摘要：变压器是电力行业的重要设备，变压器的故障对电力供应的可靠性造成极大地影响，本文通过一次电力变压器故障的分析，使各专业吸取教训，提高电力变压器运行维护质量和检修、试验水平，提升设备的供电可靠性。
关键词：变压器；供电可靠性；电力检修；电力试验
1、事件概述
1.1 事件前的运行方式、负荷及气象情况
1.1.1 事件前的运行方式
35kVⅠ母：1号主变35kV侧311断路器、1号站用变35kV侧319断路器、35kV1号电抗器321断路器运行；35kV1号电容器331断路器、2号电容器332断路器、2号电抗器322断路器热备用；
35kVⅡ母：2号主变35kV侧312断路器、2号站用变35kV侧329断路器、35kV5号电抗器325断路器运行；35kV3号电容器333断路器、4号电容器334断路器、6号电抗器326断路器热备用；
35kV备用线、0号站用变35kV侧309断路器运行。
1号站用变带380VⅠ段母线负荷运行，2号站用变带380VⅡ段母线负荷运行，0号站用变空载运行并作为1、2号站用变备用电源。
主变冷却系统：1号主变冷却系统工作电源由1号站用变至380VⅠ段母线供电，电源自动切换装置正常运行；2号主变冷却系统工作电源由2号站用变至380VⅡ段母线供电，380VⅠ母线电源备用，ATS自动位置。
直流系统：直流Ⅰ段：2号站用变至380VⅡ段母线供电，380VⅠ段母线电源备用，自动投切功能正常；直流Ⅱ段：1号站用变至380VⅠ段母线供电，380VⅡ段母线电源备用，自动投切功能正常。
1.1.2 事件前的负荷情况
故障发生前，1号站用变有功负荷为31kW。
1.1.3 事件前的气象情况
故障前某220kV变电站，天气：阴；气温：-2℃；湿度：65﹪；变电站地面少量积雪凝冻。铜仁市辖区部分路段有凝冻情况。根据雷电定位系统记录显示，在事件发生前后一小时内，松桃变10公里范围内无雷电活动。
1.2 事件发生经过及处理过程
1.2.1 继保动作、开关跳闸及负荷情况
2018年1月9日04时09分，1号站用变发生三相短路故障，故障电流17.5kA（1号主变低压侧二次故障电流：4.366A，主变低压侧变比4000/1）。具体保护动作情况如下：
（1）1号站用变保护：04时09分31秒485毫秒过流I段动作，过流I段定值为0.5A、时间为0s。
（2）通过录波观察得出：发生故障后83ms断路器跳闸灭弧。
（3）1号站用变故障跳闸后，ATS延时2s动作，负荷转由0号站用变供电，本次事件未造成负荷损失和用户供电中断。
1.2.2 事件处理过程
2018年1月9日04时09分，某220kV变电站值班员在主控楼听到设备场地有爆炸声，同时监控系统发1站用变过流I段保护动作，站用变高压侧319断路器、低压侧411断路器跳闸。运行人员马上到现场发现1号站用变发生燃烧，现场运行人员立即开展灭火和安全隔离工作，并检查了1、2号主变风冷系统及直流系统运行正常；于04：24拉开3191隔离开关，将411断路器操作至试验位置，断开1号站用变保护装置电源、测控装置电源、高、低压侧断路器控制电源、端子箱交流电源，同时在319开关靠站用变侧装设6号接地线一组。由于火势过大站内灭火设备无法有效控制火情；在04：39运行人员拨打119火灾电话报警、04：41拨打110电话报警（火警要求），火警消防官兵于05：15分赶到现场并立即组织灭火；05：30在1号变压器明火全部消除后并确认无复燃可能性后消防官兵撤出变电站，05：30值班员负责人联系县调35kV备用电源供该220kV变电站站用电负荷运行，35kV备用线不能停电；07：20站长联系局安监部安排发电车到该220kV变电站；11：00发电车到达该220kV变电站，11：40分左右发电车连接导线搭接完毕，随时可用投入运行。
1.3 继保检查及评价
根据保护报文、录波及设备故障情况，本次事件中继电保护及自动装置动作正确，故障电流17.5kA。保护装置厂家为南瑞继保，型号为RCS-9621C。
事件发生后，继保专业人员结合主设备检查情况对事件过程二次系统动作行为进行了全面的分析，确认在此事件中相关二次系统动作正确。从站用变保护动作情况以及现场设备勘察可以推断故障发生在本体内部。
2、故障设备勘察情况
2.1 设备概况
设备概况见表1。
表1 设备概况表
2.2 故障设备运行维护情况
某220kV变电站1号站用变于2012年12月01日投运，近6年来站用变夏季、冬季期间最高负荷基本在15%左右，均为轻载运行，未出现过负荷情况。在2013年10月22日进行1号站用变间隔站用变预试，发现氢气超标；于2013年11月18日返厂进行维修，在2014年1月12日时重新返回变电站进行安装；在2014年1月13日进行1号站用变大修后试验，各项数据均正常（所有电气实验数据与维修之前一致）；在1号站用变再次投运之后，发现变压器内的氢气再次升高。
故障设备调查情况
2.3.1 号站用变变压器检查情况
1号站用变箱体变形，顶部炸裂并烧毁（图1），变压器基座变形，变压器铁芯变形及线圈上部绝缘层烧焦（由于变压器爆炸导致内部部分油喷出，线圈上部绝缘层与空气接触发生燃烧），变压器有载调压器绝缘筒上部有烧焦痕迹，变压器调压机构动、静触头处无放电痕迹。
2.3.2 号站用变套管检查情况
现场检查1号站用变高压侧套管爆炸，碎片散落在变电站地面上；散落最远距离为靠主控楼空地电缆沟旁111.7米。
2.3.3 号主变高压侧B相套管检查情况
现场检查1号主变高压侧B相套管下部伞裙有1片被砸破，碎片散落在1号主变高压侧B相套管下方地面上。
2.3.4 号主变35kV侧3113隔离开关检查情况
现场检查1号主变35kV侧3113隔离开关A、C相支柱瓷瓶伞裙处有不同程度损伤。（不影响隔离开关操作，因支柱瓷瓶只是伞裙破裂，而伞裙的功能是增加爬电距离，不影响隔离开关支柱瓷瓶的机械强度。）
图1 箱体顶部炸裂并烧毁
2.4 35kV I母母线电压情况
35kV I母电压通过电压曲线发现故障前后电压均正常，无过电压情况。
3、原因分析
3.1 可排除站用变有载调压故障导致故障
经检查，站用变本体有载调压动静触头未出现烧伤和放电痕迹，可能排除由于站用变有载调压设备动作不到位导致本次故障的发生。
3.2 可排除站用变高压侧套管故障导致故障
经检查，1号站用变变压器本体严重变形，高压侧套管外部故障并不会产生如此巨大的冲击而导致变压器本体严重变形；并且通过故障录波图分析，故障前无单相接地现象。可排除由于站用变高压侧套管故障导致本次故障的发生。
3.3 可排除站用变低压侧故障导致故障
经检查，1号站用变内部低压侧铜板无明显放电痕迹，且低压侧出线套管完好，无放电与烧伤痕迹，并且站用电出现所带负载无短路现象。可排除由于站用变低压侧故障导致本次故障的发生。
从故障录波图分析，故障时最大短路电流为17.5kA，通过仿真计算35kV相间短路电流为26kA，计算出站用变低压侧三相短路电流反应到高压侧只有142A，结合继电保护动作和现场设备勘察情况，可以判断短路发生在站用变本体内高压侧。
3.4 可排除站用变低压侧故障导致故障
经检查，1号站用变内部线圈表面无放电痕迹，并且线圈外形完好，未发生形变。可排除由于线圈内部故障导致本次故障的发生。
3.5 变压器故障分析
（1）根据爆炸位置及变压器的变形情况分析，爆炸位置应该发生在高压侧套管引下线部；
（2）由于本变压器无胶囊，只是通过吸湿器与外界空气隔绝（从油中氢气的含量的变化可以反应），所以无法完全隔绝外界潮湿空气的进入；
（3）故障前一段时间铜仁地区为阴雨天气，故障当天为阴天、湿度较大，凌晨4时气温较低（-2℃左右），更进一步加剧了潮湿空气的入侵，且变压器负荷为31kVA，为轻载运行，故此时变压器内部温度不高；
（4）从历史试验数据看氢气含量一直超标，而其他特征气体在正常范围内，说明变压器内部无放电现象，从氢气与氢烃之比高于27%，说明变压器存在低温过热（150—300℃），且温度不高于200℃（CO2的增长量大于CO的增长量），引起的原因应该是绝缘导线过热；油中CO2/CO>7，经验表明，设备内部绝缘材料出现老化（绝缘电阻的试验，不能反应绝缘材料的老化，在现实中往往在绝缘材料整体已经老化严重的情况下，仍能保持搞得绝缘强度），且固体绝缘材料含水量高。
（5）由于变压器绕组外部及绕组间的绝缘材质为亲水性材质（如绕组外部为玻璃纤维布带、绕组间为绝缘纸板、导线夹为木质结构等），低温会使变压器油中水分吸附在固体绝缘表面，导致绝缘材质绝缘性能下降，导致变压器内部匝间短路，通过现场对变压器解体发现A、B、C三相绕组之间均有放电痕迹，且绝缘档板底部有碳化痕迹，而《电力设备检修试验规程》对35kV及以下变压器的微水试验未做相应要求，因此未做变压器微水试验。
（6）而水分附着在高压侧绕组导线夹表面，形成导通回路，最终发展成高压侧套管引线间三相短路，引起变压器爆炸起火。
4、防范故障的措施
（1）1号站用变本体，返厂检修，2018年2月10前完成；
（2）1号主变高压侧B相套管下部伞裙有1片被砸破，不影响绝缘，处理方式：2018年上半年结合停电，增加一片绝缘伞裙；
（3）1号主变35kV侧3113隔离开关A、C相支柱瓷瓶伞裙处有不同程度损伤，处理方式：更换支柱瓷瓶，2018年2月10前完成；
（4）梳理所辖范围内重庆亚东亚变压器，并对试验数据进行分析，2018年1月20日完成；
（5）建议吸取本次经验教训，举一反三，扎实开展设备检修维护工作，重视试验数据发现设备异常的反应，开展设备异常管控，提高设备管理水平；
（6）加强所辖区域内变压器的运行维护工作，防止类似故障的再次发生，重点关注主变本体及其附件的红外检测及分析；
（7）加快推进一次设备的在线监测建设工作；
（8）迎峰度夏前完成重载、重点变压器的预试、消缺和维护工作。根据天气及负荷情况，及时开展特巡特维工作；
（9）变电管理所加强相关检修班组人员的技术培训，提高设备的检修维护水平及故障分析能力。
参考文献：
【1】《电力设备检修试验规程》2018.01.01.
【2】《中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程》（2014.9.1）.
【3】《电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分）》DL408-91.
论文作者:杨辉1,张映2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/14
标签：故障论文; 变压器论文; 断路器论文; 情况论文; 设备论文; 套管论文; 母线论文; 《基层建设》2018年第20期论文;