摘要：在电能的传输和分配过程中，变压器是变电站中的主要设备，在运行中一旦发生异常情况，将会影响系统的正常运行以及对用户的正常供电，甚至造成大面积停电。本文介绍了一起35kV电力变压器雷击故障，讨论了雷电波对该变压器线圈的影响和破坏，对诊断该类故障进行了归纳总结，具有一定的工程实用价值。
关键词：雷击；变压器；绕组变形；匝间短路；层间短路
引言：变压器是能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路，是电网中最重要和最关键的设备。电力系统的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统，而电力变压器是这道防御系统中最关键的设备。对于变压器雷击故障的早发现、早处理，可以避免事故的进一步扩大，提高经济和社会效益。
1、故障描述
某年7月12日，某变电所35kV 2号主变本体重瓦斯保护、差动保护动作，主变两侧开关跳开，差动故障相为A相。查阅公司雷电定位系统记录，某变电所35kV某某线进线电源有雷电记录，雷电流126kA。同一时间主变发生故障后跳闸，检查变电所避雷器动作情况，发现该35kV进线避雷器B相动作，次数为1次。设备情况：该变压器型号为SZ9－16000/35，额定容量为16000kVA，额定电压为（35±3×2.5%）kV/10.5kV，额定电流：264A/880A，接线组别为：YN，d11，短路阻抗为8.34%，冷却方式为ONAN。主变35kV进线侧、10kV侧均在避雷器保护范围内，35kV中性点未安装避雷器。
设备运行情况：根据国家电网PMIS系统的数据统计，该变压器自投运以来承受10kV出线侧故障8次，其中两次为近区故障。最近的一次发生在8月9日，由于“海葵”的影响，导致2号主变多条出线跳闸，该主变承受多次雷电波和短路电动力的冲击。
2、变压器损坏原因初步分析与判断
根据现场检查情况，综合分析主变本体重瓦斯保护和差动保护动作情况，初步认定本次故障主要为变压器本体内部故障。现场检查未发现变压器外观有异常。初步认定本次故障来自于主变本体内部后，变压器班严格按照流程对本体绝缘油进行油样采集工作，电试班对油样进行色谱分析工作，从故障后色谱分析结果来看，乙炔含量大大超过注意值（注意值为5μL/L），其他气体成分也均有明显增长。采用三比值法进行判断，编码为102，故障性质为高能量放电。根据故障类型的判断方法可知：此编码典型例子是有工频续流的放电存在，线圈、线饼、线匝之间或线圈对地之间的油的电弧击穿等。
从11月3日至8月13日（约为9.3个月），总烃产气速率达到346.4%，此外H2、CH4、C2H4、C2H2等气体增长速度也极快，远远大于注意值，可认为变压器内部严重的异常情况发生，不适合继续运行。利用色谱分析确定故障性质及其严重程度后，我们进一步利用电气试验手段进行综合判断。
绝缘电阻结果正常，表明高、低压绕组对地绝缘良好，需进行其他试验来考察变压器纵绝缘情况。变压器低电压空载试验（温度：27℃ 湿度：80%）ab、ca加压时，空载电流异常增大，大于bc加压时的空载电流数倍（一般Iab=Ibc<Ica，后者一般大于前者20%-40%）；仔细观察试验数据发现，电压加在有a相时，试验电流异常增大，判断铁芯或绕组上存在缺陷。若为绕组缺陷，则可能是（1）绕组匝间或层间短路（2）绕组并联支路短路或并联支路匝数不相等。
变压器直流电阻试验（油温34℃，3档）高压绕组各相绕组电阻相间的差别大于三相平均值的2%，其中A相绕组阻值偏差最大；低压侧三相绕组直流电阻三相不平衡度在正常范围。由于是突发性雷击后主变跳闸，可以排除绕组各接头、引线、分接位置解除或焊接不良引起的A相高压绕组直阻偏大。
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3、主变压器返厂吊罩
8月21日，此台变压器在变压器厂进行了故障后的吊罩。吊罩后发现A相线圈的中段区有明显的故障点。下节油箱内发现有铜线烧断后掉下的铜渣。该台变压器的高压线圈采用的是上下倒置的中性点调压结构，这种结构使得A相高压上线圈下部和中性点调压线圈上部在正常运行时的电压差很大。该处中性点反连接的中断点油隙，正常工作中要承1/2相电压，在绕组首端遭受雷电冲击时会承受大70%左右的冲击电压。当雷电波强度大于该处绝缘强度时，绝缘即被放电击穿，击穿后在附近产生大量的热量，烧坏了上部线饼的匝绝缘（引起匝间短路，低电压空载试验加压ab或ca相时A相高压线圈短路匝流过环流引起空载电流、损耗增加），甚至烧断了部分导线（引起直流电阻偏大），促使故障进一步扩大。
4、原因分析
（1）该变压器在设计时存在绝缘薄弱环节，虽然制造厂家对此也有了考虑，将高压上线圈下部线饼和中性点调压线圈上部线饼间的油道在原来的基础上放大了很多，加厚垫块，以使产生的热量能尽可能的散发出去，但是没有采取更多绝缘加强的措施，防雷电冲击的绝缘强度不够。（2）35kV 变电站处于雷击区，2号主变多次经历雷电波和短路电流的冲击，而且35kV中性点未安装中性点避雷器，在绕组首端遭受雷击时，主变中性点电压抬高，中性点反连接的中断点油隙在绕组首端遭受雷电冲击时会承受大70%左右的冲击电压。
5、处理措施
原来采用上下倒置的中性点调压绕线方式，中性点反连接的中断处油隙，正常工作中要承1/2相电压，在绕组首端遭受雷电冲击时会承受大70%左右的冲击电压，因此绝缘的处理非常麻烦。采用上下并联线圈中间抽头绕线方式之后，使得中断点两侧在正常运行时电压差较小。在主变35kV中性点加装避雷器后，当雷电波来袭，电压升为首端绝缘的两倍时对地放电，降低雷电波陡度，尽可能的避免对与中性点电气距离最近绕组绝缘强度的损害，更好的保护绝缘。
6、对策与建议
（1）变压器在运行过程中一旦发生故障，应首先检查设备外部有无明显的故障点，若设备外部完好，应将检查的重心转移到变压器内部，先取油样进行色谱分析，判断变压器内部是否存在过热或放电性故障，以及确定故障的严重程度（无法精确定位故障部位）。若结果显示为严重放电性故障，应及时进行停电试验，优先考核变压器的主绝缘，然后分析变压器的纵绝缘，最后综合各项试验判断故障发生的部位。（2）对于新投运的变压器应进行雷电冲击试验，同时派出试验人员进行旁站见证，确保变压器试验过程中无异常声响，电压、电流无突变，在降低试验电压下冲击与全试验电压下冲击的示波图上电压和电流的波形无明显差异。对于35kV在运变压器，应加装35kV中性点避雷器，防止雷电波抬高中性点电压，造成主变绕组损坏。
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作者简介：
谢丹儒（1987-），男，江苏省常州市人，民族：汉 职称：助理工程师，学历：全日制本科生。研究方向：110kV及以下变电站高压试验.
论文作者:谢丹儒
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/15
标签：绕组论文; 变压器论文; 故障论文; 雷电论文; 电压论文; 线圈论文; 避雷器论文; 《电力设备》2018年第3期论文;