引言

變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一,其運(yùn)行狀態(tài)的好壞將直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。近年來,隨著電力系統(tǒng)的穩(wěn)步發(fā)展,變壓器短路故障時有發(fā)生,給電網(wǎng)運(yùn)行造成極大威脅。對此,本文闡述了變壓器短路故障的主要原因,并針對一起10kV變壓器短路故障,介紹了故障診斷試驗方法,找出了故障原因,并提出了相應(yīng)的預(yù)防對策。

1變壓器絕緣損壞的主要原因

(1)變壓器長期過載運(yùn)行,致使繞組溫度過高,將絕緣燒焦,甚至損壞絕緣介質(zhì),使介質(zhì)脫落,造成繞組匝間或?qū)娱g短路。

(2)外部短路或負(fù)荷急劇變化,使流過變壓器的電流超標(biāo),產(chǎn)生較大電動力而使繞組發(fā)生變形,此外,過高的電流使繞組溫度急劇升高,最終導(dǎo)致絕緣損壞。

(3)繞組引線或分接開關(guān)等位置焊接不良,運(yùn)行時接頭發(fā)熱使周圍絕緣損壞,造成匝間及層間短路。

(4)因繞組浸漆不透,絕緣油中含水分,或運(yùn)行中密封不嚴(yán)導(dǎo)致水分入侵等原因,使繞組絕緣受潮,失去絕緣作用。

(5)受操作過電壓、雷電過電壓等的影響,使繞組絕緣因過電壓而損壞。

(6)變壓器制造、運(yùn)輸、安裝過程不規(guī)范,導(dǎo)線常常存在含有雜質(zhì)、毛刺等隱患,運(yùn)行過程中易發(fā)生局部放電,導(dǎo)致繞組絕緣損壞。

2變壓器短路故障案例分析

2.1故障概況

2019年3月15日,某供電局1臺10kV油浸式變壓器發(fā)生熔絲燒斷現(xiàn)象,該變壓器型號為s13-M-100/10,聯(lián)結(jié)組別為Dyn11,出廠日期為2016年11月,出廠交接試驗均合格。

2.2故障分析

2.2.1試驗分析

對故障變壓器開展相關(guān)試驗分析,測試結(jié)果如表1所示。

2.2.1.1絕緣電阻分析

高壓側(cè)對地絕緣電阻明顯偏低,不滿足《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》"一般不低于上次值的70%"的要求,變壓器絕緣電阻測試不合格,表明高壓側(cè)對地間存在絕緣損壞現(xiàn)象。

2.2.1.2直流電阻分析

高壓側(cè)直流電阻三相不平衡值為74.76%,不滿足《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》"1600kVA及以下的變壓器,線間差別一般不大于三相平均值的2%"的要求,變壓器高壓側(cè)直阻測試不合格。該變壓器為Dyn11接線,高壓側(cè)為三角形接線,且為A-Z、B-x、C-Y相連接,根據(jù)公式(1)計算得出RA=21.44Ω、RB=21.41Ω、RC=8307Ω,C相直流電阻明顯偏大,存在斷線可能。

式中,RA、RB、RC為各相電阻:RAB、RBC、RAC為線電阻:RP為三相線電阻之和的1/2。

2.2.1.3變比分析

A相、C相變比嚴(yán)重超標(biāo),不滿足《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》"額定分接電壓比允許偏差為±0.5%"的要求,變壓器變比測試不合格。

2.2.1.4油色譜分析

根據(jù)三比值法判斷規(guī)則,計算結(jié)果如下:

C2H2/C2H4=0.1~1,編碼值為"1":

CH4/H2=0.1~1,編碼值為"0":

C2H4/C2H6=1~3,編碼值為"1"。

匯總組合為"101",根據(jù)性質(zhì)判斷顯示為電弧放電兼過熱故障。

2.2.1.5微水測試分析

微水測試值為42.1mg/L,不滿足《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》"運(yùn)行中110kV及以下≤35mg/L"的要求,變壓器微水測試不合格,表明絕緣油存在受潮現(xiàn)象。

2.2.2解體檢查

吊芯后,從外觀可以發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在大量放電燒熔的銅瘤,C相繞組上端有焦黑現(xiàn)象,并存在變形下陷情況(圖1):A、B相繞組外觀未見明顯異常:檢查油位計其頂蓋部位存在進(jìn)水現(xiàn)象,油位計內(nèi)壁銹蝕嚴(yán)重,油位計正下方的夾件表面有紅色銹漬,同時C相線圈焦黑位置亦處于油位計正下方,如圖2所示。

對C相繞組進(jìn)一步解繞后,發(fā)現(xiàn)其高壓側(cè)繞組存在大面積短路燒熔、斷線現(xiàn)象,并有從頂部往下發(fā)展的跡象,如圖3所示:低壓繞組未見明顯異常。

2.2.3原因分析

該臺故障產(chǎn)品的油位計頂蓋部位密封不嚴(yán),在變壓器運(yùn)行負(fù)荷及晝夜溫差變化作用下,由于變壓器內(nèi)部與外界大氣存在交互現(xiàn)象,會造成空氣中的水分進(jìn)入油位計管內(nèi)部,自2016年掛網(wǎng)運(yùn)行至故障日期,兩年多的運(yùn)行時間,變壓器長期處在這種情況下,一旦油位計管內(nèi)有凝露形成,水滴在重力作用下會沿著油位計滴進(jìn)油箱內(nèi)。因水的密度比變壓器油的密度大,水滴在油中會繼續(xù)下落至夾件(夾件部位已經(jīng)銹蝕)及繞組端部,當(dāng)水滴滲入繞組內(nèi)部,繞組的層間絕緣吸收水分受潮,絕緣性能降低,在層間場強(qiáng)作用下,致使層間絕緣擊穿,導(dǎo)致繞組短路故障。同時高壓繞組半油道的油道空隙部位是水最易浸入的部位,因此高壓半油道部位絕緣最先遭受水分侵蝕,絕緣性能下降,在運(yùn)行電壓的作用下發(fā)生擊穿短路故障。

2.2.4后續(xù)處理及整改措施

(1)對故障變壓器進(jìn)行更換處理。

(2)加強(qiáng)變壓器質(zhì)量管理,嚴(yán)格控制油位計制造質(zhì)量,出廠前按照規(guī)程要求對變壓器開展密封試驗,確保密封良好。

(3)加強(qiáng)變壓器運(yùn)輸及安裝管理,確保過程中不發(fā)生竄動、位移、磕碰現(xiàn)象。

(4)加強(qiáng)運(yùn)維管理,對同批次設(shè)備開展抽查,進(jìn)行絕緣油及其他相關(guān)試驗,對運(yùn)行中設(shè)備開展紅外檢測,重點關(guān)注油位計是否存在銹蝕現(xiàn)象,必要時開展停電試驗。

3結(jié)語

水分對絕緣介質(zhì)的電氣性能和理化性能都有極大的危害,變壓器受潮后,將會使絕緣油擊穿電壓降低、介質(zhì)損耗增加等,影響變壓器絕緣性能,同時水分還能促進(jìn)有機(jī)酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用,使變壓器油進(jìn)一步惡化。因此,在變壓器出廠前,必須確保密封性能良好,運(yùn)行過程中結(jié)合試驗、在線監(jiān)測等手段持續(xù)跟蹤變壓器絕緣性能,若變壓器受潮導(dǎo)致絕緣電阻下降,應(yīng)及時進(jìn)行絕緣油干燥或采取其他處理措施,確保變壓器健康運(yùn)行。