电力变压器短路故障原因分析

引言

变压器是电力系统中的重要设备之一,其运行状态的好坏将直接影响电网运行的安全与稳定。近年来,随着电力系统的稳步发展,变压器短路故障时有发生,给电网运行造成极大威胁。对此,本文阐述了变压器短路故障的主要原因,并针对一起10kV变压器短路故障,介绍了故障诊断试验方法,找出了故障原因,并提出了相应的预防对策。

1变压器绝缘损坏的主要原因

(1)变压器长期过载运行,致使绕组温度过高,将绝缘烧焦,甚至损坏绝缘介质,使介质脱落,造成绕组匝间或层间短路。

(2)外部短路或负荷急剧变化,使流过变压器的电流超标,产生较大电动力而使绕组发生变形,此外,过高的电流使绕组温度急剧升高,最终导致绝缘损坏。

(3)绕组引线或分接开关等位置焊接不良,运行时接头发热使周围绝缘损坏,造成匝间及层间短路。

(4)因绕组浸漆不透,绝缘油中含水分,或运行中密封不严导致水分入侵等原因,使绕组绝缘受潮,失去绝缘作用。

(5)受操作过电压、雷电过电压等的影响,使绕组绝缘因过电压而损坏。

(6)变压器制造、运输、安装过程不规范,导线常常存在含有杂质、毛刺等隐患,运行过程中易发生局部放电,导致绕组绝缘损坏。

2变压器短路故障案例分析

2.1故障概况

2019年3月15日,某供电局1台10kV油浸式变压器发生熔丝烧断现象,该变压器型号为s13-M-100/10,联结组别为Dyn11,出厂日期为2016年11月,出厂交接试验均合格。

2.2故障分析

2.2.1试验分析

对故障变压器开展相关试验分析,测试结果如表1所示。

2.2.1.1绝缘电阻分析

高压侧对地绝缘电阻明显偏低,不满足《电力设备检修试验规程》"一般不低于上次值的70%"的要求,变压器绝缘电阻测试不合格,表明高压侧对地间存在绝缘损坏现象。

2.2.1.2直流电阻分析

高压侧直流电阻三相不平衡值为74.76%,不满足《电力设备检修试验规程》"1600kVA及以下的变压器,线间差别一般不大于三相平均值的2%"的要求,变压器高压侧直阻测试不合格。该变压器为Dyn11接线,高压侧为三角形接线,且为A-Z、B-x、C-Y相连接,根据公式(1)计算得出RA=21.44Ω、RB=21.41Ω、RC=8307Ω,C相直流电阻明显偏大,存在断线可能。

式中,RA、RB、RC为各相电阻:RAB、RBC、RAC为线电阻:RP为三相线电阻之和的1/2。

2.2.1.3变比分析

A相、C相变比严重超标,不满足《电力设备检修试验规程》"额定分接电压比允许偏差为±0.5%"的要求,变压器变比测试不合格。

2.2.1.4油色谱分析

根据三比值法判断规则,计算结果如下:

C2H2/C2H4=0.1~1,编码值为"1":

CH4/H2=0.1~1,编码值为"0":

C2H4/C2H6=1~3,编码值为"1"。

汇总组合为"101",根据性质判断显示为电弧放电兼过热故障。

2.2.1.5微水测试分析

微水测试值为42.1mg/L,不满足《电力设备检修试验规程》"运行中110kV及以下≤35mg/L"的要求,变压器微水测试不合格,表明绝缘油存在受潮现象。

2.2.2解体检查

吊芯后,从外观可以发现变压器内部存在大量放电烧熔的铜瘤,C相绕组上端有焦黑现象,并存在变形下陷情况(图1):A、B相绕组外观未见明显异常:检查油位计其顶盖部位存在进水现象,油位计内壁锈蚀严重,油位计正下方的夹件表面有红色锈渍,同时C相线圈焦黑位置亦处于油位计正下方,如图2所示。

对C相绕组进一步解绕后,发现其高压侧绕组存在大面积短路烧熔、断线现象,并有从顶部往下发展的迹象,如图3所示:低压绕组未见明显异常。

2.2.3原因分析

该台故障产品的油位计顶盖部位密封不严,在变压器运行负荷及昼夜温差变化作用下,由于变压器内部与外界大气存在交互现象,会造成空气中的水分进入油位计管内部,自2016年挂网运行至故障日期,两年多的运行时间,变压器长期处在这种情况下,一旦油位计管内有凝露形成,水滴在重力作用下会沿着油位计滴进油箱内。因水的密度比变压器油的密度大,水滴在油中会继续下落至夹件(夹件部位已经锈蚀)及绕组端部,当水滴渗入绕组内部,绕组的层间绝缘吸收水分受潮,绝缘性能降低,在层间场强作用下,致使层间绝缘击穿,导致绕组短路故障。同时高压绕组半油道的油道空隙部位是水最易浸入的部位,因此高压半油道部位绝缘最先遭受水分侵蚀,绝缘性能下降,在运行电压的作用下发生击穿短路故障。

2.2.4后续处理及整改措施

(1)对故障变压器进行更换处理。

(2)加强变压器质量管理,严格控制油位计制造质量,出厂前按照规程要求对变压器开展密封试验,确保密封良好。

(3)加强变压器运输及安装管理,确保过程中不发生窜动、位移、磕碰现象。

(4)加强运维管理,对同批次设备开展抽查,进行绝缘油及其他相关试验,对运行中设备开展红外检测,重点关注油位计是否存在锈蚀现象,必要时开展停电试验。

3结语

水分对绝缘介质的电气性能和理化性能都有极大的危害,变压器受潮后,将会使绝缘油击穿电压降低、介质损耗增加等,影响变压器绝缘性能,同时水分还能促进有机酸对铜、铁等金属的腐蚀作用,使变压器油进一步恶化。因此,在变压器出厂前,必须确保密封性能良好,运行过程中结合试验、在线监测等手段持续跟踪变压器绝缘性能,若变压器受潮导致绝缘电阻下降,应及时进行绝缘油干燥或采取其他处理措施,确保变压器健康运行。