220kV變壓器縱絕緣故障分析

么軍　王永寧　張弛　王偉　劉力卿

摘 要：某臺220kV變壓器發生故障后，為確定其故障類型及受損程度，文章首先對該變壓器在發生故障前的事件經過進行了分析，然后通過對該變壓器開展電氣試驗和油氣試驗，并將變壓器返廠解體檢查，判斷該變壓器故障為縱絕緣故障。最后，對變壓器發生故障的原因進行了分析。

關鍵詞：變壓器；縱絕緣故障；現場試驗

中圖分類號：TM855 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0056-02

Abstract： In order to determine the fault type and damage degree of a certain 220kV transformer， the paper first analyzes the events before the fault， and then carries out electrical test and oil and gas test on the transformer. After the transformer is returned to the factory and disassembled， the fault of the transformer is judged to be a longitudinal insulation fault. Finally， the causes of transformer failure are analyzed.

Keywords： transformer； longitudinal insulation fault； field test

1 概述

變壓器絕緣主要分為主絕緣和縱絕緣。主絕緣是指繞組對地、相間及不同電壓等級的繞組間的絕緣，縱絕緣是指繞組層間、匝間及段間的絕緣。據統計，絕緣故障是變壓器發生次數最多的故障，而縱絕緣故障（如繞組變形、繞組匝間短路等）又占了其中大部分。因此，繞組縱絕緣對變壓器的安全運行至關重要。

2 變壓器發生故障前的事件經過

2.1 故障發生前的運行工況

2011年6月28日8時3分，某220kV主變跳閘，該變壓器的基本參數如表1所示。

#2主變發生故障前，220kV系統和35kV系統均為正常運行方式；主變本體其他設備無異常；35kV、10kV穿墻套管、瓷瓶、#2主變35kV小電阻、10kV小電阻、10kV電抗器均無異常。故障時#2主變的負載率為43%，其上層油溫為51.91℃。故障當天天氣晴朗微風，現場無任何操作。

2.2 事件經過

#2主變故障發生前的事件經過與保護動作情況如下：（1）#2主變輕、重瓦斯動作；（2）#2主變壓力釋放閥噴油，瓦斯繼電器內有氣；（3）A屏35kV零序跳3451、A屏35kV零序跳3452、A屏零序跳35kV側受總、A屏35kV零序跳出口；（4）10kV 4Ⅰ、5Ⅰ母線低周裝置TV斷線、10kV 4Ⅱ、5Ⅱ母線低周裝置TV斷線、3451自投動作、3452自投動作、2451自投動作、2452自投動作、2072低電壓動作、2073低電壓動作。

3 現場試驗及解體檢查

為判斷#2主變的故障類型及受損程度，本文對該主變開展電氣試驗與油氣試驗，進行了全面綜合測試診斷。

3.1 電氣試驗

對#2主變分別進行了絕緣電阻、直流電阻和線圈變形的測試和診斷。

（1）直流電阻測試

如表2所示，中壓側A相線圈直流電阻值較B、C兩相增大13.8倍。由于中壓線圈采用64股并聯繞制，可以初步判斷中壓側A相線圈存在嚴重斷股。高壓及低壓側直流電阻測試數據未見異常，說明高壓及低壓側線圈不存在斷股及匝間短路情況。

（2）線圈變形測試

線圈變形測試采用短路阻抗和頻率響應兩種方法分別進行診斷。

a.短路阻抗法

短路阻抗主要反映變壓器線圈的電感量變化。采用短路阻抗法分別采用高壓對低壓、中壓對低壓兩種方式進行測試。高壓對低壓線圈的短路阻抗三相不平衡率ΔZ%為0.22%，滿足規程規定。中壓對低壓線圈的短路阻抗三相不平衡率ΔZ%為4.58%，遠大于規程規定（不大于1.6%）。其中，中壓對低壓線圈A相短路阻抗比B、C兩相增大最為明顯。

如表3所示，分析高壓對低壓、中壓對低壓兩種方式短路阻抗測試數據不難看出，中壓側A相線圈電感量較其他線圈發生明顯變化。

b.頻率響應法

頻響特性主要反映變壓器線圈的挪位及凹凸變形。通過頻率響應法測試變壓器線圈的頻響特性曲線未見異常，表明該主變三側線圈頻響特性一致性符合要求，高、中、低壓側線圈無明顯挪位及凹凸變形。

（3）絕緣電阻測試

高壓對中壓、低壓及地的絕緣電阻值為10000MΩ，為合格范圍。中壓對高壓、低壓及地的絕緣電阻值為100MΩ，數值偏低。低壓對高壓、中壓及地的絕緣電阻值為100MΩ，數值偏低。由此可見，中、低壓線圈存在絕緣破損的現象。

通過對電氣試驗的各項測試數據進行綜合分析，初步診斷#2主變中壓A相線圈有較嚴重斷股及匝間短路情況，并且，中、低壓線圈存在絕緣破損的情況。

3.2 油氣試驗

#2主變故障后，立即安排絕緣油取樣和測試。

在油氣色譜數據中，各項指標均大大超過標準值，尤其乙炔、氫含量增長最為劇烈。由此判斷變壓器內部有強烈弧光放電產生，釋放大量氣體。

3.3 解體檢查

2011年8月7-11日，對#2主變進行了解體檢查。檢查情況如下：A相中壓線圈的底部出線端散開，如圖1所示；A相中壓線圈底部有20至30匝左右斷股、絕緣破損，存在明顯電弧放電痕跡，如圖2所示。

綜上所述，經過對#2主變進行全面綜合測試診斷及返廠解體檢查，得出初步結論如下：#2主變在運行過程中，中壓A相線圈發生匝間短路，并產生弧光放電。在放電電弧作用下，造成中壓A相線圈大量斷股及絕緣破損。絕緣油和絕緣材料分解釋放大量氣體，造成變壓器內部壓力急劇增大，導致重瓦斯保護動作，壓力釋放閥噴油。

4 故障原因分析

經分析，導致#2主變中壓A相線圈內部匝間短路故障的主要原因為線圈制造工藝存在缺陷，如線圈匝間氣隙不均勻，絕緣紙有破損等，不排除在制造過程中有銅屑、焊渣等異物殘留的可能性。在運行中缺陷部位場強較大，產生局部放電。局部放電的累積效應使放電點周圍的絕緣逐漸劣化，最終導致絕緣擊穿、匝間短路事故發生。

值得注意的是，該主變在4月2日（事故前），曾安排絕緣油取樣，分析數據未見異常。且該主變配備了油色譜在線監測裝置，主變故障前未報警?？紤]到該主變冷卻方式為絕緣油自冷方式，油的循環散熱主要靠內部的溫差進行。故障前，變壓器負荷僅有43%，油溫也較低（51.91℃），油的熱循環較為滯緩，并且放電點在中壓線圈，外部有絕緣隔板及高壓線圈，上下部有蓋板，使放電點周圍的劣化油排出非常緩慢，使油色譜在線監測裝置檢測靈敏度大大下降。

參考文獻：

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