摘要：研究基于某220kV变电站主变压器大修后出现的短路故障开展了针对性试验，包括排油内检与局放耐压试验、破坏性故障诊断分析试验，结合拆解绕组，最终明确了故障的发生经过与变压器的损毁原因，并提出了解决措施与建议。
关键词：220kV变电站；变压器；短路故障
结合检修计划安排，220kV的S变电站站域2018年10月15日开展了A类检修，检修作业任务由专业变压器公司负责，检修工作中包括风机轴承更换、潜油泵修理、密封垫更换、绝缘件紧固等内容。在10月23日检修任务结束后，变电站未出现异常，10月25日进行开的局放耐压试验与常规试验均正常。2018年10月8日，在冲击合闸试验过程中，S变电站1号主变压器2套保护装置差动保护动作，201断路器出现三相跳闸（220kV侧）。
1.故障情况
S变电站采用SFP-SZ10-120000/220型号的1号主变压器，高压侧额定容量为120000kVA，中压侧与低压侧同样为120000kVA，高压侧的额定电压为（220±8）1.25%kV，中压侧为121kV，低压侧为38.5kV，采用ODAF的冷却方式，以及Ynyn0yn0+d11的连接组别。2018年10月8日下午1时32分，在冲击合闸试验过程中（220kV侧201断路器），1号主变压器的A套与B套保护装置均出现差动保护动作（PST1200、SGT756），201断路器（220kV侧）出现三相跳闸，轻瓦斯告警。保护动作后，检修人员围绕差动保护动作范围内的1号主变压器本体套管、引流线、避雷器、隔离开关、电流互感器开展了全方位检查，未在检查中发现异常。在具体的检查工程中，检修人员发现1号主变压器瓦斯继电器内存在气体，结合图1所示的故障录波图开展全面分析，可初步判断V相出现短路故障，这是由于高压侧V相存在异常零序电流。
图 1故障录波图
2.短路故障试验
2.1诊断性试验
2018年10月9日进行故障后诊断性试验，试验求得了1号主变压器油中溶解气体乙炔体积分数，对比0.1×10-6的标准要求，试验求得的12.62×10-6结果远远超出规范要求。开展其他常规试验、排油内检及耐压试验，未发现1号主变压器其他异常。2018年10月13日，开展第一次长时感应耐压带局部放电试验，作为故障后的第一次试验，检修人员发现，1号主变压器的V相在0.7Um的试验电压下开始出现异响，此时的W相与U相出现局放量超标情况，1号主变压器的油箱下部可听到较为清晰的异响。结合试验开展针对性的油色谱分析，可得到20×10-6的乙炔体积分数结果，超标严重。2018年10月16日，开展吊罩内检，检修人员未发现1号主变压器存在明显的放电点，但发现其低压侧下部存在一个松动的垫圈，具体位置为铁心拉带紧固螺栓处，且有载分接开关连线及吊桶、屏蔽帽、动定部分松动，导线夹线防护纸板、立木、引线夹持木件部分也同时出现松动。2018年10月18日，交流耐压试验与常规试验均完成，试验取得的结果经过检测均合格。2018年10月20日，开展第2次时感应耐压带局部放电试验，1号主变压器在试验中出现了三相局放量均严重超标问题，且未通过局部试验，1号主变压器的内部异响会在1.1Um的V相施压下出现[1]。
2.2破坏性诊断试验
2018年10月22日，开展吊罩内检、注入新油并热油循环试验，配合针对性的清洁紧固，检修人员未发现异常。为确定故障源头，委托第三方机构开展了针对性试验检测，并配合开展吊罩内检，但仍未找到明显放电点。20187年10月25日，围绕1号主变压器开展破坏性诊断试验，试验共加压V相两次，加压至1.4Um时出现击穿，加压至1.1Um时，侧油箱（中压套管下）出现清晰的金属敲击声，1.36Um加压下出现爬电声并随之击穿。在0.7Um加压下，1号主变压器的V相高中压侧可以检测到金属放电局放信号，加压W相1次，1.3Um加压下W相可以检测到金属放电局放信号，在1.5Um加压下，耐压10min出现金属敲击声。采用200Hz的电源频率、50Hz的局放仪采样频率用于试验，检修人员发现了1个周期内正负半周各有1簇局放信号，在局放仪支持下，可得到42.067kHz的局放信号峰值频率，结合图2进行频率与波形的分析，可确定局放信号属于典型的金属性放电，并疑似尖端放电。完成试验开展针对性的油色谱分析试验，可得到2.22×10-6的乙炔体积分数，该数值超标严重，氢气并未超标，但存在着较为明显的增长趋势，结合上述分析、试验，检修人员初步判断故障源于油纸压板下部引出线触头处[2]。
图2 局放信号时域图
2.3拆解绕组
2018年11月20日，检修人员围绕1号主变压器开展针对性的炉内干燥、煤油排油、吊罩内检检查，检查未发现1号主变压器存在疑似放电点。2018年12月1日，检修人员基于1号主变压器开展高压绕组拆解，可确定其上部端部位置存在碳化痕迹，主要痕迹位于多个屏蔽纸压板处，调压绕组与高压绕组间屏蔽纸压板的碳化痕迹更为显著。1号主变压器高压绕组下第8、9层线饼的导体表面可发现清晰的碳化痕迹，该部位存在严重烧损点，面积约为一元硬币大小，图3直观展示了烧损情况。受辐向烧损影响，1号主变压器高压绕组4层导体及绝缘油纸出现了严重的烧损，依次拆解吊出中低压绕组、内屏蔽纸板，未再发现存在异常的点。
图3 烧损情况示意图
3.措施建议
2.1故障原因
结合上述试验，可确定故障源头为1号主变压器第8、9层饼间绝缘击穿，因此变压器出现了短路，而由于8、9层线饼层间仅存在纸板垫块2层，较低的绝缘裕度、较窄的油道使得绝缘击穿发生可能性大幅提升，最终在冲击合闸时因瞬时过电压导致贯穿性短路烧损。事故过程中未出现层间短路、断股等现象，这使得油道充油下部分绝缘恢复，故障试验因此受到了较高挑战。
2.2措施建议
为避免同类故障再次出现，本文建议重新设计铁心油道、选用绝缘胶垫替代缓冲胶垫，并重新进行变压器三相绕组的绕制，通过设置10mm的油道作为铁心处散热通道，严格遵循招标技术规范书要求，同时加大异物清理工作力度、加强内部检查、落实标准化作业，即可有效避免同类故障的再次出现，保证变电站运行的安全稳定。
结论
综上所述，220kV变电站主变压器大修后短路故障试验需关注多方面因素影响，在此基础上，本文涉及的诊断性试验、破坏性诊断试验、拆解绕组等内容，则提供了可行性较高的故障试验诊断路径，而为了更好提升试验有效性，局放测试仪的及时断开、未开启潜油泵等试验要点也需要得到重视，由此即可避免局放测试仪受损等问题出现。
参考文献
[1]张志磊,郭涛,余云光,朱启龙.变压器大修后绝缘电阻降低缺陷[J].云南电力技术,2016,44(S1):77-78.
[2]丁常松,鲁华忠,周宏霞.一起35kV变压器大修后试验分析与处理[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2013,18(03):42-44.
论文作者:郭显伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：变压器论文; 故障论文; 绕组论文; 变电站论文; 耐压论文; 人员论文; 发现论文; 《电力设备》2019年第5期论文;