关键词：变压器；继电保护；绕组变形；短路
0 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故障概况
某220kV变电站２号主变压器为2009年08月出厂的220千伏产品，额定容量：180／180／60MVA；额定电压比：230±8×1.25％/120/38.5KV；额定电流比：452.5／860.2／899.7Ａ；接线组别：YNyn0d11；阻抗电压：高压/中压14.55％、高压/低压23.98％、中压/低压7.89％，2010年03月投入运行。该主变压器于2010年3月22日曾进行停电例行试验，各试验项目试验数据均正常，且自投运以来该主变压器未遭受过低压侧短路冲击。2012年04月14日19：24，该主变压器在运行中差动保护、本体重瓦斯保护动作，三侧断路器跳闸。
故障发生时，当地的天气状况晴好，该变电站２号、３号主变压器中、低压侧均分裂运行，２号主变压器110kV侧带173、169出线运行，35kV侧带388、386出线和4号、6号电容器组运行。该站35kV备用电源自投装置处于运行状态。
２原因查找
2.1现场检查
对该变电站2号主变压器进行外观检查，未见明显异常，该变电站电缆沟内8号电容器组电力电缆中间部位烧断，如图１所示。该电力电缆为2011年4月出厂的ZRYJLV2226/35型。
2.2继电保护动作情况
该变电站8号电容器组Ｖ相电力电缆在运行中发生对地击穿故障，261ms后该处发展为三相击穿短路故障，416ms后8号电容器组断路器过流Ⅰ段保护动作跳闸成功切除故障电流，最大故障短路电流10.4kA，折算至流经低压绕组的电流约为5.9kA，511ms后主变压器双套差动保护动作，跳开主变压器三侧断路器，714ms后２号主变压器重瓦斯保护动作，继电保护动作时序见图1。分析表明，主变压器全部继电保护动作正确。
2.3变压器油气相色谱分析
故障发生后，取该变电站2号主变压器油箱内变压器油油样进行气体色谱检测，并与故障前的最近一次检测数据进行对比分析，油气相色谱检测数据见表1
由表１可以得出如下结论：Ｈ２含量较高，说明油箱内部存在高温或中温过热；Ｃ２Ｈ２约占总烃的70%，为主要成分，说明油箱内部发生了放电性故障；ＣＨ４和Ｃ２Ｈ４含量较高，说明油箱内部存在过热性故障；ＣＯ和ＣＯ２含量有一定程度增长，说明油箱内部固体绝缘可能受到一定损坏。综上所述，利用改良三比值法编码规则，得出此次故障的编码为202，结论为油箱内部存在电弧放电故障.
2.4电气试验
2.4.1绕组直流电阻
在现场，对该变电站２号主变压器进行电气试验，结果表明高、中、低压绕组的绝缘电阻测试结果均符合标准要求。高、中、低压绕组的直流电阻试验结果见表２。
由表２可以看出，高、中压绕组的直流电阻测试结果符合标准要求 ，低压绕组Ｒｕｖ、Ｒｖｗ、Ｒｗｕ均有不同程度增长 判断低压绕组ｕ、ｖ、ｗ 相的导线内部可能存在断股。
3解体检查
对该变电站故障主变压器进行解体检查，分析如下。
1．高、中压绕组及调压绕组外观无异常，中、低压绕组“Ｓ弯”处楔形垫块跨２根撑条固定。
2．ｕ相、ｗ 相低压绕组发生轴向失稳，其中ｕ相低压绕组发现６处匝间短路、ｗ相低压绕组发现８处匝间短路，短路点集中在低压绕组中间部位换位“Ｓ”弯处。短路部位导线出现断股、翻转、散股现象。每个低压绕组共计９２线饼，自绕组底部向顶部数，ｕ相低压绕组47-48、53-54线饼之间导线明显外翻散股，且49-50线饼之间导线出现断股，ｗ相低压绕组46-47、55-56线饼之间导线明显外翻散股。
3．ｕ相、ｗ相低压绕组中部局部区域存在辐向失稳，起支撑作用的部分撑条出现折断现象，且撑条折断部位绝缘纸筒凹陷破裂。
4．ｕ相、ｗ相低压绕组短路部位的线饼间垫块及“Ｓ”弯处楔形垫块散乱松动，且线饼间采用的层压木出现折断、分层现象。
5．ｖ相低压绕组外观基本完好，但部分“Ｓ”弯处的楔形垫块松动。
4原因分析
根据该站２号主变压器的检查及试验情况分析，得出该主变压器故障的原因如下： 8号电容器组电力电缆短路故障是该主变压器故障损坏诱因，对该电力电缆进行质量检测，发现多项参数不符合相关技术标准要求；安装时，该主变压器未采用整体套装工艺，导致绕组轴向压力不均，在短路电流电动力的作用下，绕组导线易发生轴向翻转；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；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；
5结论
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；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。
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论文作者:朱俊红
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年22期
论文发表时间:2019/12/12
标签：绕组论文; 变压器论文; 低压论文; 故障论文; 导线论文; 变电站论文; 垫块论文; 《工程管理前沿》2019年22期论文;