喇七變1號主變繞組燒損故障分析與防控措施

孫靜達

（黑龍江省大慶市供電公司電力設備修試中心，黑龍江 大慶 163000）

0 引 言

變壓器匝間短路會導致變壓器繞組損壞，更換部分繞組甚至全部繞組的故障時有發生，主變停運會影響油田產能，造成十分嚴重的后果和損失。因此，當變壓器受到外部短路沖擊后，是否發生繞組匝間短路故障，最有效的檢測手段是測量變壓器繞組變比、繞組直流電阻、繞組變形測試及絕緣油色譜分析。需要結合現場實際情況，有針對性地進行上述試驗，判斷變壓器故障情況并及時制定下一步檢修計劃及整改措施，最大程度地減少對電網造成的損失。

1 變壓器故障情況

喇七變1號主變型號S7-6300/38.5，是原電修總廠1999年由原來的SL1型高耗能主變壓器進行節能降耗改造的型號。按照2004年的規程要求，新品變壓器運行5年后進行一次計劃性大修。2017年9月15日對該主變進行第二次計劃性大修。大修前，變壓器處于運行狀態。檢前按照規程要求對1號主變進行預防性試驗，在繞組變形試驗測試過程中出現異常狀況，三相阻抗分別為Zka:14.698，Zkb:18.750，Zkc：18.763，A相明顯偏低。其余高壓試驗和油質化驗分析均在合格范圍內。主變吊芯后檢查繞組發現A相高壓繞組總段數70段，從下數第17段與18段間有較多銅渣堆積（圖1）。通過段間油道觀察最里層線匝有明顯的紙包扁銅線紙絕緣翹起現象。基于故障情況對變壓器進行變比試驗，三相均在合格范圍內。同時追溯從2006-2017年油色譜數據全部合格，均無異常。

圖1 段間銅渣及拆包后散落在下絕緣端圈上的銅渣

發現故障后，返廠將連接組引線斷開，剝離了段間部分銅渣。對A相、C相繞組分別進行單相繞組匝數測試，對比各分接檔位試驗數據，發現高壓繞組A相較C相少1匝。變壓器空載試驗數據顯示，空載損耗、空載電流數據與出廠數據比對，無明顯變化。復測繞組變形試驗，數據與大修檢前發生明顯變化，由不合格變為合格。

拆除變壓器鐵芯上軛鐵，將A相高壓繞組吊起，可見高、低壓繞組間對應線匝燒灼點位置的絕緣紙板上有明顯燒灼痕跡（圖2）。從繞組線圈下側向上觀察，可見繞組下數第17段最內側線匝有明顯的燒傷痕跡，仔細觀察可見有2匝線圈被燒斷（圖3）。

圖2 高低壓繞組間絕緣紙板燒灼痕跡

圖3 繞組燒損

2 繞組燒損情況及原因分析

2.1 喇七變1號主變繞組燒損情況分析

A相高壓繞組拔包后發現下數第17段最里層有2匝線圈被燒斷，但由于燒斷的位置緊貼高、低壓線圈間絕緣紙筒，空間狹小，繞組線匝燒熔后的銅渣又將燒斷的2匝線圈一端和另一匝線斷開處熔焊在一起，繞組保持電路連通，沒有完全斷開的1匝線圈形成懸浮電位，并且沒有形成短路環（圖4）。因此，在測量單相繞組匝數時，A相線圈較C相線圈少1匝。

圖4 燒斷2匝線圈后銅渣跨接

從2006-2017年油色譜數據全部合格進行分析，初步猜測繞組匝間短路發生燒損故障可能發生在2004年吊芯大修以前，經過2004年大修濾油、換油處理后，特征氣體已不存在。同時該主變的繞組短路后由于空間狹小，燒熔的銅渣將斷開的線匝兩段重新連接，構成通路且沒有形成短路環，僅僅減少了1匝線圈。因此，能帶缺陷運行至今。如果變壓器帶著嚴重缺陷繼續運行，隨時可能引發燒損停電事故，必須徹底更換已損壞的繞組。

通過大修吊芯前和剝離段間部分銅渣后繞組變形試驗數據變化可見，繞組變形測試對變壓器匝間短路故障具有高度敏感性，可作為變壓器發生繞組匝間短路變形的判據之一。

2.2 匝間短路故障原因分析

絕大多數變壓器是在外部短路沖擊、雷電過電壓沖擊后，導致繞組損壞的，并結合多年來的檢修維護經驗，分析變壓器短路損壞的原因主要如下。

第一，外部短路（出口短路）故障，變壓器繞組受短路電動力作用自身失穩變形，引起繞組匝間絕緣破損，進而使短路故障擴大直至整臺變壓器短路燒毀。通常表現為低壓繞組的內繞組線段向鐵心方向出現輻向嚴重的凸凹變形。第二，繼電保護延時動作或拒動等原因短路持續時間長，巨大的短路電流會產生大量熱，使變壓器絕緣過熱擊穿，導致匝間短路，使變壓器繞組損壞[1]。第三，變壓器制造時，繞組壓緊結構不良、撐條數量不足、工藝不佳，自身動穩定性差，當出口短路或投運時經受全壓空載沖擊進而損壞。第四，變壓器受雷電短路沖擊導致繞組變形。第五，變壓器繞組引線固定失穩，固定支點不足、支架不牢、引線焊接不良以及變壓器短路，也會導致變壓器損壞。第六，變壓器繞組導線有雜質或絕緣有薄弱環節，在短路電流的沖擊下逐漸劣化，進而導致繞組匝間短路損壞變壓器。第七，變壓器設計中，只根據靜力學理論計算，沒有進行動態力計算。致使設計與實際情況不符，根本不能反映外部短路時變壓器承受的短路電流沖擊能力，使變壓器抗短路能力先天不足。第八，運行中，人為誤操作形成短路，直接引發短路事故，造成變壓器損壞。第九，6kV系統故障后重合閘投入不當，針對某些永久性金屬短路故障盲目重合閘，結果加深了變壓器的損壞程度。

3 預防變壓器短路損壞故障的防控措施

變壓器繞組匝間短路故障不但嚴重影響了電網的安全可靠運行，而且給油田生產帶來了巨大的經濟損失。為了控制此類事故的發生，提出以下防控措施。

第一，協議訂貨時，應選用在設計和工藝方面已提高變壓器本身抗短路沖擊能力的產品。對產品制造的過程進行監督，嚴格執行GB1094.5-2015承受短路能力的要求。在設計上應進一步尋求更合理的機械強度動態計算公式；要在合理范圍內適當放寬設計安全裕度；內繞組的內襯要采用硬紙筒絕緣結構；合理安排分接位置，盡量減少安匝不平衡。

第二，制造工藝上可以從加強輻向和軸向強度兩方面進行，措施主要有：采用立式繞線機繞制線圈，采用先進自動拉緊裝置卷緊繞組；牢固撐緊繞組與鐵芯之間的定位，采用整體套裝方式；采用墊塊預密化處理、繞組恒壓干燥方式；繞組整體保證高度一致和結構完整；強化繞組端部絕緣；保證鐵軛及夾件緊固[2]。

第三，加強對主變壓器的質量監管，運行部門訂貨協議時，應對變壓器在型式試驗中批量進行突發短路試驗，大型變壓器要做縮小模型試驗，提高變壓器的抗短路能力。

第四，要加強變電所系統維護，減少變壓器遭受出口短路沖擊。同時，要加強變壓器新品的驗收力度，防止變壓器有先天性不足的缺陷遺留。

第五，加強在線監測試驗設備的研究及投入，例如在線的繞組變形測試及在線油色譜分析測試等，是防控變壓器繞組短路事故的有利手段。在目前無法實施在線監測的前提下，要加強繞組變形測試和油色譜分析測試工作，及時發現問題，及時進行改造處理。

第六，變電所的原設計存在不當或運行管理不當，也是在短路事故中造成變壓器損壞的不可忽視原因。（1）短路事故發生后，務必進行試驗和檢查，確認正常后才予以試投，積極開展變壓器繞組變形測量，并應縮短周期度重投變壓器進行油中溶解氣體分析。未對承受短路沖擊后的變壓器不試驗、不檢查，而盲目重新投入運行，將產生十分嚴重的后果。（2）提高繼電保護和直流電源的可靠性，選用可靠性高的低壓設備，加強對低壓母線及其所有連接設備的維護管理[3]。（3）防止小動物短路和其他意外短路，防止斷路器非同期合閘、拒動可能造成的短路事故或使事故擴大。

加強和提高運行管理水平，防止以上失誤，是防控變壓器短路事故的有效對策。

4 結 論

變壓器短路故障對電網運行的危害極大，一般變壓器本身具有一定的抗短路能力，但當變壓器存在薄弱環節或缺陷，而短路電流又較大時，易發生絕緣損壞、繞組變形和匝間短路。為了預防、減少這類故障的發生，提出了有效的防控措施，希望能為今后的電網運行維護提供參考依據。