一起110 kV主變重瓦斯保護動作后的故障綜合診斷分析

孫勝濤 李 飛 耿 寧 劉 林

（山東淄博供電公司，山東淄博255000）

0 引言

變壓器是電力系統的核心樞紐設備，起著承上啟下的電能轉換作用，其安全穩定運行直接影響著整個電力系統的運行安全[1]。由于存在諸多不可避免的外部因素，變壓器在運行過程中存在經受近區出口短路故障沖擊的情況，短路沖擊故障帶來的影響包括：（1）變壓器輕度故障，為了保證供電連續性，其經過簡單處理后帶隱患投運；（2）變壓器重度故障，直接退出運行[2-3]。因此，在變壓器出現故障停運后，如何通過現有的檢測手段準確、及時判斷變壓器的當前狀態，有效指導運檢人員處理故障，對于縮短停電時間、提高變壓器的安全可靠性至關重要。

本文針對一起110 kV主變重瓦斯保護動作后的故障綜合診斷分析，準確判斷出了故障位置，為人員及時制定與實施檢修策略提供了指導。

1 現場試驗及故障分析

某型號為SFSZ10-63000/110的110 kV主變，連接組別為YNyn＋0d11，電壓比為（110±8×1.25%）/（38.5±2×2.5%）/10.5 kV，制造日期為2005年12月，投運日期為2006年10月。2019年3月21日凌晨，主變重瓦斯保護動作突然停運，試驗人員趕赴現場開展搶修工作。經了解，該主變在近兩年內，因10 kV側出線開關多次出現故障跳閘，低壓側繞組遭受了多次近區出口短路沖擊。試驗情況具體如下：

1.1 油中溶解氣體分析

主變跳閘后，試驗人員立即對變壓器本體油樣和瓦斯氣體繼電器氣體進行油中溶解氣體分析，結果如表1所示。

由表1可知，各種氣體組分，尤其是烴類氣體組分均有大幅增加，其中乙炔超過150 μL/L，油色譜三比值分析結果為102，初步判斷變壓器本體內部發生電弧放電性故障，故障類型可能為變壓器繞組匝間、層間短路，分接開關分接頭發生油隙閃絡，繞組引線對箱殼放電等。

另外，實踐經驗表明，當變壓器發生磁路故障時，乙炔含量不大，并且乙烯和乙烷含量比值較低；當變壓器發生電回路故障時，乙炔含量高，并且乙烯和乙烷含量比值較大。因此，主變故障發生在繞組電回路的可能性較大。

表1 主變油中溶解氣體分析試驗記錄（2019-03-21）

1.2 電氣試驗

為進一步確定變壓器的故障位置和類型，試驗人員對主變進行了診斷性試驗，包括繞組直流電阻、繞組和鐵芯絕緣電阻、繞組介損和電容量、繞組變形等試驗項目。

1.2.1 繞組直流電阻測試

直流電阻能說明繞組是否開路或短路、分接開關是否接觸不良、繞組引出線連接是否完好等，還可以反映三相繞組的電流通路是否完好。通過對比本次和上次高、中、低壓三側直阻測試數據說明：高壓側繞組數據正常；中壓側繞組直阻不平衡率為2.59%，超過注意值（2%）；低壓側直阻不平衡率為37.7%，嚴重超過注意值（2%）。將上述數據換算為相電阻后，發現B相電阻Rb為21.81 mΩ，較上次增長了101%，初步判斷，低壓繞組B相可能存在短路故障。變壓器高壓、中壓、低壓繞組直流電阻測試數據分別如表2、表3、表4所示。

表2 變壓器高壓繞組部分檔位直流電阻

1.2.2 繞組整體介損及電容量

繞組介損和電容量的綜合分析可以判斷繞組是否存在變形、受潮或被擊穿等故障。高壓、中壓對其他各側繞組介損均正常，高壓側的電容量超過注意值（5%），低壓側繞組無法加壓至試驗電壓（10 kV），無法測出介損值和電容量，判斷低壓繞組出現短路故障。變壓器繞組介損及電容量測試結果如表5所示。

1.2.3 繞組變形測試

頻率響應分析法能夠判斷分布式參數繞組的變形情況。繞組變形測試曲線如圖1所示，高壓側繞組三相一致性較好；中壓側繞組在高頻段發生輕微變形，說明中壓側繞組出現輕微的整體移位現象；低壓側繞組低頻段波形一致性較好，說明繞組電感量基本不變，中頻段的波峰和波谷明顯變化，其原因是繞組電感和匝間電容發生串并聯交替諧振，繞組可能變形嚴重（扭曲、鼓包等），高頻段B相發生并聯諧振，繞組對地電容明顯變化，可能發生繞組整體移位現象[4-5]。由此判斷低壓繞組B相出現繞組變形。

表3 變壓器中壓繞組直流電阻

表4 變壓器低壓繞組直流電阻

表5 變壓器繞組介損及電容量測試結果

圖1 繞組變形測試曲線

2 變壓器解體驗證

根據試驗結果，檢修人員迅速制定檢修策略，及時返廠進行解體確認。吊罩檢查發現：低壓繞組B相存在嚴重的絕緣擊穿、匝間短路、繞組變形等縱向絕緣損壞故障。主變低壓側繞組解體圖如圖2所示。這一檢查結果與繞組直流電阻測試數據分析、繞組介損和電容量變化情況及繞組變形試驗特征曲線圖得出的分析結論相符；同時，通過對B相繞組拆鐵拔包檢查發現，鐵芯處有黑色碳化物，這種現象表明該臺主變發生高能量電弧放電現象，與油中溶解氣體分析結果一致。

圖2 主變低壓側繞組解體圖

3 結論

本文針對一起110 kV主變重瓦斯保護動作后的故障綜合診斷分析，得出以下結論：

（1）一旦發生主變低壓側短路故障，應安排人員取油樣和氣樣進行油中溶解氣體分析，根據氣體組分變化趨勢確定變壓器運行狀況，防止因累積效應，變壓器出現故障跳閘。

（2）變壓器出現故障后，繞組直流電阻、繞組介損和電容量測試對判斷變壓器是否發生嚴重故障反映明顯。

（3）頻率響應分析法繞組變形測試，可以直觀看出繞組異常。受短路沖擊后，繞組輕微變形，沒有發生絕緣破損現象，常規的電氣和油氣試驗難以發現此類潛伏性故障。

（4）國家電網公司2018版的十八項反措已經將變壓器的抗短路能力定為重要測試條目，鑒于部分廠家誠信度不夠，銅中摻鋁的現象時有發生，導致繞組抗短路能力不足。建議制造廠提供繞組和鐵芯樣品，通過電科院測試繞組和鐵芯樣品是否符合合同要求，以保證產品質量。