220kV变电站主变压器大修后短路故障试验探究

220kV变电站主变压器大修后短路故障试验探究

朱忠诚 1 李淑波 2

1. 国网湖南省电力有限公司永州市 供电分公司 湖南永州 425000

2.国网湖南省电力有限公司祁阳县供电分公司 湖南祁阳 426100

摘要：本文主要对220KV变电站主变压器大修后短路故障进行分析，在实施局放耐压试验、拆解绕组试验以及破坏性故障诊断分析试验的基础上，得出变压器油箱中存有金属异物，导致塔接短路问题出现，合闸后在过电压瞬时过高的情况下，导致该部分出现贯穿性短路烧损。基于此提出了相应的解决措施，希望对变电站主变压器故障的维修有一定的借鉴作用。

关键词：变电站；主变压器；短路故障；试验探究；解决方案

本次案例中所选取的变电站为宝日希变电站，该变电站中1号主变压器型号为SFP-SZ10-120000/220。本次变电站主变压器的检修任务某公司承担，检修内容主要包括变压器内绝缘件紧固、变压器解体吊罩检查、更换本体全部密封垫、修理潜油泵、更换风机轴承等。在2020年3月18号对1号主变压器检修时发现了异常情况，于是进行了相应的故障排查，开展了局放耐压试验、拆解绕组试验以及破坏性故障诊断分析试验。

1故障及其原因排查情况

1.1设备参数

本次案例中所选取的变电站为宝日希变电站，该变电站中1号主变压器型号为SFP-SZ10-120000/220。120000KVA/120000KVA/120000KVA分别是高中低压三侧额定容量，（220±8）1.25%/121/38.5KV为额定电压，YnynOyno＋d11为连接组别，ODAF为冷却方式。

1.2故障简介

1号主变压器冲击合闸试验开始的过程中，A套PST1200保护装置和B套PST1200保护装置所处的状态均为动作保护状态，在1号主变压器220KV侧201断路器三相跳闸时，显示屏会呈现轻瓦斯报警问题。保护动作启动后，检查差动保护动作范围内电流互感器、避雷器、隔离开关、引流线以及1号变压器本体套管等一次性的设备，在检查的过程中均为出现异常情况。对主变压器本体瓦斯继电器进行检查时，发现有气体存在。分析1号主变压器保护装置和故障录波图，发现异常零序电流出现在了高压侧V相，此时可以诊断出高压侧V相存在短路问题。

1.3故障排查

1.3.1局放耐压试验

2020年3月16日进行1号主变压器故障后诊断性试验，发现变压器本体油中溶解气体乙炔体积分数超过了标准值要求，其他常规试验检查未发现异常情况。3月18日进行故障发生后第一次长时感应耐压带局部放电试验，发现0.7U_m为试验电压数值时，V相出现异常。W相和V相军出现局放量超标情况，此时变压器油箱下部有异常声音。油色谱分析后发现乙炔体积分数超标严重，达到了20×10^-6。3月20日吊罩内检1号主变压器，没有发现明显放电点。但发现垫圈松动问题，此时松动的垫圈为变压器低压侧下部，铁心拉带紧固螺栓的垫圈。且屏蔽帽、吊桶、触头等部分松动，其他部件没有发现异常。3月22日对1号主变压器故障后进行第二次长时感应耐压带局部放电试验，发现期间出现了3相聚放量超标情况，局部试验没有通过^[1-2]。

1.3.2拆解绕组试验

委托相关机构对主变压器大修后短路故障进行常规试验、局放耐压试验几冲击试验，在此基础上进行吊罩内检，均没有发现异常情况。3月23日进行拆解绕组试验时发现烧损严重的点是在高压绕组下第8、9层线饼处，碳化痕迹在导体表面随处可见。其中烧损最严重的是第2层和第3层，宽导体烧损后只剩下0.5cm。拆解绕组试验中未发现明显异常。

1.3.3破坏性故障诊断分析试验

3月21日进行破坏性故障诊断分析试验时，没有发现异常情况。3月22日再次进行破坏性诊断分析试验，V相加压次数为两次，第一次加压标准为1.40Um后击穿；第二次加压标准为1.1Um。此时V相中压套管下侧油箱中发出清脆的金属敲击声，随后继续加压到1.36Um，出现了爬电声直至击穿。其中V相典型金属放电局放信号出现在升压至0.7Um时。W相加压到1.3Um，此时会出现典型金属放电局放信号。继续加压到1.5Um并持续10min会出现金属敲击声，试验停止。其中试验中出现的局放信号时域图见图1。试验后对所提取的油样进行油色谱分析试验，此时22.2×10^-6为乙炔体积分数，氢气没有超标，但是增长趋势较为显著。上述试验可诊断出绕组内部油纸压板下部引出线接头处为故障发生的主要部位。

图1局放信号时域图

2故障发生原因分析

2.1故障发生经过描述

变压器绕组第8、9层饼间绝缘击穿，导致短路是故障发生的主要原因。冲击合闸试验之前，油箱中的金属异物促使线饼层间发生塔接短路，在冲击合闸的一瞬间产生巨大的过电压，促使该部分发生贯穿性短路烧损，此时产生的热量是较大的，可以烧损轴向4层导体，破坏绝缘油纸。绕组剧烈人少后，大量铜屑会出现在高压绕组外部，并附着在下部压板和垫板上。故障点的热量在此刻急剧上升，形成碳黑色印记。故障气体在大量产生后，1号主变压器会显示轻瓦斯报警。

2.2损坏原因分析

运行中的1号主变压器，由于第8层和第9层线饼层间只有两层纸板垫板，与其他油道相比较更窄，绝缘裕度会更低，因此容易发生绝缘击穿故障。本次故障试验没有出现断路、断股或者层间短路的问题，在纸绝缘烧损后，油道在充油的情况下部分绝缘得到了恢复。因此在常规的变比试验、直阻试验以及空载试验中没有发现异常问题，局放耐压试验中仍然能承受1.3Um的实验电压，而不出现贯穿性击穿问题。出现金属敲击声响的部位是金属性放电穿过调压线圈处，该声响主要是透过油箱内侧磁屏蔽折射产生的^[3-4]。

3故障解决方案分析

3.1重新设计铁心油道

变压器在长时间运行的情况下，短接部位容易出现在硅钢片组间。本次研究的主变压器铁心部分的硅钢片组间已经完全没有了空隙，容易出现涡流过热的问题。针对此种问题可以将10mm的油道设置在铁心部位，将其作为散热通道，减少涡流损耗程度，并重新测量空载特性。

3.2换用绝缘胶垫

变压器下在油箱外壳、夹件间可以采用缓冲胶垫。此种设计方案可造成多点接地的问题，在多点接地的情况下容易导致发热过高。基于此可以采用绝缘胶垫。

3.3绕制绕组重新制定

对变压器三相绕组，结合招标技术相应的文件，按照技术规范书中的具体要求，重新绕制。重新绕组后的变压器中的各个试验结果均满足交接试验标准与反事故措施中的具体要求。结合本次研究的具体案例，可以明确在今后大修变压器的过程中，需要提高异物清理工作的管理力度，严格按照相应的生产管理制度、标准化作业和反事故措施来强化主变压器的管理，在进一步强化内部检查的基础上，减少甚至杜绝该故事问题的发生^[5-6]。

4结论

综上所述，本次研究中在两次的局放耐压试验中，V相一共升压了两侧，第一次升压击穿后又进行了第二次的升压，整个的升压期间局放耐压测试仪器没有连接在一起，这样做的目的是避免再次击穿时变压出现波动而伤及到测试仪。本次检修整个全过程潜油泵没有被开启，目的是避免金属碎屑和碳化绝缘油纸在油箱内部进一步扩散，以免增大故障范围。本次研究中没有济宁耐压试验与短路冲击试验的目的是防止故障点的进一步扩大，减轻故障对主变压器的影响。

参考文献

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