變壓器過電壓短路分析及整改

某110kV 變電站1 號(hào)主變SFSZ8-25000/110由于事故造成了變壓器的損壞。公司將變壓器返回制造廠并組成事故聯(lián)合調(diào)查小組，分析了事故原因，并制定了搶修方案。事故當(dāng)天天氣晴朗， 氣溫高達(dá)39℃。13 時(shí)26分，運(yùn)行人員突然聽到爆炸聲，1 號(hào)主變內(nèi)部聲響異常，隨后1 號(hào)主變重瓦斯和差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，斷開主變?nèi)齻?cè)斷路器，變壓器退出運(yùn)行。

變壓器損壞情況

(1)繞組。低壓繞組a 相、b 相上部3 餅～4 餅匝間短路燒損，并向上拱起，上部端絕緣損壞。

(2)鐵心。對(duì)應(yīng)低壓繞組a 相和b 相損壞處心柱邊緣燒壞。上夾件a 相有兩個(gè)壓釘肢板從焊縫處脫落，c 相也有一個(gè)壓釘肢板脫落。

(3)器身絕緣。a 相端部50mm 厚層壓木板折斷， 并且有兩個(gè)Φ42 壓釘連同Φ55 壓釘碗穿透，b相也有一個(gè)壓釘將壓釘肢板穿透。a 相和b 相低壓繞組內(nèi)紙筒也有局部損壞。

事故分析

由變壓器損壞情況，經(jīng)直觀分析，認(rèn)為該變壓器

在事故中受到了過電壓和短路沖擊。

1 過電壓沖擊

該變壓器低壓繞組為連續(xù)式，如圖1 所示。連續(xù)式繞組在入波時(shí)，前幾個(gè)線段的段間電位差較高，尤其是K 處的軸向和徑向的合成電場(chǎng)很強(qiáng)，在發(fā)生過電壓時(shí)極易被擊穿。從低壓繞組a 相、b 相3 餅～4 餅匝間短路燒損及鐵心柱邊緣燒壞的情況可說明，低壓繞組a 相和b 相承受過電壓沖擊對(duì)鐵心擊穿，而且形成匝間擊穿短路。

2 短路沖擊

圖1 連續(xù)式繞組線段示意圖

變壓器在短路時(shí)將產(chǎn)生很大的軸向力和徑向力。徑向力Fd使外部繞組受到向外的張力，內(nèi)部繞組受到向內(nèi)的壓力(如圖2a 所示)。軸向力又可分為軸向內(nèi)力和軸向外力，軸向內(nèi)力Fq1使繞組壓緊(如圖2b 所示)，軸向外力Fq2則是由于內(nèi)外繞組安匝不平衡引起的，它使內(nèi)、外繞組產(chǎn)生相對(duì)位移，增大不對(duì)稱性(如圖2c 所示)。該變壓器夾件上的壓釘肢板脫落、層壓木板折斷及壓釘穿透壓板，說明在軸向上產(chǎn)生了很大的電動(dòng)力; 而a 相和b 相低壓內(nèi)紙筒折斷，則是低壓繞組受到向內(nèi)的壓力所致。這些現(xiàn)象說明，變壓器受到了短路電流的沖擊。由于a 相和b相低壓繞組在過電壓下對(duì)鐵心擊穿， 造成變壓器短路。

有了以上兩點(diǎn)基本分析， 剩下的就是什么原因造成a 相和b 相過電壓。故障發(fā)生當(dāng)天，天氣晴朗，不存在雷電造成的大氣過電壓，也不存在暫時(shí)過電壓，可能是操作過電壓，而操作過電壓只有幾種：①中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電弧接地過電壓; ②空載線路合閘過電壓;③切除空載線路過電壓;④切除空載變壓器過電壓等。根據(jù)當(dāng)天的運(yùn)行操作記錄可知：②③④三項(xiàng)不可能發(fā)生，只剩下第①項(xiàng)。變壓器10kV 側(cè)采用D 形接法，沒有中性點(diǎn)，屬于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相間隙性電弧接地時(shí)， 將在非故障相上形成弧光過電壓，非故障相上的過電壓最高可達(dá)3.5倍額定電壓。該變壓器a 相和b 相承受過電壓，可能是c 相發(fā)生單相間隙性電弧接地。因此，從變壓器低壓c 相出線查找， 發(fā)現(xiàn)10kV 出線到開關(guān)室的穿墻套管炸裂，金屬導(dǎo)體部分接地。

至此，事故原因查明：首先，10kV c 相穿墻套管存在缺陷，在高溫和大負(fù)載下發(fā)生炸裂，形成10kVc 相單相間隙性電弧接地， 從而在a 相和b 相上形成弧光過電壓， 造成a 相和b 相低壓繞組端部對(duì)鐵心擊穿，使變壓器短路。a 相和b 相隨后形成匝間短路，主變差動(dòng)保護(hù)和重瓦期保護(hù)動(dòng)作，斷開變壓器三側(cè)斷路器，變壓器退出運(yùn)行。

圖2 繞組受力情況

5 搶修方案及整改措施

針對(duì)變壓器損壞情況，制定了詳細(xì)的搶修方案，對(duì)繞組重新繞制、鐵心硅鋼片重新處理和更換、器身絕緣件重新制作和工藝處理。同時(shí)，制定了如下整改措施。

(1)由該事故可以看出，變壓器存在抗過電壓和短路沖擊能力不強(qiáng)的弱點(diǎn)，在制造廠對(duì)變壓器進(jìn)行搶修時(shí)，提出以下幾點(diǎn)意見。①在低壓繞組首端加電容環(huán)，對(duì)端部和尾部幾餅要加大匝絕緣，加大油道，確保在過電壓沖擊時(shí)不致?lián)舸?，提高沖擊電氣強(qiáng)度。②做到“軸向壓緊、徑向支撐”。對(duì)于軸向壓緊要求：a.層壓木板改為硬度更高、絕緣強(qiáng)度更好的環(huán)氧層壓玻璃布板;b. 對(duì)繞組墊塊和端圈墊塊做密壓處理;c.對(duì)繞組做恒壓干燥;d.壓釘肢板必須加強(qiáng)焊接控制，并加支撐板。對(duì)于徑向撐要求：低壓繞組內(nèi)部軟紙筒改用硬紙筒作骨架，防止徑向電動(dòng)力壓迫低壓繞組而產(chǎn)生對(duì)鐵心擊穿接地。

(2)對(duì)于供電公司變壓器運(yùn)行人員，要加強(qiáng)運(yùn)行時(shí)的設(shè)備巡視和設(shè)備缺陷管理，預(yù)防事故的發(fā)生。