110kV变压器绕组变形故障诊断及处理措施

110kV变压器绕组变形故障诊断及处理措施

陈绮宁

湛江廉江供电局广东湛江524000

摘要：文章对某110kV变电站变压器故障进行了剖析，提出了变压器绕组变形的诊断方法，指出了变压器线组变形的原因及修复方案，最后从合理选取变压器短路阻抗值、提高变压器自身的抗短路能力、开展变压器短路试验、加强变压器预防性试验工作以及改善变压器运行条件等方面提出了应对措施，以保证变压器的安全运行。

关键词：变电站；变压器；短路冲击；绕组变形；应对措施

变压器是变电站的核心部件，保证变压器的安全运行是确保安全供电的重要一环。但变压器遭受短路冲击时，由于受到辐向力、轴向力或扭矩的作用，变压器绕组会发生相应的变形，这种变形不一定会立刻对变压器的安全运行产生影响，但其具有累积效应，随着运行时间和短路次数的增加，变形程度会逐渐增大，发展到一定程度后，变压器再次遭受短路冲击、过电压甚至是工作电压作用时，都有可能发生损坏，引发电网事故，造成不良社会影响和严重设备损失。因此，加强变压器绕组变形研究具有重要性以及必要性。

1工程概况

某公司110kV炼钢变电站设置有4台110kV主变压器，其中3#、4#主变压器（型号SF11-50000/110，110/36.75kV）主要为炼钢LF炉供电。3#、4#主变压器为同一厂家产品，分别于2011年11月、2011年12月投运。

2012年10月10日，炼钢变电站4#主变压器运行中重瓦斯、差动保护动作跳闸。变压器返厂检修发现，三相低压绕组严重变形，其中A、C相低压绕组匝间、层间短路，铁芯不同程度烧损。4#主变压器A、C相低压绕组变形情况如图1所示。

图14#主变压器A、C相低压绕组变形情况

在4#主变压器发生故障后，加强3#主变压器的运行监控，通过变压器油色谱分析，发现氢气含量增长明显，2014年3月，氢气含量达到了1782μL/L，于是对3#变压器进行了脱气处理。2014年9月，为防止变压器发生严重故障，对3#主变压器进行了大修，解体发现变压器三相低压绕组变形，其中A、B相低压绕组变形较严重。3#主变压器A、B相低压绕组变形情况如图2所示。

图23#主变压器A、B相低压绕组变形情况

针对两台110kV变压器出现的绕组变形故障，有必要对故障原因进行分析，并提出相应的预防措施。

2变压器绕组故障分析

2.1变压器运行情况

炼钢变电站3#、4#主变压器所带负荷为1#、2#精炼变电站，分别对应1台LF炉变压器。LF炉变压器操作频繁且为冲击负荷，负荷最大约为28MVA，低于主变压器额定容量50MVA。

在变压器绕组损坏的原因中，其出口发生短路故障是主要诱因。根据主变压器的运行记录，3#主变压器所带的LF炉变压器受电开关分别于2012年2月、2012年5月发生过短路故障，速断保护动作跳闸；4#主变压器所带的35kV系统在2012年10月前未发生过短路故障。

2.2变压器承受的故障电流分析

2012年10月10日，4#主变压器发生故障时，现场2#LF炉变压器发生短路，速断保护动作跳闸，根据微机保护装置记录，三相动作电流值为：A相31.2A，B相29.8A，C相28.7A，电流互感器变比为1250/5，A相动作电流一次值为7.8kA。速断保护动作时限设置为0s，考虑微机保护装置和断路器的固有动作时间，电流切除时间＜0.1s。

根据GB1094.5-2003《电力变压器承受短路的能力》规定，变压器应具有承受短路的能力，变压器可承受的对称短路电流：

I=错误！未找到引用源。

式中，Ij——基准短路电流，35kV系统为1.56kA；

Zs*——系统短路阻抗标幺值；

Zl*——变压器短路阻抗标幺值。

根据GB1094.5-2003规定，110kV系统的短路视在容量取9000MVA，系统短路容量基准值为100MVA，则Zl*＝100/9000=0.0111；变压器Xd%=8，S=50MVA，则Zl*=Xd%/S=8/50=0.16。因此，变压器可承受的对称短路电流值：

I=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。＝9.12kA

由此可见，4#主变发生故障时，现场保护装置记录的短路动作电流7.8kA＜9.12kA（而且在系统最大运行方式下，验算变压器35kV侧出口三相短路电流也小于9.12kA），短路电流持续时间＜0.1s，在变压器可承受的短路能力范围之内，因此判断变压器故障是由制造方面的问题所诱发。

2.3变压器绕组故障原因分析

（1）变压器未进行短路试验，变压器承受短路的能力存在不确定性。

变压器制造厂家为第一次设计短路阻抗为8%的该型式的变压器，变压器承受短路的动稳定能力采用的是计算和设计验证。因变压器结构的复杂性，加上电磁计算模型不够完善，各厂家的计算差异较大，往往造成理论计算值与实际电动力不符，难以正确反映变压器承受短路的动稳定能力。

（2）变压器抗短路动稳定能力不足是绕组变形的根本原因。

当变压器绕组中流过电流时，将会在绕组周围产生漏磁场，绕组中的电流与漏磁场相互作用的结果，在绕组内产生电动力。轴向漏磁场产生辐向力，而辐向漏磁场产生轴向力。辐向力使高压绕组沿径向向四周延伸，将低压绕组沿径向向内压缩。

从两台变压器的解体情况看，变压器低压绕组在设计及制造工艺上存在欠缺，造成变压器抗短路动稳定能力不足，如：撑条数量不足，宽度偏小，低压绕组无外锁紧辅助撑条；低压绕组采用厚度为1mm和3mm的两张纸筒作为内衬，抗辐向力的强度不够；为降低变压器负载损耗，低压绕组采用多股小截面积的导线，导线屈服强度偏小等。变压器长期带冲击负荷运行，当下一级变电站出现短路故障时，短路故障电流产生的电动力使变压器低压绕组发生辐向变形，其中4#主变压器低压绕组局部绝缘受损，匝间、层间短路，内衬纸筒受力破损，绕组对铁芯发生电击穿。

3变压器修复方案

两台变压器在修复时，为提高变压器抗短路动稳定能力，应采取了以下技术措施：

（1）低压绕组采用内外锁紧撑条（原无外锁紧撑条），并适当增加撑条数量，辅助撑条宽度由14mm改为20mm，加强低压绕组与铁芯柱之间的支撑。

（2）低压绕组采用4mm整张高密度硬纸筒作为内衬，提高低压绕组的幅向动稳定性能。

（3）为提高低压绕组导线的屈服强度，低压绕组导线厚度由原来1.8mm增加到2.8mm，由原来6根导线（规格为ZBC1-0.45，1.8×12.5）改为4根导线（规格为ZBC2-0.45，2.8×12.5）。改进后，导线屈服强度δ0.2由原来的180MPa提高到220MPa。由于导线规格改变，变压器负载损耗增加约10%。

（4）对4#主变压器烧毁铁芯做局部修理（铁芯重新叠装，更换烧毁铁芯），对高压线圈做全面检查处理。

（5）变压器修复后按国标对新产品做全项目出厂试验。

4防止变压器绕组变形故障的应对措施

4.1合理选取变压器短路阻抗值

变压器的短路阻抗应与电压等级、容量相匹配，在满足用电设备要求的情况下，适当提高短路阻抗有利于限制变压器出口短路电流，从而降低作用于变压器绕组上的电动力。在变压器选型订货时，短路阻抗可根据GB/T6451-2008《油浸式电力变压器技术参数及要求》选择，如40MVA～63MVA双绕组电力变压器短路阻抗应不小于10.5%。

4.2提高变压器自身的抗短路能力

制造厂要从设计及制造工艺上提高变压器抗短路能力：电磁计算方面要反映绕组的实际受力状态，并留有足够的安全裕度；低压绕组应采用半硬铜导线和自粘式换位导线，适当加大单根导线的辐向厚度；低压绕组内衬采用高强度整张硬纸筒，并适当增加撑条数量，加强低压绕组与铁芯之间的支撑；改善工艺，所有绝缘垫块应进行预密化处理，绕组的制作要密实牢固，线圈采取整体套装工艺等。

4.3开展变压器短路试验

受试验条件的限制，变压器的短路试验属于特殊试验。根据GB1094.5-2003《电力变压器承受短路的能力》要求，变压器承受短路的动稳定能力可通过试验验证或者计算、设计验证，由用户和制造厂协商确定。由于计算、设计验证存在不确定性，因此，用户在设备订货时，应要求制造厂提供类似变压器的短路试验报告，否则应要求制造厂进行变压器短路试验。

4.4加强变压器预防性试验工作

开展变压器状态检修，定期进行变压器预防性试验、变压器油色谱分析和绕组变形测试，发现异常时应缩短检测周期。变压器受到短路冲击后，应及时对变压器进行相关试验，通过对绕组电容值、短路阻抗值、油色谱分析数据、绕组变形测试频响曲线等进行综合分析，判断变压器绕组是否存在变形故障，必要时进行吊罩检查和大修，避免重大事故的发生。

4.5改善变压器运行条件

通过改善变压器运行条件，可减少外部短路对变压器的冲击，如：加强变压器出口侧绝缘防护，母排采用绝缘热缩材料包封，外绝缘采取防污措施，防止污闪事故和小动物危害的发生；加强继电保护装置的维护，在保证保护动作正确性和选择性前提下，尽可能缩短保护动作整定时间；对于新建、改建项目，在10kV、35kV系统可采用小电阻接地方式，系统发生单相接地故障时，零序电流保护迅速动作跳闸，避免发展成相间短路故障，减少对变压器的冲击。

5结束语

总之，电力变压器在整个电力系统中占有重要的地位，为了提高变压器的安全运行水平，减少或避免变压器绕组变形事故，保障电力系统安全稳定运行，要求制造厂家提高变压器的制造工艺水平，提高变压器的抗短路冲击能力；运行单位要改善变压器的运行环境，降低变压器遭受冲击的次数，并提高变压器绕组变形的检测、试验以及诊断水平，确保变压器安全稳定运行，从而保障电力系统的运行和维护。

参考文献：

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[2]杨培功；刘文先.110kV变压器线圈变形的分析及对策[J].山西电力，2001（4）：59-61

[3]曹建林；张振文；王治贵；郑超.110kV主变压器绕组直阻不平衡故障诊断分析[J].变压器2014，51（6）：77-78