一起220kV 主變繞組短路沖擊故障分析

何國彬，林陽坡，郭翔

(1.云南電網有限責任公司大理供電局，大理 671000;2.廈門紅相電力設備股份有限公司，廈門 361001)

0 前言

主變壓器是變電站中最為重要的電氣設備，其正常運行對于確保整個變電站的安全十分重大［1］。主變壓器在運行中承受短路故障狀態下的沖擊電流，會使其繞組和機械結構受到機械應力的沖擊，導致繞組產生一定程度的變形故障，從而造成停電事故的發生。

繞組變形試驗是檢測主變遭受短路沖擊后繞組是否發生故障的一種重要手段，通過積極開展變壓器繞組變形檢測工作，對確保變壓器的安全可靠運行和防止變壓器停電事故的發生具有極其重要的作用。

1 故障情況

某220 kV 變電站1#主變，電壓等級為220 kV，容量為180 MVA，低壓側電壓等級為35 kV，變電站出口電纜終端頭發生爆炸引起三相短路，短路沖擊電流造成1#主變發生近區短路故障，使1#主變繞組產生了某種程度的繞組變形故障。

2 試驗數據分析

2.1 常規試驗

對該1#主變壓器的繞組在遭受短路故障后對變壓器進行了全面檢查性試驗，包括繞組絕緣、本體介損、繞組泄漏、套管試驗、高低壓側繞組直流電阻、電容量、介質損耗因素等常規試驗，發現除電容量測試數據，其余例行試驗項目結構均正常。試驗數據可以看出，低壓繞組對高壓、中壓繞組及地的電容量C 的測試值與初值偏差已經達到了15.69%，說明低壓繞組存在變形故障可能。

2.2 短路阻抗分析

本次試驗中，使用某變壓器繞組變形綜合測試儀進行變壓器繞組短路阻抗測試，采用自動相位控制切換技術，儀器在內部自動換相，在使用短路阻抗法進行三相阻抗測試時，可同時測試出單相繞組的阻抗值［2］。此外，儀器采用高精度電流、電壓傳感器，所有測試通道完全隔離、獨立，在測試過程中采用先進的自適應量程技術，可自動切換量程，使信號測量始終處于最佳測量范圍，從而為短路阻抗的準確測量提供了保證。1#主變三相繞組的短路阻抗法測試結果可以看出:1#主變的高壓對低壓、中壓三相橫比偏差較小，且三相數值較為接近。而中壓對低壓縱、橫比偏差均明顯偏大，B、C 兩相的短路阻抗值明顯高于a相，從而初步判斷低壓繞組的b、c 兩相發生了變形故障［3］。

2.3 頻率響應法試驗

通過采用先進的直接數字合成DDS 技術，可產生標準穩定的、最大為20Vp－p 正弦掃頻信號，同時基于更寬頻帶的多頻域分段技術，與傳統檢測設備相比，掃頻分析頻率范圍更寬，掃頻范圍可達10 Hz－10 MHz，更能夠反映繞組微小的變化［4］。此外，儀器除了可通過相關系數來反映繞組頻率響應特征外，還可以通過其提供的標準差和簡易線性相關系數進行輔助判斷。其中，該套儀器所提供的簡易線性相關系數和標準差及其經驗判斷注意值如下:

簡易相關系數是表征兩條曲線之間的相關程度，可以作為輔助手段用于分析變壓器繞組頻率響應特征曲線的相關程度。標準差分析主要用于判斷繞組頻率響應特征曲線的高頻段部分，可以分析繞組的引線端部是否發生變形。為便于比較，此次的掃頻范圍仍采用1－1 000 kHz。如下圖1 所示為1#主變低壓側繞組的頻率響應特征曲線:

圖1 1#主變低壓側繞組頻率響應特征曲線

由圖1 可以看出，1#主變35 kV 低壓繞組的bc 相(主要反映c 相)與ab 相(主要反映b相)、ca 相(主要反映a 相)的繞組頻率特性曲線吻合較差。

1#主變低壓側繞組頻率響應特征曲線的相關系數，分析可知，35 kV 低壓側三相繞組均發生了一定程度的繞組變形，其中c 相最為嚴重，b相次之，a 相較輕［5］。

標準差值和簡易線性相關系數雖然符合經驗注意值，但標準差值越大、簡易相關系數越低則說明曲線重合度越差，因此其分析結果和相關系數的判斷是一致的。

2.4 試驗結論

通過上述分析，可以得出該1#主變的低壓側繞組三相發生了不同程度的變形。其中，c 相最為嚴重，a 相變形程度較小，建議及時安排進行大修。

根據上述繞組變形試驗結果，對該1#主變進行吊罩檢查。檢查發現，該#1 主變的低壓側繞組a、b、c 三相均發生了不同程度的幅向變形，其中c 相最為嚴重，a 相變形程度較小，與前述診斷結果基本一致。

3 故障分析

根據對此次1#主變抗短路能力核算，該變壓器低壓繞組的安全裕度只有不到0.1。此次出口電纜終端頭發生爆炸引起三相短路，經查閱現場故障錄波數據，短路沖擊電流只有7000A，只有額定電流的7 倍左右，且短路沖擊電流持續時間也只有不到20ms。在這么小的短路電流沖擊下主變繞組即發生變形故障，表明1#主變的抗短路能力明顯不足，引線絕緣支架設計存在較大的缺陷［6］。對此，提出如下大修整改建議:

1)將低壓線圈導線由原半的硬扁銅導線改為半硬自粘換位銅導線，以進一步增加抗短路沖擊能力;

2)在保證不改變原短路阻抗情況下，增大低壓線圈導線截面，降低電流密度。

4 結束語

綜上，通過綜合采用變壓器常規電氣試驗手段和繞組變形試驗方法實現了一起220kV 主變在遭受短路電流沖擊后繞組變形故障的準確診斷。試驗表明，繞組變形試驗是檢測主變遭受短路沖擊后是否發生故障的一種重要而有效的手段，而單一的繞組變形試驗手段則無法實現繞組變形的全面診斷。

［1］林陽坡，郭翔.變壓器繞組變形綜合檢測技術的應用［J］.高電壓技術，2012 (38):661－664.

［2］郭翔.一種變壓器繞組變形綜合檢測儀器的設計［J］.電測與儀表，2015 (9):108－112.

［3］DL/T1093－2008.電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導則［S］.

［4］孟勇強.變壓器繞組變形仿真與試驗研究［D］.天津大學，2008 (6).

［5］DL/T911－2004.電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法［S］.高壓電器，2005 (2):141－142.

［6］雷紅才等.一起220kV 主變壓器事故分析及處理［J］.