一起变压器短路事故的分析与处理

一起变压器短路事故的分析与处理

温福新

中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北电力试验研究院， 西安 710077

摘要：针对一起变压器自身抗短路能力不足引发的变压器短路故障，详细介绍了故障过程，从油色谱数据、电气试验及结构方面对变压器故障进行了分析，并提出了相应的预防措施。

关键词：变压器；短路故障；预防措施

0 引言

电力变压器作为电力系统的核心设备之一，其安全可靠运行对于保证电网的安全稳定运行起着至关重要的作用。由于生产设计不合理以及运行维护不当等原因造成的变压器短路损坏^[1]事故时有发生。根据近年来国家电网公司变压器事故统计^[2]，因外部短路引起变压器损坏的事故已成为变压器事故的首要原因。本文介绍了一起变压器因自身抗短路能力不足引起的变压器短路故障，从故障过程、油色谱与电气试验、变压器结构等方面分析了变压器短路事故的原因，提出了相应的预防措施。

1 故障概况

1.1 故障变压器基本参数

故障变压器为保定天威变压器厂生产，型号为SFS-40000/21，额定容量40/10/30MVA，额定电压21/38.5/6.3kV，联接组别为D,d0,yn1，短路阻抗高-低1为8.28%，高-低2为16.5%，生产日期为2013年10月。该变压器为三相三柱式铁心结构，绕组从内到外依次为低压绕组2（6.3kV）、低压绕组1（38.5kV）、高压绕组（21kV）和调压绕组。

1.2 故障前运行方式

故障变压器所在厂内的运行方式：20kV高压侧与发电机直接相连，38.5kV和6.3kV侧均为单母线分段接线。水源地厂内35kVⅠ段、一单元6kV公用Ⅰ段均由该变压器供电。故障前变压器各项参数正常。

1.3 保护动作情况

07月11日14：30：57：116，水源地厂内35kVⅠ段发生A、C相间短路，约10ms后引发三相短路，变压器38.5kV侧最大短路电流约9.5kA。

07月11日14：30：57：566，1号机组2号高厂变重瓦斯、轻瓦斯、压力释放阀动作。14：30：57：813，1号机组2号高厂变第一套保护装置差动保护A、B、C三相动作、差动速断保护动作、高压侧复合电压过流保护动作。

1.4 现场检查情况

现场检查发现，变压器38.5kV侧出线开关已严重烧毁，出线开关由于存在金属性异物，引发A、C相相间短路，进而引起三相短路。变压器就地检查发现，外观无明显变化，由于压力释放阀动作后喷油，现场观察储油柜内已无变压器油。开关短路位置距变压器不足200m。

2 试验分析

2.1 绝缘油色谱分析

故障发生后，对绝缘油进行色谱分析，油色谱数据如表1所示。根据DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，三比值编码结果为101，属于电弧放电；且CO含量增加显著，说明故障已涉及到固体绝缘。

表1 故障前后油色谱数据对比 单位：μL/L

2.2 直流电阻试验

现场对变压器各绕组直流电阻试验发现，高压绕组和低压绕组2三相直流电阻变化不大。低压绕组1（38.5kV）BC和CA直流电阻无法测量。可以推断，低压绕组1存在较为严重的断股故障。

由于低压绕组1存在较为严重断股，直阻已无法测量，此时再进行绕组变形等其他试验已无意义，故决定返厂解体处理。

3 解体检查

1号主变返厂进行了解体检查，情况如下。

1. 吊罩后检查发现各相绕组整体均发生一定程度的移位，绕组上端压板位置布满油泥和金属碎屑。绝缘垫块有脱落和移位现象。变压器整体损坏情况如图1所示。

（a）绕组整体发生移位 （b）压板上布满金属碎屑

图1 变压器整体损坏情况

2. 拆除上铁轭，拔出A、B、C三相绕组，检查发现最外侧高压绕组无异常，绕组未发生变形；低压绕组1（38.5kV）A、B相均严重烧损，绕组多处出现断股，撑条断裂，绝缘件脱落。低压绕组2（6.3kV）未出现匝间短路情况，但由于受到38.5kV绕组短路电动力的挤压，绕组整体发生形变。绕组受损情况如图2所示。

（a）38.5kV绕组A相损坏情况 （b) 38.5kV绕组B相损坏情况

图2 变压器绕组受损情况

4 变压器故障原因分析

35kV出线开关发生三相短路，由于短路故障点距离变压器不足200m，相当于变压器38.5 kV侧近距离出口短路，在遭受到813ms短路冲击后，绕组在短路电流的作用下发生机械形变，造成绝缘损坏匝间短路。

该变压器属于为满足特殊用途的非标准变压器，设计选型参数本身存在问题。38.5kV绕组容量较低，只有10000kVA，仅为变压器额定容量的25%，高压绕组对38.5kV绕组的短路阻抗设计值较低，基于40000kVA容量下短路阻抗为8%，折合到10000kVA下仅为2%，与《GB 1094.5—2008电力变压器 第5部分：承受短路的能力》推荐的最小短路阻抗8%相差较多。在发生近区短路故障时，导致变压器无法承受较大的短路电流冲击而受到损坏。此外，变压器在之前的运行中也发生过多次短路冲击，短路冲击后的累积效应也是造成变压器抗短路能力的下降的原因之一。

5 结束语

变压器的抗短路能力对于保证变压器安全稳定运行起着至关重要的作用。本次变压器短路故障是由于其自身抗短路能力不足导致。为减少今后此类故障的发生，提出如下建议：

1. 重视对变压器设计、选型及设备验收的核查工作。对变压器抗短路能力严把质量关，减少由于变压器选型问题、结构问题及材料质量等问题引发的变压器事故。优先选用通过突发短路试验验证的产品或可提供同类产品抗短路试验报告，并要求厂家提供抗短路能力计算报告。

2. 推进变压器抗短路能力的校核工作。对于目前在运的变压器，发现存在抗短路能力不足等问题，要及时采取选择性加装中性点小电抗、限流电抗器等措施限值系统短路电流水平；若效果仍不理想，需安排进行改造或更换。

3. 规范变压器短路冲击的统计工作。当变压器受到短路冲击后，需根据短路冲击电流的大小和时间，及时安排停电进行频响试验、低电压短路阻抗试验、直流电阻和油色谱分析等诊断性试验工作。

参考文献

1. 高树国，张扬，陈志勇，等.一起220kV变压器绕组短路损坏事故分析[J]. 高压电器，2012, 48(4): 115-118.

2. 国家电网公司运维检修部. 变压器类设备典型故障案例汇编(2006—2010)[M]. 北京，中国电力出版社，2012.