郑鸿彦1,2
1.海南电网有限责任公司电力科学研究院 海口 570311
2.海南省电网理化分析重点实验室 海口 570311
Analysis and treatment of the 220kV transformer fault caused by regulating winding
Zheng Hongyan1,2
1 Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Limited Liability Company, Haikou 570311, China;
2 Key Laboratory of Physical and Chemical Analysis for Electric Power of Hainan Province,Haikou 570311,China
摘要：针对一起220kV变压器调压绕组绝缘击穿短路故障，进行了诊断性试验和解体分析，同时从结构设计、运行维护等方面，提出了相应的防范措施。
关键词：变压器；调压绕组；短路；故障
ABSTRACT: Aiming at the short circuit fault of the 220kV transformer caused by regulating winding insulation breakdown, the diagnostic test and the knockdown analysis were carried out. At the same time,the corresponding precautionary measures are proposed
from the aspects of structural design and operational maintenance.
KEY WORDS:transformers; regulating winding;short circuit;fault
0.引言
电力变压器是电网中的核心设备之一，其安全
运行对电网安全稳定和供电可靠至关重要。大型电力变压器损坏，除了会对企业本身造成较大经济损失外，还会造成不良的社会影响[1]。变压器运行中常常受到振动和电磁力的作用，绕组的力学性能会受到影响。同时，由于设计、制造及安装环节处理不当等原因，一旦发生短路故障，很容易造成变压器绕组扭曲变形、绝缘层破裂及匝间短路等现象，使变压器损坏的概率增大[2]。
本文介绍了一起因调压绕组匝间短路引起的变压器故障， 根据故障发生过程、油化验以及高压试验等方面诊断出了变压器的故障原因， 并通过变压器解体试验验证了故障诊断的正确性。
1.故障概况
220kV某站共有两台主变压器，故障前该变电站220kV、110kV以及35kV母线均为双母并列运行。
2019年06月15日15时45分，#1主变压器差动保护动作，跳开#1主变压器三侧开关，导致#1主变压器失压，同时主变轻瓦斯保护动作发告警信号；05月24日06时05分40秒，本体轻瓦斯保护发告警信号。
#1主变压器型号为SFSZ11-150000/220TH，额定电压比为220/110/35kV，生产日期为2011年3月，投运日期为2012年08月。
2.现场检查和试验情况
现场检查发现#1主变本体检查发现主变本体气体继电器内有气体，其他设备外观检查未发现异常（如图1所示）。
图1 #1主变现场检查情况
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取#1主变本体下部油样进行油色谱化验，发现氢气和乙炔超标，三比值法分析结果为电弧放电（如表1所示）。
表1 #1主变本体油色谱化验结果
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98.29
高压试验发现高压侧低电压阻抗试验发现第9档O-B相阻抗值超标（阻抗值：17.68%，出厂值26.5%，偏差49.9%），低电压空载试验发现B相无法施加电压（电压不到5V，电流已达1.0A），其他高压试验结果正常（如表2所示）。
表2 #1主变低电压阻抗试验结果
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根据主变本体检查及试验结果分析，初步判断#1主变高压侧B相发生故障。
3.返厂吊罩解体检查情况
3.1 整体检查情况
吊罩后检查发现，器身未见位移、绝缘压紧垫块、导线夹等无开裂和蹿动现象，夹件及其紧固件固定紧实，铁心片未见损伤；B相调压线圈中部鼓包变形，围屏下部局部破裂，调压引线下部发现有变形移位和绝缘碳化现象(如图2所示)。
图2 主变吊罩外观检查情况
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拆除上部铁轭后，对该主变进行拔包检查，发现该主变B相调压线圈引线整体变形下移，调压引线竖直部分中下部有短路放电烧蚀痕迹，其两侧撑条严重弯曲变形（如图3所示）。
图3 B相调压线圈故障情况
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检查发现B相调压线圈中下部表面大面积绝缘碳化、局部电磁线烧损，调压引线竖直部分中下部1、4分接引线及调压线圈中下部均有匝间短路烧损痕迹，且调压引线的背面烧损最为严重（如图4所示）。
图4 B相调压线圈故障部位检查情况
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由于故障后调压引线已发生变形移位，为找到故障引发点位置，经与正常相的调压线圈进行位置比对，发现B相调压引线是在正常位置发生匝间短路，且调压引线和调压线圈的匝间短路烧损位置高度吻合（如图5所示）。
图5 B相调压线圈故障位置比对情况
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根据主变解体检查情况，判断调压线圈故障发展过程如下：首先调压线圈1、4分接引线竖直部位中下部背面发生匝间绝缘击穿放电，导致调压线圈对应位置也发生匝间短路烧损和中下部线圈绝缘碳化，同时短路电流产生的电动力造成调压引线变形移位。
4.故障原因分析
通过分析故障点的放电痕迹，判断大成站#1主变故障是由于B相调压引线1、4分接的匝间绝缘击穿短路造成。引起匝间绝缘击穿的原因有多种，下面从多维度方面进行逐一分析：
4.1 从外部短路冲击方面分析
故障时，大成站主变外部各侧无短路故障，拔包解体检查，除了B相调压引线故障变形移位外，其他线圈未发现有移位、变形及垫块脱落现象，且从上面对故障点的分析，B相调压引线移位变形是由于匝间绝缘短路后冲击造成的，而不是先前就有的。因此，此次主变故障跟外部短路冲击无关。
4.2 从运输过程造成的碰撞冲击方面分析
根据厂家提供的主变运输记录，三维冲撞记录仪数据显示三个方向的冲击加速度均小于1g，说明运输过程中未发生冲撞，因此排除由于运输可能引起的绝缘受损。
4.3 从固体绝缘老化方面分析
查看该主变的历史运行数据，投运以来最高负载率为65.15%，最高油温为69度，说明该主变长期运行过程中不存在油温过高的情况，结合故障前最近一次的油色谱分析报告，CO2／CO的比值为2.87，经验证明，一般CO2／CO比值大于7时，认为是固体绝缘老化的结果，因此排除主变固体绝缘异常老化引起的绝缘受损。
4.4 从绝缘件受潮方面分析
根据故障后的油色谱分析报告，H2含量为54.46μL/L，水分含量为5.4mg/L，耐压为74.1kV，绕组绝缘电阻及吸收比合格，从中不难看出，反映主变绝缘受潮的各项试验指标均非常良好，说明该主变没有进水受潮。
4.5 从调压线圈本身结构方面分析
该主变调压线圈下部由圆形绝缘纸板支撑，外部由36根外撑条和11根pet带绑扎固定，但调压线圈上部无有效轴向固定措施（如图6所示）。
图6 调压线圈固定结构分析
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调压引线从调压线圈上部引出，经两个90度拐角引出，中间竖直部分引线主要靠三根pet带固定、没有撑条紧固，同时调压引线上、下端部轴向均无有效固定措施（如图7所示）。
图7 调压线圈引线固定结构分析
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不难看出，与调压线圈相比，调压引线的轴向、幅向压紧力均明显不足，在日常运行过程中长期受到电场力等振动作用下，调压引线与调压线圈摩擦造成线圈匝间绝缘受损。
4.6 从雷击过电压方面分析
为防止线路侵入的雷电波过电压, 220kV、110kV、35kV 每段主母线、主变三侧及主变220kV 侧、110kV 侧中性点均安装氧化锌避雷器，故障后检查发现220kV出线线路侧避雷器有动作记录，站内其他避雷器均没有动作，且主变220kV侧避雷器试验结果和变电站接地电阻均合格，说明故障当天大成站220kV侧有雷电波侵入，且过电压值被限制在避雷器残压520kV以下，远小于主变可承受的950kV雷电过电压水平。
同时，根据厂家所提供的纵绝缘计算报告，主变高压侧按照全波950 kV的雷电过电压侵入计算，调压引线1、4分接的匝间绝缘裕度为2.19，远远大于1、8分接的匝间绝缘裕度1.23；综上所述，在调压引线1、4分接自身绝缘良好的情况下，就算有雷电过电压侵入，也不会造成调压引线1、4分接的匝间绝缘击穿。
4.7 综合分析
综合日常运维、吊罩解体、多维度分析等结果，该主变调压线圈B相匝间短路是由于产品设计结构不合理，调压引线固定方式不牢靠，在日常运行过程中长期受到电场力等振动作用下，调压引线与调压线圈摩擦造成线圈匝间绝缘受损，受6月15日线路雷电过电压的诱发下，发生绝缘匝间击穿短路故障。
5.采取的防范措施
（1）优化调压线圈压紧及调压引线固定方式。由厂家出具优化调压线圈压紧及调压引线固定方案，有效防止调压线圈因振动或冲击引起轴向、幅向位移，并提供改进后短路强度计算报告，组织专家论证确认，监督厂家严格按照方案进行整改。
（2）加强主变在线监测工作。对于220kV新建及运行15年及以上变压器，建议安装油色谱在线监测装置，实现对主变内部绝缘的在线实时监测，以提早发现并消除设备隐患。
6.结语
变压器发生故障后， 对变压器故障的诊断与分
析应综合考虑故障原因、变压器结构、运行状况、继电保护动作情况、电气试验、油化试验分析等因素，准确地判别其故障的性质、程度，以便尽快维修，使其恢复运行。变压器是电力系统的关键设备， 变压器本身的制作工艺是变压器安全稳定运行的根本保证， 在变压器生产过程中，生产厂家要严把质量关，用户单位在变压器制作过程中也要起到重要的监督作用，严把设备监造关，促进入网设备质量水平不断提升[3]。
参考文献
[1]雷志勇, 高世德, 史海青等. 变压器绕组损坏事故的分析与建议[J]. 上海电气技术, 2017, 12(4):64-68.
[2]彭晓娟, 杨新春, 黄昆等. 一起短路冲击引起110kV变压器故障的分析及处理[J]. 电气应用, 2018, 37(13): 89-93.
[3]张育华. 500kV变电所35kV变压器故障分析与诊断[J]. 变压器, 2018, 55(3): 58-61.
作者简介：郑鸿彦，1983年1月出生，男，汉族，工程师，本科就读于华南理工大学电气工程及其自动化专业，研究生就读于华中科技大学电力工程及其自动化专业，工学硕士，2007年研究生毕业并就职于中国南方电网海南电网有限责任公司，2011至2020年曾任职于海南电网省公司生技部变压器及四小器设备管理专责，主要从事变压器类设备专业管理工作，南方电网变压器专业委员会及化学专业委员会委员，全国输配电技术协作网直流电源系统专业技术委员会委员；现任职于海南电网有限责任公司电力科学研究院状态监测及风险预警主管，主要负责全省状态监测系统监控、评价及预警工作。