并進行全面檢查和校驗，確認合格后方可使用。

⑩絕緣裝配、引線裝配并進行器身半成品試驗。

{11}器身入爐干燥并整理器身后二次回爐干燥。

{12}器身出爐、總裝配、抽真空、注油、熱油循環、靜放。

{13}全部出廠試驗。

{14}拆卸附件、附件包裝。

{15}主體壓油、排油充氮。

{16}主體和全部附件發運。

2.4 預防措施

根據如上變壓器近區短路情況，運行單位特針對20世紀80年代生產的老舊變壓器進行了排查，并根據DL/T 1093-2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則》中要求的短路電流的大小、持續時間、累計次數決定，對變壓器進行繞組變形試驗。

根據GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用設備廠家提供的技術參數進行核算變壓器最大穿越電流與變壓器受到沖擊時的短路電流進行對比，根據沖擊情況進行油色譜分析，并根據分析情況進行預防性試驗，判斷變壓器運行情況，并根據變壓器專項狀態評價適當的縮短預防性試驗周期。

3 ?結 ?語

近年來，隨著電網容量的不斷增加，系統短路容量越來越大，20世紀80年代生產的老舊變壓器設備普遍面臨著絕緣老化，運行工況差的問題，而近年來隨著設備全生命周期管理，這些變壓器由于未到報廢年限，凈值率較高等因素，還未達到報廢條件，老舊變壓器的抗短路已成為一個突出問題。提高變壓器本體的抗短路能力是防止外部短路引發變壓器損壞事故的關鍵。工廠化檢修逐漸成為目前變壓器檢修的一種趨勢，加強變壓器狀態專項評估，根據評估情況進行工廠化檢修，是預防電網外部短路引發變壓器事故的有效途徑。

參考文獻：

[1] 鄧勇，王劍，劉勇.一起220 kV主變故障案例分析[J].變壓器，2013，50（4）：69-72.

[2] 仇煒，吳偉文.110 kV變壓器事故分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：67-70.

[3] 劉勝軍.突發短路造成220 kV變壓器損壞原因分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：75-78.

[4] 王健.基于計算校驗的變壓器短路事故分析及建議措施[J].變壓器，2013，50（4）：65-68.

[5] 李強，胡東，孫昭昌.一臺220 kV變壓器短路故障分析[J].變壓器，2014，51（2）：74-75.

[6] 尹克寧.變壓器設計原理[M].北京：中國電力出版社，2003.

③更換引線和支架，并按照原圖紙生產。

④更換全部緊固件，包括：絕緣螺桿、螺母、金屬螺栓、螺母，壓釘及壓釘及釘碗等，并按照原圖紙生產。

⑤更換全部密封膠墊，包括：箱沿膠條、升高座膠圈等，并按照原圖紙生產。

⑥對油箱、升高座、金屬管件和等進行清理，重新噴表漆（外漆顏色）。

⑦對無載分接開關、開關操作箱、齒輪盒進行檢查、清理，包括更換易損件，重新調試合格后方可使用。

⑧對所有套管和套管CT進行檢查和試驗，處理合格后方可使用。

⑨對存放在變電站的儲油柜、主控制箱、端子箱、橋架以及繞組溫度計、溫度控制器、瓦斯繼電器、壓力繼電器、吸濕器等，由柳州局進行妥善保管并進行全面檢查和校驗，確認合格后方可使用。

⑩絕緣裝配、引線裝配并進行器身半成品試驗。

{11}器身入爐干燥并整理器身后二次回爐干燥。

{12}器身出爐、總裝配、抽真空、注油、熱油循環、靜放。

{13}全部出廠試驗。

{14}拆卸附件、附件包裝。

{15}主體壓油、排油充氮。

{16}主體和全部附件發運。

2.4 預防措施

根據如上變壓器近區短路情況，運行單位特針對20世紀80年代生產的老舊變壓器進行了排查，并根據DL/T 1093-2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則》中要求的短路電流的大小、持續時間、累計次數決定，對變壓器進行繞組變形試驗。

根據GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用設備廠家提供的技術參數進行核算變壓器最大穿越電流與變壓器受到沖擊時的短路電流進行對比，根據沖擊情況進行油色譜分析，并根據分析情況進行預防性試驗，判斷變壓器運行情況，并根據變壓器專項狀態評價適當的縮短預防性試驗周期。

3 ?結 ?語

近年來，隨著電網容量的不斷增加，系統短路容量越來越大，20世紀80年代生產的老舊變壓器設備普遍面臨著絕緣老化，運行工況差的問題，而近年來隨著設備全生命周期管理，這些變壓器由于未到報廢年限，凈值率較高等因素，還未達到報廢條件，老舊變壓器的抗短路已成為一個突出問題。提高變壓器本體的抗短路能力是防止外部短路引發變壓器損壞事故的關鍵。工廠化檢修逐漸成為目前變壓器檢修的一種趨勢，加強變壓器狀態專項評估，根據評估情況進行工廠化檢修，是預防電網外部短路引發變壓器事故的有效途徑。

參考文獻：

[1] 鄧勇，王劍，劉勇.一起220 kV主變故障案例分析[J].變壓器，2013，50（4）：69-72.

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[3] 劉勝軍.突發短路造成220 kV變壓器損壞原因分析及處理[J].變壓器，2013，50（12）：75-78.

[4] 王健.基于計算校驗的變壓器短路事故分析及建議措施[J].變壓器，2013，50（4）：65-68.

[5] 李強，胡東，孫昭昌.一臺220 kV變壓器短路故障分析[J].變壓器，2014，51（2）：74-75.

[6] 尹克寧.變壓器設計原理[M].北京：中國電力出版社，2003.