220kV变电站主变压器跳闸故障分析及防范措施

220kV变电站主变压器跳闸故障分析及防范措施

王非凡

（广东电网有限责任公司佛山供电局广东佛山528000）

摘要：主变压器是变电站运行的核心设备，其安全运行关系到变电站的正常供电，乃至整个电力系统的安全运行。本文主要针对220kV变电站主变压器跳闸的故障及防范措施展开了探讨，通过结合具体的实例，对故障判断和返厂解体检查作了阐述，分析了故障原因并给出了相应的防范措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：变电站；主变压器；故障分析；故障处理

引言

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，而主变压器是每个变电站不可缺少的设备，是变电站与电网之间的桥梁，其能否安全稳定运行对电网安全运行起作至关重要的作用。然而，主变压器因长期处于一种不间断工作的状态，所以极易引发一系列的故障。因此，我们必须要对变电站主变压器存在的故障进行分析，特别是对于跳闸故障的分析，并及时采取有效的措施做好防范。基于此，本文就220KV变电站主变压器跳闸的故障及防范措施进行了探讨。

1故障概况

某220kV变电站355开关柜内出线电缆头起火，三相电缆主绝缘击穿，三相电缆均有电弧烧伤痕迹，灭火后检查355保护装置显示：355距离I段动作，距离II段后加速动作，355开关跳闸。同时，#3主变压器差动保护和重瓦斯动作出口跳开三侧开关。主变压器差动、轻重瓦斯、后备保护启动，差动保护和重瓦斯均出口。经试验，#3主变压器本体油中含有乙炔94.1ppm，低压侧绕组有变形，低压侧绕组直流电阻互差超标。

2故障判断

2.1故障过程分析

第1阶段：355线路发生V相单相接地，42.2S后，355线路末端用户避雷器发生爆炸，造成UV两相短路转三相短路故障，355线路距离II段保护动作跳闸，故障持续370ms此时单相接地故障未消失，U、W相对地仍承受着线电压。

第2阶段：355开关柜内W相电缆头对地击穿，与站外V相接地点形成V、W两相异地短路，9ms后发展为三相短路，25ms时355距离I段动作出口，95ms时#3主变压器差动保护启动，98ms时355开关切除故障电流，138ms时主变压器差动出口，153ms时差动跳开#3主变压器三侧开关。

第3阶段：355开关重合闸成功，2.2S后35kV母联302自投成功，355电缆头处故障电流再次出现，355保护再次动作跳开开关。

2.2油色谱分析

通过油色谱分析可以判断变压器内部是否存在过热性故障（导电回路、铁芯多点接地引起过热等）严重的局部放电、电弧放电故障等，它是一个综合性判断变压器运行状态的重要手段之一。

表1为该主变压器的油色谱分析，可以发现乙炔数值异常，说明该主变压器的变压器油发生了质量变化，已经发生过热性故障。

2.3频率响应法绕组变形试验

频率响应法（简称“频响法”）绕组变形试验所用的原理是频率响应法，频响法在实际的运用中，主要是比较频响曲线之间的差异，凭经验判断绕组是否变形。

频响法绕组变形试验高中低三侧的波形，图1为低压绕组变形试验图谱。明显可以发现变压器的低压侧U、V、W三相绕组变形的波形幅度变化较大，说明低压侧绕组已经变形。中压侧波动不明显，可能会发生绕组变形。高压侧波动不大，没有发生形变。

2.4其他数值参数分析

2.4.1直流电阻

直流电阻虽然是一个测试方法比较简单的实验，但它能比较直观地确认绕组、引线、调压开关等导电回路是否正常。能发现绕组导线的焊接质量好坏、引线接头是否拧紧、接触是否良好、调压开关触头接触是否良好等。表2为高中低三侧的直流电阻值。

2.4.2绝缘电阻

绝缘电阻吸收比可以判断变压器是否有贯通的集中性缺陷、整体受潮或贯通性受潮。表3为绝缘电阻出厂值与当前故障后的数据对比。按照50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定：绝缘电阻值不应低于产品出厂值70%；可以发现低压侧当前值偏低，说明低压侧已经受潮，需要进一步检查。

2.4.3电容量

变压器本体绕组各部电容量受制于绕组的相对位置、形状、距离，分析变压器本体电容量变化可以及时准确认定变压器绕组变形缺陷，变压器电容量变化见表4。由变压器电容量的变化可以总结出高中低三侧的电容量都有一部分变化。低压侧变化幅度尤为明显，说明变压器低压绕组已经发生形变，另外低压侧电容与出厂值对比，数值增大，说明绕组向内变形。

3返厂解体检查

返厂解体表明：2号变压器U、W相低压侧绕组已发生轴向失稳，其中U相低压侧绕组6处匝间短路、W相低压侧绕组8处匝间短路，位置主要集中在绕组饼间换位的“S”弯处；自粘换位导线出现散股、断股和翻转现象；低压侧绕组中部局部区域存在轴向失稳，部分撑条被压断裂，内撑硬纸筒多处凹陷破裂。高压、中压侧绕组未见明显异常；V相低压侧绕组基本完好，但部分“S”弯处楔形垫块松动。

4故障原因分析及故障处理

主变压器内部发生了高能量电弧放电，低压侧绕组直流电阻互差超标，说明低压侧绕组有匝间短路：低压侧绕组有变形，低压侧绕组对地电容量增大，说明变形方向为向铁心凹陷，中压绕组可能有变形。

4.1主变压器抗短路能力差

该主变压器于投运之初，至故障发生前从未经受过短路冲击。在第一次经受短路冲击时便发生了绕组变形及匝间短路，而且短路电流及其持续时间（17.2kA/95ms）远小于技术协议中的规定值（63kA/3s）。

a.此变压器厂家在设计、制造及工艺等各方面存在不足之处，没能进一步提高变压器制造质量。该变压器2007年生产，按照当时抗短路能力校核方法，满足要求。

b.分析认为，#3变压器低压侧绕组饼间换位“S”弯处存在缺陷，楔形垫块长度较短，在短路冲击情况下易发生脱落、移位、分层等现象，影响对“S”弯的有效支撑。

c.限于当时工艺条件，#3变压器在器身装配时绕组未采取整体套装工艺，存在轴向压紧力不均匀情况。

4.2线路出站电缆及电缆头存在质量问题

355号线路于投运之初至故障发生时该线路仅运行了2天。电缆在正常运行中对地击穿；柜内W相电缆头仅承受了70min的线电压作用即对地击穿，最终诱发了主变内部故障。这说明355号线路出站电缆及电缆头在制造或现场安装方面存在严重质量问题。

4.3故障处理

故障发生后，分析认为该主变压器已无法继续运行。因主变压器返厂修复较长，故利用周边在建变电站主变压器恢复运行，待故障主变修复后再运回，保障了变电站的正常运行。

4.4处理建议

采用油色谱分析、绕组电容量、低电压阻抗、绕组频响测试等技术手段，可综合判断变压器遭受突发短路后绕组状态。如已经判断绕组已经发生匝间短路和绕组变形，应及早返厂进行处理。变压器出厂抗短路能力计算并不能保证变压器运行中不损坏。当变压器存在结构缺陷时，虽然变压器抗短路能力计算合格，但变压器运行中仍然可能损坏。由于主变压器低压侧（10〜35kV）近区短路电流对主变压器冲击较大，极易造成主变压器损坏，建议220kV站低压侧出线电缆由区域公司统一管理其设备材料的招标、施工以及运行维护。

5结束语

总而言之，220kV变电站是我国主要的电力建筑设施，其主变压器有时会存在一定的故障问题，需要及时采取措施做好应对，以保证变电站的正常工作。本文通过对某220kV变电站主变压器发生的跳闸故障进行分析研究，最终确认了主变压器在低压侧线路故障电流冲击下，绕组变形与匝间短路故障是导致主变压器跳闸的主要原因，并对此提出了防范措施和处理建议。在今后的工作中，运维人员需要掌握和了解主变压器常见故障及其主要原因，做到发现故障就能够找出故障发生的原因，并及时进行解除，从而降低损失，有效确保主变压器的正常工作，保证变电站的安全稳定运行。

参考文献：

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[3]朱思旭，魏力强，古海峰，张玲玲，耿世良.一起220kV变电站主变压器跳闸故障分析[J].新疆电力技术.2016（1）：16-18