刘俊延 付强 王刚
（特变电工沈阳变压器集团有限公司 辽宁沈阳 110144）
摘要：随着电力技术的不断发展，主变压器在电力系统的作用越来越大，经过调查发现，主变压器，简称主变，是一个变电所输送变电的总变压器，也是一个变电站中的核心组成部分。介绍了某水电站一台500kV主变压器出现总烃含量升高故障，在现场未找到故障原因的情况下，通过返厂拆解发现了故障原因为低压绕组引线接头熔断。
关键词：水电站；500kV主变压器；故障诊断；处理
1主变压器的功能分析
主变压器是一种能够实现电能转换的设备，它可以把一种电压和电流的交流电转换成另外一种频率相同的电压和电流。变压器在工作过程中会有损耗，当变压器中的初级绕组通电以后，线圈就会产生一种可以在铁心中流动的磁通，铁心作为导体，在垂直于磁力线的平面内就会生成感应电势，这个感应电势可以在铁心上形成一个闭合回路，从而产生感应电流，由于感应电流像漩涡就又被称为涡流，就是这个涡流的存在，使得变压器的损耗增大，我们把这种损耗称之为“铁损”，绕成变压器所需要的大量铜线存在着电阻，电流在流过这些电阻时，就会消耗功率，铜线越多，消耗的功率越大，这部分的损耗通常情况下会变成热量而损耗掉，这种损耗被称为“铜损”，变压器中的热量产生就主要来自这两部分“铁损”和“铜损”由此，变压器的使用寿命有一部分就是由这两者而决定的，通常情况下，对变压器的维修也要对这两部分进行分析，从而，使得到的理论分析更为科学，更有利于解决实际中的变压器故障问题。主变压器中升降压控制系统实现了变压器的调配功能，帮助电气设备安全稳定的工作，并且可以帮助控制电气与电能，实际的供电过程中，主变压器起到了对供电安全和持续的保障作用，对供电系统起到了有效调控，与主变电流完成节能高效的配合。
2主变压器常见问题与成因
2.1绝缘故障
首先，变压器中积水易导致内管出现受潮情况，虽受潮情况并不严重但随之而来的衍生状况较为难以处理。以实际情况展开分析，使用过程中若不将套管端部的接口密封好将会造成内部进水，水流进入到管内，从而导致储油柜内部大范围受潮。绝缘故障多在绕组、围屏和引线等部位引发。主变压器内若有金属异物将造成局部放电和绝缘磨损等问题的产生，若是出现其他异物，在通电时同样会造成绝缘被击穿破坏。最后，主变压器在日常运作中以野外环境居多，基于此，电力变压器受到雷击的概率也随之增加，若电力变压器本身不具备雷电的防御能力或抗雷击能力过低，一旦主变压器遭遇雷击，将会出现短路情况，从而引发绝缘事故。若是变压器设置的指数不达标或是绝缘出现受损问题，将直接降低变压器抵抗雷击能力的强度，从而导致变压器不能承受。雷击。
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2.2高温故障
运行电流保持合理的范围，是保证主变压器工作正常进行的基础，一旦发生温度激增的情况容易引发设备过载，使温度升高、绝缘失效。由于主变压器内的线路过密，一旦发生一起事故，就会造成整体的连锁反应，其最终造成的后果是十分严重的。
2.3短路故障
根据相关数据调查显示，主变压器短路故障的发生主要是因为电力系统在运行过程中，变压器温度过高所引起的，而对于电力变压器来讲，短路故障主要包含了绝缘过热故障和绕组变形故障两种情况。当发生绝缘过热故障时，电力系统会出现极高的电流，进而产生极高的热量，故此由于受到高温的影响，将导致电力变压器短路故障的出现，降低电力企业经济效益和社会效益的同时，倘若变压器本身不能承受短路电流的容量，变压器的绝缘材料将会受到严重破坏，火灾或人员伤亡问题的发生频率急剧增加；当发生绕组变形故障时，在短路的冲击下小短路电流不会影响继电保护装置的正常动作，变压器的绕组变形现象也不明显，但也会给社会经济带来重大损失。
3水电站500kV主变压器故障诊断分析及处理
3.1基本概况
某大型水电站装机容量大，采用一机一变接线方式，主变型号为SSP-840MVA/500kV，额定频率为50Hz，-2×2.5%无励磁调压，联结组别为YNd11，高压绕组中性点通过小电抗器接地，冷却方式为ODWF，内部铁心为三相五柱式，总重量380t。主变压器高压引线通过油-气套管和GIS开关站相联，低压套管通过20kV封闭母线与发电机出口相联。2011年电站所有主变压器安装了油中溶解气体在线监测系统，并将该电站的油气在线监测系统数据接入了公司诊断中心数据库，通过该平台可远程读取和分析设备在线监测数据。
3.2油气在线监测系统
在油中气体分析内容的基础上，发展出了具体的在线监测技术。该方法，也是在气体成分的数据参数下，对设备实际运行电压下的具体绝缘能力进行评估，并且在检测的时效性上体现出明显的优势，实现其在变电站主变压器故障检测中的具体价值。以气体含量水平的对比为基础，更加直观的对变压器内部密封、受潮、绝缘、老化情况进行分析。以CO2的具体含量为例，如果过高，检测人员基本上可以断定主变压器的整体运行温度偏高。而如果CO的含量超过质量标准，通过分析可以得出结论，即内部线路绝缘体因过热而产生分解的情况。如果是O2的含量过高，检测人员必须对主变压器的密封状况进行检查，并在尽可能短的时间内进行处理，防止造成进一步的损害。这种检测方法，最大程度上缩减了维护与巡视工作的成本，从设备损耗与检查时间上，为电力企业带来了直接的经济效益，是一种优秀的检测方法。
3.3故障原因分析及处理
低压绕组为双U型结构，下U型部分为A1绕组、A2绕组串联，上U型部分为A3绕组、A4绕组串联，A1绕组与A3绕组靠近铁心，上下U型结构并联。绕组共38匝，5根无外包纸绝缘的CTC导线螺旋并绕，每根57股，每股铜线截面约5.32mm×1.5mm≈8mm2，实际工作电流I=18.42A。导线长度约3.14×1.56×38=186m（不含出头及引线），出头从绕组引出约50cm后与250mm2的软铜缆引线焊接在一起，过热故障发生在A1底部出头初始垂直段。绕组实际电流密度为18.42/8=2.3A/mm2，允许值为4.5A/mm2。该主变运行约8年后出现局部过热故障，说明故障股线损伤较严重，截面电流密度增大，故障铜线有10mm的整齐断口，股线可能有两处损伤，断线上段有一尖角，为最后烧断的部位。在初期，铜线损伤处可能因截面较小存在低温过热的现象，由于近年运行负荷增大等因素，导致局部过热在2016年后加剧，致使故障铜线的截面变小，电阻变大，过热则随I2R不断增大加剧，直到2016年6月总烃绝对产气速率高达141mL/d，相对产气速率为101%，因此变压器总烃上涨与负载相关。损伤股线在高温及振动作用下逐渐熔断，但熔断后的金属残渣因绝缘包扎仍搭在原处，因此导线始终处于不稳定导流状态。由于搭接的金属残渣导电率远低于铜导线，其电阻较未断前显著增大，虽电流略有减少，但产生更大的故障热源I2R，这与第一次内检后总烃加速上涨相吻合。故障导线断一股，电阻增加1/57≈1.75%，A1绕组的第4根导线的直阻为8.316mΩ，比平均值高1.65%，与该根导线受损熔断吻合。绕组出头的绝缘为外包20层的皱纹纸，外面5层为0.34mm的皱纹纸，其余为0.075mm皱纹纸，最外面2层未烧糊，说明过热铜线暂未对外部构件放电。故障股线下断口电压为20kV，上断口感应电压也为20kV，因此断口之间为等电位，铜线熔断后的金属残渣一直搭接在原处，使铜线未彻底断开，不具备放电条件，因此变压器油中无乙炔。从故障情况及绕组和导线结构上看，绕组修复可能遗留各种安全隐患，另外绕组已固化，拆卸绕组容易导致其损坏，更换绕组下半部分风险更大，因此厂家采用更换故障低压绕组的方案进行处理。
参考文献：
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[2]左秀江，杨玉新，刘辰，秘立鹏，周一童.220kV变电站主变压器大修后短路故障试验分析[J].内蒙古电力技术，2017，3505：82-84+100.
论文作者:刘俊延,付强,王刚
论文发表刊物:《河南电力》2018年20期
论文发表时间:2019/4/29
标签：变压器论文; 绕组论文; 故障论文; 铜线论文; 电流论文; 导线论文; 在线论文; 《河南电力》2018年20期论文;