摘要：变压器是电力系统最主要设备之一，一旦发生短路故障直接影响电网的安全稳定运行。随着电网容量的逐渐增大，变压器的短路故障所产生的后果越来越严重，对电网的威胁也越来越大，所以变压器的抗短路能力已引起广泛关注。当大型变压器出现短路故障时，应根据实际情况进行针对性的试验，准确判断其故障性质、程度，以便尽快使其恢复运行。
关键词：220kV；主变压器；短路故障；分析
引言：近年来，随着电网容量的增大，大型变压器的短路故障所产生的后果越来越严重，对安全发供电的威胁也越来越大，所以大型变压器的抗短路能力已引起人们的广泛关注。大型变压器运行中发生的短路故障大多是由于设计、制造、安装中某个环节处理不当引起的。
1.故障情况
2016年5月14日，许某县商业大街某商业楼塔吊正在进行施工作业，当塔吊经过35kV线路上空时钢筋导电材料脱落，掉至35kV线路上，造成线路短路，随后保护动作，重合闸成功，造成二次短路，短路电流较大，使220kV变电站2号主变压器差动保护动作，主变压器重瓦斯动作跳闸，２号主变压器三侧开关跳闸。该220kV变电站2号主变压器于2007年5月1日出厂，2007年9月8日投入运行。其主变压器设备型号为SFSZ10-180000/220、容量为18000035kAV1800035kAV/600035kAV、接线组别为YNynod11。该变电站22kV、110kV及35kV均为并列运行，故障时主变压器高压侧运行分接为4分接。
2.故障原因分析
一是该主变压器低压绕组所采用的半硬自粘导线承受短路电流电动力作用后，导线出现散股现象，未起到应有的自粘作用，从而大大降低了低压绕组的动稳定能力，说明该主变压器导线材质或选材方面控制不严；二是该主变压器换位“S”弯处的楔形垫块较短、松动，在短路电流电动力作用下易发生脱落、移位、分层现象，未能起到防换位处导线轴向窜位的支撑作用；三是该主变压器线饼间采用层压木垫块，在短路电流电动力作用下出现分层，降低了绕组承受轴向电动力能力，层压木垫块折断后，线饼间绝缘距离减小，导致线饼间匝间击穿短路。
2.1变压器频响法
首先试验人员对主变压器进行频响法试验，通过试验的图谱与往年试验图谱进行对比分析。
2.2绕组电容量分解法
绕组电容由匝间、层间、饼间电容构成，此电容的电容量与绕组、铁心及地的间隙，绕组与铁心的间隙，绕组匝间、层间及饼间间隙有关。当绕组变形时，一般呈Ｓ型弯曲，这就导致绕组与铁心的间隙变小，绕组对地的电容变大，而且间隙越小，电容量越大，因此绕组电容量可间接反应绕组变形程度。，通过主变压器的对地电容量的数据分解，可以明显看出：高压、中压－低压及地、低压－铁心、中压－地的对地电容量误差已超出规程规定的标准，电容量与初值比较对地电容量有明显变化（误差不大于±3%），确认变压器的低压侧W相绕组已存在严重问题。
2.3低电压短路阻抗试验
变压器遭受短路冲击后，在电动力的作用下绕组同时受压力、拉力、弯曲等各种力的作用，其造成的故障有时比较隐蔽，不容易检查和修复，所以短路阻抗数据与初值比较变化不是很明显，但是高压对中压的变化率为2.805%，中压对低压的变化率为-3.738%（标准误差不大于±2%）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时根据主变压器设备反事故措施要求，对变压器绕组直流电阻、油化验及色谱进行试验分析，经试验数值换算确定低压Ｖ相电阻值较大，怀疑由于断股引起，据此计算若断一股造成的误差与实际测量误差一致，判断故障为Ｖ相绕组内部有断股问题。经返厂吊罩检查，该绕组低压侧烧毁，高压、中压直流电阻试验合格。低压绕组阻抗UV相为47.72ｍΩ，ＶＷ相为56.9ｍΩ，ＵＷ相为47.87ｍΩ，不平衡率18.06％，试验数据严重超标。根据接线方式和数据分析，判断Ｗ相存在烧毁或断层现象。通过主变压器瓦斯气体色谱化验，瓦斯油化验，本体油化验的结论为电弧放电、线圈匝间、层间短路，放电等故障。结合油化试验数据综合分析，该变压器出口短路后绕组变形明显、匝间出现烧毁，不能继续投入运行。
3.处理措施及建议
在对该主变压器损坏情况经过仔细检查和故障原因分析后，进行了返厂修复：更换该主变压器中、低压绕组，导线全部采用半硬自粘换位铜导线，提高低压绕组导线屈服强度，降低低压绕组电流密度；在满足主变压器并列运行条件的前提下，尽量提高该主变压器高低压间短路阻抗值，以降低短路电流对低压绕组的冲击；更换变压器内非结构性绝缘件及层压纸板，改进楔形垫块的形状及尺寸，保证楔形垫块与导线“S”弯面良好接触；采取有效措施控制好安匝平衡；控制低压绕组的辐向裕度及轴向压缩率；加强低压绕组“S”弯换位处绝缘，并在其上下２个油道位置增设扇形板来加强线饼间的绝缘等。将该主变压器进行返厂修复后，重新投入运行，运行状况良好。许多故障表明，大型变压器本身抗短路能力不足是引起短路损坏的主要原因，而外部运行环境不良也是一个重要的因素。为防止大型变压器发生短路损坏故障，应在产品制造和运行管理两方面采取综合措施。生产厂家设计和制造大型变压器时，应进一步优化产品设计和制造工艺，严格控制原材料及组部件的质量，并严格按照主变压器相关标准开展型式试验、出厂试验等。运行单位应采取措施改善变压器运行环境，避免变压器低压侧遭受外部短路故障冲击。
对于同类低压侧抗短路能力不足的变压器产品采取以下预防措施：一是对于高中低压侧绕组导线采用非自粘换位导线，低压抗短路能力低于系统短路电流，抵御短路能力不足，绝缘薄弱，短路容量不够的主变压器，认定为限制运行变压器。对同类型产品主变压器，加强带电测试，列入重点跟踪对象。二是巡视时加强对220kV限制变压器带电测试及运行负载的监视，限制运行变压器长期负载率不得超过90%。三是操作时应强化过负荷联切装置管理，确保运行变压器尤其是“N-1”故障过载变压器过负荷联切装置按规定可靠投入，所切容量和时限满足要求。
总结：通过变压器３项特殊试验（频响法、绕组电容量分解法、短路阻抗法）及直流电阻、变比试验、油化试验等，结合试验数据判断分析设备的状况，确定设备缺陷情况，并经过多项试验和分析，以及吊罩检查，明确故障原因及部位，确保了电网及设备的安全运行。通过案例分析，说明变压器试验数据分析及其新仪器上的熟练应用，使设备管理人员及时掌握设备状况，提高电网运行可靠性，将有利于今后变压器安全稳定的运行。
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论文作者:冯权,苏志伟,杜秀,张浩,燕赵龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/12
标签：变压器论文; 绕组论文; 低压论文; 故障论文; 导线论文; 垫块论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第20期论文;