故障案例 | 一起220kV變壓器低壓繞組斷線(xiàn)故障的分析處理

1 引言干式變壓器的繞組由帶絕緣層的電磁線(xiàn)按一定排列規律和繞向，經(jīng)繞制、整形、浸烘及套裝而成。由于電磁線(xiàn)在生產(chǎn)和運輸過(guò)程中經(jīng)常出現一定程度的質(zhì)量問(wèn)題，如繞組繞制過(guò)程中未堅持正確操作方法、浸烘及套裝不當、運輸過(guò)程受損傷、干式變壓器運行中繞組受潮等，致使繞組絕緣受到一定程度的損傷或絕緣老化、劣化，引起繞組各種故障的出現，導致干式變壓器帶病運行或因損壞停止運行。筆者結合現場(chǎng)一起220kV干式變壓器重瓦斯保護動(dòng)作跳閘，進(jìn)行了相關(guān)例行和診斷性試驗，準確判定了故障部位和原因，并及時(shí)進(jìn)行返廠(chǎng)解體確認，對故障繞組進(jìn)行了修復，提出了預防此類(lèi)事故的綜合防范措施。 2 干式變壓器故障的特征干式變壓器型號為 SFSZ10-180000/220,2008 年 9月27日投入運行。2011年9月26日14時(shí)20 分，在正常運行中（系統無(wú)任何操作，負載約為額定值的1 /6）,本體重瓦斯、壓力釋放閥和輕瓦斯動(dòng)作?，F場(chǎng)對干式變壓器外觀(guān)檢查，氣體繼電器內有少量氣體，本體兩個(gè)壓力釋放閥均動(dòng)作，無(wú)電氣量保護動(dòng)作信號，其他未發(fā)現箱體變形等異?，F象。 3 試驗數據的初步分析為查清故障的部位及性質(zhì)，分別取本體油樣、瓦斯氣樣進(jìn)行色譜分析；現場(chǎng)對干式變壓器進(jìn)行繞組直流電阻、介質(zhì)損耗、鐵心絕緣電阻及短路阻抗法繞組變形等試驗項目，發(fā)現干式變壓器油中特種氣體含量異常、低壓繞組短路阻抗異常、低壓繞組三相直流電阻嚴重不平衡。3.1 關(guān)于油色譜結果的初步分析干式變壓器故障前后油、氣體相色譜分析結果如表1所示。 

由表1可以看出，故障后油中特征氣體組分明顯升高，其中乙炔的含量占總烴的主要成分，且乙炔和總烴均超出《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規程》規定的注意值;乙炔/乙烯、甲烷/氫氣、乙烯/乙烷三對比 值的編碼是10 2,比較26日15點(diǎn)和19點(diǎn)相繼兩次色譜數據發(fā)現，油中溶解氣體組分含量不斷增高, 且乙炔含量增長(cháng)較快，結合氣體繼電器內氣樣含有可燃性氣體組分，初步判斷干式變壓器內部存在突發(fā)性 高能量電弧放電故障；而一氧化碳和二氧化碳含量變化不大，鐵心及繞組絕緣電阻等測量試驗合格，判定該故障未涉及固體絕緣，可能集中在有載調壓開(kāi)關(guān)和干式變壓器繞組等部位。3.2關(guān)于短路阻抗法繞組變形測試的初步分析現場(chǎng)采用短路阻抗法對干式變壓器進(jìn)行了繞組變形測試，測試結果如表2所示。                 表2干式變壓器短路阻抗    

從表2數據可以看出，涉及低壓繞組的高-低、中-低短路阻抗值明顯增大，相對誤差嚴重超標，判斷低壓繞組可能存在故障。3.3關(guān)于繞組直流電阻不平衡的初步分析現場(chǎng)測量干式變壓器三側繞組的三相直流電阻，與上次例行試驗測試結果對比如表3所示。                          表3干式變壓器繞組直流電阻測試結果對比

比較表3中的數據可以發(fā)現，高、中壓兩側直流電阻縱比、橫比均在合格范圍以?xún)?，低壓繞組線(xiàn)電阻測量值三相不平衡率高100%，換算為相電阻后， 發(fā)現 A 相電阻 Ra為 9 235.405 mΩ,,且Rab≈Rb，Rbc≈Rc,,Rca≈Rab+Rbc，由干式變壓器低壓繞組接線(xiàn)圖（圖1 ）可初步判斷，低壓繞組A相可能存在斷線(xiàn)故障。  圖1 干式變壓器低壓繞組接線(xiàn)圖 4 干式變壓器故障部位的進(jìn)一步確認與修復根據現場(chǎng)試驗情況，決定將該干式變壓器返廠(chǎng)進(jìn)行解體檢查。返廠(chǎng)首先進(jìn)行吊罩檢查，器身外部未發(fā)現異常。10月2日，器身脫油完畢，出罐后做進(jìn)一步外部檢查，仍未發(fā)現異常。斷開(kāi)干式變壓器低壓繞組串聯(lián)的電抗器和首、末端連接引線(xiàn)，直接測量繞組相電阻，數據為 Ra= ∞" ,Rb=5.25mΩ,Rc=5.46mΩ,可以確定低壓繞組A相存在斷線(xiàn)故障。10月3日，對干式變壓器繞組進(jìn)行解體檢查，逐步拆除高、中壓側繞組，均未見(jiàn)異常。拆除中壓繞組與低壓繞組之間的圍屏時(shí)，發(fā)現A相繞組有兩層圍屏燒穿（圖2）。繼續解體發(fā)現低壓繞組A相在第一擋到第二擋之間,20到21匝出現了整匝熔斷現象，22匝的第3餅與23匝的第1 餅出現整餅熔斷現象（圖3）；第22到第28匝在第 一擋到第二擋之間出現了部分導線(xiàn)熔斷，繞組導線(xiàn) 絕緣整體出現大面積碳化和游離碳的現象（圖4）。故障點(diǎn)確認后，對該干式變壓器低壓繞組進(jìn)行了整體更換，更換了部分受損的絕緣件，修復后的干式變壓器返回變電站安裝投運后運行良好。                                               圖2  圍屏擊穿                圖3 整匝熔斷現象                                    圖4 部分熔斷         5 原因分析及改進(jìn)措施5.1干式變壓器低壓繞組基本結構該干式變壓器低壓側繞組基本參數如下：容量 為60MVA ,額定電壓為10.5kV ,額定相電流為1 904.8A,匝數為50匝。導線(xiàn)為紙包銅扁線(xiàn),三螺旋 18根并繞，其中軸向3根,輻向6根；28擋30寬墊塊；繞向為左繞。換位形式為不等距換位，繞組進(jìn)行2次完全換位，共36次換位。導線(xiàn)為某廠(chǎng)2007年成品線(xiàn)，一匝為18根小導線(xiàn)并聯(lián)?；窘Y構如圖5所示。                                               圖5 干式變壓器低壓繞組結構圖 5.2原因分析解體可見(jiàn)故障起始點(diǎn)位于第20匝，故障發(fā)生后擴展至其他線(xiàn)餅。經(jīng)查閱圖紙和對照實(shí)物分析，故障點(diǎn)處無(wú)換位等結構。在正常工作狀態(tài)下，該干式變壓器匝間電壓通常在200V左右，無(wú)論在空載還是負載狀態(tài)下，該電壓值基本不變。分析造成低壓繞組斷股的原因為，廠(chǎng)家低壓繞組所用電磁線(xiàn)存在質(zhì)量問(wèn)題。在A(yíng)相第20匝處可能存在毛刺、絕緣破損或其他缺陷，致使該點(diǎn)發(fā)生股間短路，存在短路環(huán)，隨干式變壓器運行短路環(huán)電流慢慢增大，導致該處股間絕緣損壞，股間短路范圍逐步擴大，較終向下發(fā)展為匝間短路， 造成低壓繞組A相整匝發(fā)生熔斷。也就是說(shuō)，低壓繞組先發(fā)生局部股間短路，隨著(zhù)時(shí)間推移和負載增大，逐步擴展為匝間短路。6 結束語(yǔ)大型干式變壓器是電力系統中的重要設備，一旦發(fā)生故障，對電力系統的安全供電影響較大。當干式變壓器遭到不同程度的損壞時(shí)，需根據現場(chǎng)情況進(jìn)行相關(guān)試驗，根據試驗結果綜合分析，盡可能快速、準確地判別故障的性質(zhì)和程度，以便及時(shí)制定修復方案，迅速恢復運行。干式變壓器制造廠(chǎng)家亦應采取相關(guān)技術(shù)措施，對干式變壓器附件、材料加強驗收把關(guān)，確保干式變壓器安全運行。

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