老旧变压器近区短路故障处理及分析

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摘 要：文章对一起20世纪80年代生产并运行至今的500 kV变压器主变短路故障的原因进行了分析，并详细介绍了故障概况及短路情况，提出了相应的处理和预防措施。

关键词：500 kV变压器;绕组;短路;分析

中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）35-0080-02

20世纪80年代末，单相自耦变压器的设计受限于当时的工艺和设计验证水平，变压器普遍抗短路能力不强的缺陷，尤其是变压器近区短路，其特性主要表现在：线圈未采用高强度半硬铜和自粘性换位导线，未采用整体套装和恒压干燥工艺，无内衬硬纸筒。受限于当时国内无大型成套计算软件，变压器抗短路强度设计时对漏磁分布、绕组轴向和幅向受力及导线应力计算结果与实际变压器受力情况存在较大差异。未采用撑条加倍、垫块加密等提高变压器抗短路能力的措施，导致轴向和幅向抗短路能力不足。下文通过一起20世纪80年代生产并运行至今的老旧变压器近区短路造成的故障案例，对变压器的返厂检修与处理进行了分析。

1 故障案例

1.1 故障基本情况

2012年5月29日21时33分，某500 kV变电站220 kV近区（该站附近开关站启备变，故障点距离#1主变约800 m）发生故障，故障持续50 ms，在区外故障过程中，#1主变C相高压侧电流为3.34 kA（有效值），中压侧电流为11.52 kA（有效值）。在区外故障切除后10 ms，C相本体发生故障，#1主变差动保护、油压速动继电器、压力释放、轻重瓦斯相继动作，切除故障。

1.2 变压器基本信息

该变压器为三绕组500 kV自耦变压器，有20年的运行经历。根据历史运行记录，该变压器自20年以来在运行期间经受了多次大小不一的短路电流冲击。按照规程要求，定期对该变压器开展了预防性试验，在此故障之前近三年内运行状况良好，无异常现象。2010年进行大修后交接试验、2011年、2011年开展了预防性试验，试验结果合格;历次油化试验及油色谱在线监测装置历次数据合格。故障变压器相关基本参数见表1。

2 故障分析及处理

2.1 变压器返厂后解体检查情况

①内外压板有高低不平现象。

②中压线圈Ⅱ上部角环有炭黑。

③中压线圈Ⅱ上部角环局部有变形损坏，端圈垫块错位。

④中压线圈Ⅱ上部导线扭曲变形，端圈有炭黑颗粒。

⑤中压线圈Ⅱ外侧围屏有撕裂现象。

⑥中压线圈Ⅱ外侧第一层围屏有严重炭黑痕迹，如图1所示。

⑦中压线圈Ⅱ线饼发生严重扭曲变形，匝绝缘破损露铜。

⑧中压线圈Ⅱ油隙垫块、撑条严重窜位，整个线圈发生扭曲。

⑨中压线圈Ⅱ导线发生严重烧蚀、变形断股，如图2所示。

⑩中压线圈Ⅱ导线向内严重凹陷、变形。

{11}铁心、油箱未发现异常。

2.2 变压器短路能力核算及对比分析

在该变压器的设计生产时期，受当时技术水平的限制，没有专门的变压器短路附件强度计算软件，计算手段只能是进行手算校核，不能反映变压器短路时的实际情况。

运用专用变压器短路强度计算软件对该台故障变压器在2012年5月29日的短路故障进行分析，该变压器C相高压侧电流为3.47 kA，中压电流9.29 kA，按单相对地短路工况进行计算，该变压器（原结构）是不安全的。

①在变压器的解体过程中可以发现，高压线圈、中压1线圈、低压线圈、调压线圈没有发生损伤。中压2线圈破坏严重，其中虽然中压1线圈端部线饼轴向抗倒伏强度计算值是不安全，但由于采取了加强措施，没有发生破坏。

以线饼翻转破坏情况为例，如图3所示，破坏段号是E1，该段径向压曲强度最小安全系数1.31，径向压应力39.7 MPa，小于允许的最小安全系数。该段轴向抗倒伏强度最小安全系数0.87，小于允许的最小安全系数。由于该段径向及轴向都失稳，因此该段线饼发生翻转破坏。

②再以另外一种线饼翻转破坏情况为例，如图4所示，破坏段号是E2（共66段），该段径向压曲强度最小安全系数1.13，径向压应力45.8 MPa，小于允许的最小安全系数。该段轴向抗倒伏强度最小安全系数0.48，小于允许的最小安全系数。由于该段径向及轴向都失稳，因此该段线饼发生翻转破坏。

③线饼径向失稳变形破坏情况如图5所示，破坏段号是E2（共66段），径向压曲强度最小安全系数1.13，径向压应力45.8 MPa，小于允许的最小安全系数。由于发生破坏位置E2段线圈轴向压力较小，轴向抗倒伏强度是安全的，因此这些线饼只发生了径向失稳变形。

④径向弯曲变形如图6所示，径向弯曲变形如图7所示，破坏段号是E2（共66段），由于其位于线圈下端部，径向压力不是最大值位置，但其径向压力已足以使线饼发生径向弯曲变形。

针对该台变压器短路如上短路受损情况，采取加强措施，中压线圈采用半硬自粘性换位导线（径向受压线圈），其余线圈采用半硬铜导线。采用改进结构后，变压器可承受11 700 A的短路电流冲击。

2.3 返厂检修处理措施

①更换全部绕组，包括：高压、中压、低压、调压绕组，并对原设计进行优化，导线采用半硬铜和自粘换位导线以加强线圈的支撑;线圈绕制在5 mm特硬纸筒上，以提高绕组的抗失稳能力，增强绕组抗短路能力;按照原图纸生产全新地屏。

②更换全部绝缘件，包括：线圈垫块、铁心垫块、端圈、压板、角环、成型件、撑条、围屏纸板等，并按照原图纸生产。

③更换引线和支架，并按照原图纸生产。

④更换全部紧固件，包括：绝缘螺杆、螺母、金属螺栓、螺母，压钉及压钉及钉碗等，并按照原图纸生产。

⑤更换全部密封胶垫，包括：箱沿胶条、升高座胶圈等，并按照原图纸生产。

⑥对油箱、升高座、金属管件和等进行清理，重新喷表漆（外漆颜色）。

⑦对无载分接开关、开关操作箱、齿轮盒进行检查、清理，包括更换易损件，重新调试合格后方可使用。

⑧对所有套管和套管CT进行检查和试验，处理合格后方可使用。

⑨对存放在变电站的储油柜、主控制箱、端子箱、桥架以及绕组温度计、温度控制器、瓦斯继电器、压力继电器、吸湿器等，由柳州局进行妥善保管并进行全面检查和校验，确认合格后方可使用。

⑩绝缘装配、引线装配并进行器身半成品试验。

{11}器身入炉干燥并整理器身后二次回炉干燥。

{12}器身出炉、总装配、抽真空、注油、热油循环、静放。

{13}全部出厂试验。

{14}拆卸附件、附件包装。

{15}主体压油、排油充氮。

{16}主体和全部附件发运。

2.4 预防措施

根据如上变压器近区短路情况，运行单位特针对20世纪80年代生产的老旧变压器进行了排查，并根据DL/T 1093-2008《电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》中要求的短路电流的大小、持续时间、累计次数决定，对变压器进行绕组变形试验。

根据GB 1094.5-2008 GB 1094.5-2008《电力变压器第5部分：承受短路的能力》的要求，利用设备厂家提供的技术参数进行核算变压器最大穿越电流与变压器受到冲击时的短路电流进行对比，根据冲击情况进行油色谱分析，并根据分析情况进行预防性试验，判断变压器运行情况，并根据变压器专项状态评价适当的缩短预防性试验周期。

3 结 语

近年来，随着电网容量的不断增加，系统短路容量越来越大，20世纪80年代生产的老旧变压器设备普遍面临着绝缘老化，运行工况差的问题，而近年来随着设备全生命周期管理，这些变压器由于未到报废年限，净值率较高等因素，还未达到报废条件，老旧变压器的抗短路已成为一个突出问题。提高变压器本体的抗短路能力是防止外部短路引发变压器损坏事故的关键。工厂化检修逐渐成为目前变压器检修的一种趋势，加强变压器状态专项评估，根据评估情况进行工厂化检修，是预防电网外部短路引发变压器事故的有效途径。

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