电力变压器绕组变形故障分析及其预防措施

杨兵

摘要：电力变压器绕组变形是电力系统安全运行的一大隐患。近几年来，随着电力系统容量的增长，短路容量也在增大，出口短路、近区短路后造成绕组损坏事故的数量也呈上升趋势。本文通过近几次例行试验、诊断试验来纵向、横向比较，分析计算，再结合绕组的结构特征，诊断出绕组变形的具体原因，并总结出预防措施。

关键词：电力变压器;出口短路;近区短路;例行试验;诊断试验

故障案例：

一、故障变压器试验情况

1、变压器运行情况

本文分析的主变在2010年9月进行了大修后试验，2015年6月進行了一次例行试验，2015年试验数据与2010年相比，未见异常。但2020年10月测试出现了较大的异常情况。现将该主变试验数据对比分析如下，以2015年数据作为初值参考。本文主要对数据出现异常的试验项目进行分析，包括变压器连同套管的电容量和短路阻抗，而其它试验项目如：直流电阻、吸收比、绝缘油试验等均无明显异常和变化。

2、绕阻连同套管一起的电容量测试

2.1试验数据：2020.10.31试验测得电容量与2015年值偏差高压对低压及地为-0.26%，低压对高压及地为7.72%，高压、低压对地为9.05%。

2.2计算分析

变压器整体的电容量等效电路如图所示：

变压器电容等效电路图

如图所示，设高压绕组对地电容量为C1，低压绕组对地电容量为C2，高压绕组对低压绕组电容量为C12，在采用反接线进行整体电容量测试时，高压绕组对低压绕组及地的电容量A=C1+C12，低压绕组对高压绕组及地的电容量B=C12+C2，高压绕组、低压绕组整体对地的电容量C=C1+C2，则可推导出如下公式：C1=（A+C-B）/2C2=（B+C-A）/2C12=（A+B-C）/2

根据以上公式计算出2020.10.31测得的各部分的等效电容量与2015年值偏差为：高压绕组对地为-0.34%，低压绕组对地为12.20%，高压绕组对低压绕组为-0.20%。

由计算得出的分解等效电容试验数据的变化可知，高压绕组对地电容量C1，高压绕组对低压绕组电容量C12并无明显变化，而低压绕组对地电容量C2变化12.20%，由此可初步判断为低压绕组变形出现异常。

3、短路阻抗试验

通过变压器短路阻抗测试，利用阻抗电压的变化，可以发现在运行中变压器出口侧发生短路，变压器内部几何尺寸的改变。根据《输变电设备状态检修试验规程Q/GDW1168—2013》规定：容量100MVA及以下且电压等级220kV以下的变压器三相之间的最大相对互差不应大于2.5%，初值差不超过±2%，而本台变压器在极限正分接（5.85%）、额定分接（5.37%）、极限负分接（5.04%）档位时的最大三相互差均大于该规程要求，从而再次说明该变压器低压绕组存在变形的情况。

二、故障原因分析

通过返厂吊罩解体检查，出现低压绕组变形，大概有以下原因：

（1）变压器低压侧出口短路，大电流冲击下导致低压绕组出现变形。

定义：变压器本体到各侧馈线开关范围内的短路为出口短路。

从调度及运维人员处获悉，该变压器在2015年例行试验后变压器出口没有出现过短路冲击情况，所以低压侧出口短路冲击导致变压器绕组变形可以排除。

（2）变压器遭受了近区短路冲击，冲击下导致低压绕组出现变形。

定义：将低压侧电缆3公里，架空线路1公里内界定为“近区”短路。

近区内，在短路电流的强力冲击下，产生的轴向拉伸力已经超过了绕组压紧的机械强度，导致短路时绕组压紧结构有所松动，三相绕组的层压木板出现裂纹，由机械应力的拉扯导致绕组变形。

（3）冲击性负荷的长期累积效应，导致变压器绕组变形。

如果10kV线路上有冲击性负荷（如频繁启动的大型机械设备，其启动时的冲击电流非常大，同时又非常频繁的启停）或者10kV出线上出现故障，出线开关启动了重合闸装置，重合闸成功，在出线故障未消除的情况下又再次对10kV系统造成冲击。以上两种情况可能多发，这样长期遭受冲击性负荷的影响，由于累积效应，有可能导致变压器绕组变形。

综上所述，可得出变压器绕组抗短路能力比较强，如果没有较大或者长时间累积效应的冲击电流，正常运行时变压器绕组不可能出现变形的情况。但是根据运行记录，变压器出现出口短路的情况已经排除。所以最终判定该变压器出现绕组变形的原因可能为：①近区短路;②冲击性负荷的长期累积效应。

三、预防措施

（1）对抗短路能力薄弱的变压器进行改造，加强抗短路能力，确保变压器安全良好稳定运行;

（2）加强对用户设备的审查，以及对部分重负荷专线用户的监督管理，尽量减少因用户故障而导致变压器受损。具体可采用对近区架空线或电缆线路退出重合闸，或者适当延长合闸间隔时间，以减少在故障未消除的情况下短时间内再次合闸而带来的危害;

（3）在选择主变时要考虑主变所带负荷情况，选择抗短路能力强的变压器;

（4）将变压器绕组变形和短路阻抗测试列入到例行试验项目中来，及时发现有问题的变压器，并有计划地进行吊罩验证和检修。

四、结语

为了电力变压器的稳定运行，应在例行试验中加入短路阻抗或者绕组变形试验，再结合套管连同绕组的电容量的变化来诊断，这将是判断变压器绕组是否有变形的有效手段。

参考文献：

[1]《输变电设备状态检修试验规程》，Q/GDW1168—2013.

[2]陈天翔，王寅仲，海世杰，《电气试验第二版》，中国电力出版社.