一起非晶合金配电变压器匝间短路故障研究

杨佳泉（上海置信电气非晶有限公司,上海　200035）



一起非晶合金配电变压器匝间短路故障研究

杨佳泉
（上海置信电气非晶有限公司,上海200035）

摘 要：本篇文章主要对非晶合金电变压器的基本参数以及结构工艺进行分析，并针对出现的一起非晶合金配电变压器匝间短路方面的故障进行详细描述，深入分析故障出现原因，阐述配电变压器发生故障的过程以及发生故障的相关因素，并针对故障问题提出一定的预防办法，以供读者参考借鉴。

关键词：非晶合金;配电变压器;匝间短路故障

OI : 10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.145

1　前言

随着社会的发展以及人们生活水平的提升，人们对于电力方面的要求也在不断提高。配电网作为用电客户与终端联系较为直接的一个供电系统，是目前受到关注较多的能源输送环节。配电网的核心设备是配电变压器，其作用是对电压进行变换，对电能进行分配和传输，可以说配电变压器是配电网安全经济、有效运行的保证。以非晶合金作为铁心基材的非晶合金配电变压器之所以受到人们的亲睐，是因为其保经济、节能降耗的性能特点。区别于传统工艺，非晶合金铁心配电变压器结构较为特殊，有别于常规的硅钢变压器，需要更为特殊的制造工艺及生产工序，若生产厂家技术及生产能力有限，则极易导致设备在运行中发生故障。本篇文章着重研究非晶合金铁心配电变压器的相关参数以及工艺，并结合一起配电短路事件进行相关分析，阐述解决措施。具体情况如下所示。

2　非晶合金配电变压器的结构及工艺特点

（1）晶合金配电变压器的结构特点。非晶合金配电变压器的铁心结构为4个(或8个)非晶合金材质的铁心框所组成的一个四框五柱式铁心结构。由于非晶合金材质的铁心片厚度较薄，其受力敏感的铁心性能使得铁心不能像硅钢变压器那样起到强大的支撑作用，其受力敏感的铁心性能使得铁心不能像硅钢变压器那样起到强大的支撑作用。当非晶合金材质铁心受到外部应力作用时，很容易影响自身的损耗及噪音性能。为了降低铁心的受力，需要采用绕组支撑铁心的特殊结构（见图1），便于有效降低铁心的受应力情况。

（2）非晶合金配电变压器的工艺特点。区别于传统的圆绕组设计，非晶合金铁心配电变压器使用的是矩形绕组。由于导线对于矩形磨具不能够很好的进行贴服，造成绕组在生产过程中的幅向尺寸控制较为困难。故而绕组在制造过程中需经过一道压装工序以控制幅向尺寸。但由于压机力量巨大，一旦绕组生产过程中控制不当，极易造成压过头现象。且绝缘出现微小破损时，有可能一段时间内设备仍可有效运行，但长时间的重复放电，极易引起绝缘恶化，从而造成变压器绕组短路。故生产工艺的先进及控制有效性，直接影响了非晶变压器的产品质量。因而技术及工艺有限的生产厂家极易产生产品质量问题。此外，矩形绕组不能够很均匀的进行受力，导致当电路发生短路时，极容易发生变形。

3　非晶合金配电变压器运行过程中故障发生的具体过程及处理方法

（1）故障发生情况。在2014年9月15日19点19分，配电工作人员发现管辖区域出现配电变压器毁坏（图2-4），对现场进行检查，发现A相的熔管与C相的熔丝被烧坏，变压器顶部位置喷射较多油性成分。故障发生当日，天气情况较好，基本满足变压器的负载要求，负载率在58%左右。

（2）变压器主要参数。本次研究发生故障的配电变压器为非晶合金配电变压器，其型号为某个35千伏变电站上使用的柱上变压器，且配置有熔断器。变压器型号为：SBH15-M-200/10，绕组为层式双绕组结构，其中内层低压绕组，材质为铜箔；外层高压绕组，材质为漆包铜线；箱体使用全密封一体结构。于2014年8月投运使用。

4　检修结果

变压器发生故障后立即进行检修，现场情况大致为：第一，配电器高压A相的熔管与C相的熔丝被烧坏，变压器顶部位置喷射较多油性成分。第二，绝缘油颜色发黑，存在杂质。第三，配电变压器的高压侧不能够测量到电阻值。第四，二次测量，电阻不平衡率为1%，符合正常范围要求，一次测量不平衡率为5%，超差情况严重，其中A相和C相的直流电阻小。

5　检查过程

将配电变压器吊起，进行观察，能够发现绝缘油存在污秽，说明变压器有电弧放电情况发生，导致绝缘的油和材料发生分解，杂质融入油中。检查高压绕组时，C相的高压线圈已经较为松散并出现破损，可以判断变压器短路时，电流大，导致绑扎带发生损害。加上C相处的高压线圈存在断股，短路电流存在热效应，在电动力的联合作用下，导致高压线圈发生熔断。

6　总结引起故障的原因

对本次研究的该起电路故障进行分析，可以看出，在配电变压器的高压侧，特别是C相的位置，由于匝间短路的发生，导致A相和C相流经的电流较大，将这两相熔断，再加上短路电流存在较高的热效应，使得高压线圈也发生熔断，绑扎带发生损害，绝缘油开始喷油，短路处绝缘油由于杂质混杂而变黑。

分析此次试验数据，可以看出，当故障发生时，变压器的最大分接与额定分接电阻不能够测出，表明断股断线情况严重，使用额定分接的方法，能够测得直流电阻，表明高压线圈处能够测得A相和C相的直流电阻，其不平衡率在百分之二十五。说明变压器的高压侧包括A相和C相间发生较为严重的短路故障，并对短路故障进行分析，最终能够得出发生故障的位置是C相[3-4]。

分析故障产生的理论条件，将变压器中的铁心拆除后，可以明确变压器绕组发生故障的具体情况以及发生故障的具体位置。观察C相高压线圈，其最外侧存在三层左右的熔断，也就是说绝缘层受到损害，内部的导线上包裹的绝缘漆已经部分脱落。故障的位置发生在高压矩形绕组较为边角的位置，其熔断的原因同电厂存在较高的通电强度关系密切。

另外，本次非经合金材质的变压器，生产时间为2014年3月，2014年8月投运使用，运行时间较短，运行负载率百分之五十八，属于合理范围，排除运行时间长、负荷电流高等年久老化等因素。根据高压线圈发生的绝缘受损情况进行分析，表明故障不是一蹴而就的，而是逐步发生和发展的，损伤从内部开始，逐渐向外进行扩散。对变压器制作与取材的工艺方面进行研究，能够判断出高压线圈在进行绕线的过程中存在较大缺陷，可能是绕制过程中绝缘碎屑控制不力，或在在绕制过程中使得导线绝缘发生破损，特别是经过压装后，这一缺陷有可能更为恶化，从而积重难返，当运行发生局部放电时，长期积累，容易导致绝缘部位发生老化，最终发生匝间短路。

7　结语

针对本次研究的这起非晶合金铁心配电变压器，其发生匝间短路问题，进行分析，可以知道非晶合金材质配电变压器的以下几点内容：第一，对高压线圈进行绕制及压装时，容易发生匝间绝缘缺陷；第二，使用矩形绕组，在变压器拐角处较集中，导致局部放电的破坏作用加大；第三，进行制造时，一旦材料相对粗糙，工艺较落后，极易发生生产缺陷，从而造成产品故障率的上升。提出建议如下。认真监督非晶合金铁心配电变压器进行驻厂的一系列推进过程；注重检查原材料和制作工艺，提升入网检测方面的试验，必要时使用局部放电进行试验；做好防护措施，保护配置灵敏性；提升日常维护管理能力，及早发现问题并处理；建立较为健全的监管制度，做好对应的检测与排查工作。

参考文献：

[1]许强.浅析农村配电变压器烧毁原因及对策[J].科技与企业,2013(09):159-160.

[2]谭喜堂,吕佩佩,朱琴跃,成林坤.单相双绕组变压器匝间短路故障诊断[J].电气自动化,2015,37(01):73-74,107.

[3]夏珩轶,唐跃林,杨华忠,陈晓聪,汪力,魏刚,赵仲勇,李成祥,姚陈果.暂态过电压检测电力变压器绕组匝间短路故障[J].电测与仪表,2015,52(12):73-76.

[4]王接旭,华向阳,王源铄.变压器高压绕组匝间短路故障原因分析[J].电气制造,2014(08):92-94.