一起220kV 主变绕组短路冲击故障分析

何国彬，林阳坡，郭翔

(1.云南电网有限责任公司大理供电局，大理 671000;2.厦门红相电力设备股份有限公司，厦门 361001)

0 前言

主变压器是变电站中最为重要的电气设备，其正常运行对于确保整个变电站的安全十分重大［1］。主变压器在运行中承受短路故障状态下的冲击电流，会使其绕组和机械结构受到机械应力的冲击，导致绕组产生一定程度的变形故障，从而造成停电事故的发生。

绕组变形试验是检测主变遭受短路冲击后绕组是否发生故障的一种重要手段，通过积极开展变压器绕组变形检测工作，对确保变压器的安全可靠运行和防止变压器停电事故的发生具有极其重要的作用。

1 故障情况

某220 kV 变电站1#主变，电压等级为220 kV，容量为180 MVA，低压侧电压等级为35 kV，变电站出口电缆终端头发生爆炸引起三相短路，短路冲击电流造成1#主变发生近区短路故障，使1#主变绕组产生了某种程度的绕组变形故障。

2 试验数据分析

2.1 常规试验

对该1#主变压器的绕组在遭受短路故障后对变压器进行了全面检查性试验，包括绕组绝缘、本体介损、绕组泄漏、套管试验、高低压侧绕组直流电阻、电容量、介质损耗因素等常规试验，发现除电容量测试数据，其余例行试验项目结构均正常。试验数据可以看出，低压绕组对高压、中压绕组及地的电容量C 的测试值与初值偏差已经达到了15.69%，说明低压绕组存在变形故障可能。

2.2 短路阻抗分析

本次试验中，使用某变压器绕组变形综合测试仪进行变压器绕组短路阻抗测试，采用自动相位控制切换技术，仪器在内部自动换相，在使用短路阻抗法进行三相阻抗测试时，可同时测试出单相绕组的阻抗值［2］。此外，仪器采用高精度电流、电压传感器，所有测试通道完全隔离、独立，在测试过程中采用先进的自适应量程技术，可自动切换量程，使信号测量始终处于最佳测量范围，从而为短路阻抗的准确测量提供了保证。1#主变三相绕组的短路阻抗法测试结果可以看出:1#主变的高压对低压、中压三相横比偏差较小，且三相数值较为接近。而中压对低压纵、横比偏差均明显偏大，B、C 两相的短路阻抗值明显高于a相，从而初步判断低压绕组的b、c 两相发生了变形故障［3］。

2.3 频率响应法试验

通过采用先进的直接数字合成DDS 技术，可产生标准稳定的、最大为20Vp－p 正弦扫频信号，同时基于更宽频带的多频域分段技术，与传统检测设备相比，扫频分析频率范围更宽，扫频范围可达10 Hz－10 MHz，更能够反映绕组微小的变化［4］。此外，仪器除了可通过相关系数来反映绕组频率响应特征外，还可以通过其提供的标准差和简易线性相关系数进行辅助判断。其中，该套仪器所提供的简易线性相关系数和标准差及其经验判断注意值如下:

简易相关系数是表征两条曲线之间的相关程度，可以作为辅助手段用于分析变压器绕组频率响应特征曲线的相关程度。标准差分析主要用于判断绕组频率响应特征曲线的高频段部分，可以分析绕组的引线端部是否发生变形。为便于比较，此次的扫频范围仍采用1－1 000 kHz。如下图1 所示为1#主变低压侧绕组的频率响应特征曲线:

图1 1#主变低压侧绕组频率响应特征曲线

由图1 可以看出，1#主变35 kV 低压绕组的bc 相(主要反映c 相)与ab 相(主要反映b相)、ca 相(主要反映a 相)的绕组频率特性曲线吻合较差。

1#主变低压侧绕组频率响应特征曲线的相关系数，分析可知，35 kV 低压侧三相绕组均发生了一定程度的绕组变形，其中c 相最为严重，b相次之，a 相较轻［5］。

标准差值和简易线性相关系数虽然符合经验注意值，但标准差值越大、简易相关系数越低则说明曲线重合度越差，因此其分析结果和相关系数的判断是一致的。

2.4 试验结论

通过上述分析，可以得出该1#主变的低压侧绕组三相发生了不同程度的变形。其中，c 相最为严重，a 相变形程度较小，建议及时安排进行大修。

根据上述绕组变形试验结果，对该1#主变进行吊罩检查。检查发现，该#1 主变的低压侧绕组a、b、c 三相均发生了不同程度的幅向变形，其中c 相最为严重，a 相变形程度较小，与前述诊断结果基本一致。

3 故障分析

根据对此次1#主变抗短路能力核算，该变压器低压绕组的安全裕度只有不到0.1。此次出口电缆终端头发生爆炸引起三相短路，经查阅现场故障录波数据，短路冲击电流只有7000A，只有额定电流的7 倍左右，且短路冲击电流持续时间也只有不到20ms。在这么小的短路电流冲击下主变绕组即发生变形故障，表明1#主变的抗短路能力明显不足，引线绝缘支架设计存在较大的缺陷［6］。对此，提出如下大修整改建议:

1)将低压线圈导线由原半的硬扁铜导线改为半硬自粘换位铜导线，以进一步增加抗短路冲击能力;

2)在保证不改变原短路阻抗情况下，增大低压线圈导线截面，降低电流密度。

4 结束语

综上，通过综合采用变压器常规电气试验手段和绕组变形试验方法实现了一起220kV 主变在遭受短路电流冲击后绕组变形故障的准确诊断。试验表明，绕组变形试验是检测主变遭受短路冲击后是否发生故障的一种重要而有效的手段，而单一的绕组变形试验手段则无法实现绕组变形的全面诊断。

［1］林阳坡，郭翔.变压器绕组变形综合检测技术的应用［J］.高电压技术，2012 (38):661－664.

［2］郭翔.一种变压器绕组变形综合检测仪器的设计［J］.电测与仪表，2015 (9):108－112.

［3］DL/T1093－2008.电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则［S］.

［4］孟勇强.变压器绕组变形仿真与试验研究［D］.天津大学，2008 (6).

［5］DL/T911－2004.电力变压器绕组变形的频率响应分析法［S］.高压电器，2005 (2):141－142.

［6］雷红才等.一起220kV 主变压器事故分析及处理［J］.