一起配電變壓器故障原因分析

李文強(qiáng)，安 義，徐 文，劉發(fā)勝，鄭蜀江

0 引言

隨著居民用戶對供電質(zhì)量要求的不斷提升，保障配電設(shè)備可靠安全運(yùn)行愈加顯得重要，臺區(qū)配電變壓器作為配電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著電壓變換、電能分配的作用，直接關(guān)系到用戶的正常用電。本文對某供電公司一起配電變壓器本體故障進(jìn)行原因分析，找出故障根源，并提出了相應(yīng)整改措施與建議，以提高配電變壓器的安全運(yùn)行水平。

1 基本情況

2016年，某供電公司發(fā)生了4起配電變壓器故障事件，4臺配變均為同一公司生產(chǎn)，容量為630 kVA，聯(lián)結(jié)組別為Dyn11型，額定電壓為10/0.4 kV，型號為S11，具體情況見表1。

表1 4臺配電變壓器燒毀情況

2 運(yùn)行分析

本文選取1號故障配電變壓器進(jìn)行展開分析，配電變壓器停運(yùn)前未發(fā)生過載，停運(yùn)期間，高壓線路運(yùn)行正常，同一線路相鄰臺區(qū)運(yùn)行正常。臺區(qū)高壓側(cè)A、C兩相熔斷器熔斷，低壓開關(guān)未跳開，低壓線路未發(fā)生故障，因此判斷為變壓器內(nèi)部在運(yùn)行中發(fā)生了絕緣故障。

對于Dyn11配電變壓器而言，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生單相短路時(shí)，高壓側(cè)有兩相線電流全部反應(yīng)了低壓側(cè)的單相短路電流[1]，如圖1所示。

圖1 單相短路電流分布

根據(jù)配電變壓器運(yùn)行工況，高壓側(cè)A、C相兩相熔斷器熔斷，反映到低壓側(cè)為c相單相短路故障，而低壓開關(guān)未跳開，低壓線路未發(fā)生故障，初步判斷變壓器內(nèi)部發(fā)生了單相短路故障。

3 診斷試驗(yàn)

測量配電變壓器絕緣電阻，一次對二次及地為0 Ω，一次對二次及地為0 Ω，一次對二次為0 Ω，判斷配電變壓器主絕緣已損壞。

測量變壓器高壓繞組線電阻，5個檔位線直阻不平衡率均達(dá)到13%以上，達(dá)大于2%的標(biāo)準(zhǔn)要求。測量變壓器低壓繞組相電阻，低壓相直阻不平衡率為14.6%，達(dá)大于4%的標(biāo)準(zhǔn)要求，如表2。

表2 1號配電變壓器繞組電阻情況

4 吊芯解體

4.1 吊芯情況

經(jīng)對1號配電變壓器吊罩后發(fā)現(xiàn)，C相繞組損壞嚴(yán)重，偏離軸線傾斜，A和B兩相繞組外表完好無損，重新測量A和B兩相高低壓繞組電阻值，電阻值與同廠家同型號的合格變壓器的電阻值相一致。C相第1層線圈至少有8處短路灼傷，包扎帶已松開，對應(yīng)箱壁內(nèi)側(cè)多處有灼燒痕跡，周圍有熏黑痕跡，C相高壓線圈內(nèi)側(cè)上下膨脹，下層壓裝墊塊斷裂，如圖2所示。

圖2 變壓器吊芯情況

4.2 解體情況

拆開箱蓋，高低壓導(dǎo)桿密封膠珠未老化，高壓低套管未出現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，分接開關(guān)動靜觸頭無缺損、臟污，解開C相繞組，高壓第2層至第9層線圈絕緣紙、層間絕緣紙完好，線圈排列整齊，沒有歪斜，線圈端部有壓裝墊塊壓實(shí)，下層壓裝墊塊已斷裂，但軸向和幅向無變形；第10至13層線圈嚴(yán)重變形，線圈端部沒有壓裝墊塊壓實(shí)，線圈向外崩開，局部幅向變形，有2處故障點(diǎn)；C相低壓線圈首尾引出線（c，z）呈上、下層壓在一起，首尾引出線搭接處有燒傷痕跡，將首尾引出線搭接處扳開后，發(fā)現(xiàn)C相線圈的首尾引出線在搭接處有一個直徑約8 mm被電弧燒穿的洞，電工皺紙板已燒焦，低壓繞組其他部分未見異常，如圖3所示。

圖3 變壓器解體情況

5 故障原因

根據(jù)1號配電變壓器運(yùn)行工況分析，在臺區(qū)未發(fā)生過載、高壓線路正常運(yùn)行、低壓開關(guān)未跳開的情況下，臺區(qū)高壓側(cè)A、C兩相熔斷器斷開，初步判斷變壓器低壓側(cè)發(fā)生了單相故障。

根據(jù)解體情況，C相低壓線圈的首尾引出線搭接處的絕緣受到損傷，變壓器投運(yùn)后絕緣損傷處在電和熱的作用下絕緣不斷劣化，最終導(dǎo)致C相低壓線圈在變壓器內(nèi)部首尾短路而造成變壓器損壞。C相低壓線圈內(nèi)部首尾單相短路是變壓器損壞的直接原因，與實(shí)際工況相符。

C相高壓第1層線圈與箱壁碰觸短路，多處有放電灼燒痕跡。說明變壓器在受到故障電流的沖擊時(shí)，軸向分量的磁場與繞組電流相互作用，低壓繞組受到向內(nèi)的幅向壓縮力，高壓繞組受到向外的幅向拉伸力，線圈長軸側(cè)受到的輻向力使繞組間的主絕緣距離拉大，第1層高壓線圈與油箱內(nèi)壁之間的絕緣距離減小，從而導(dǎo)致第1層線圈與箱壁短路。

C相第2層至第9層高壓線圈整齊，導(dǎo)線電纜線、層間絕緣紙完好無破損，端部有壓裝墊塊壓實(shí)，下層壓裝墊塊已斷裂，但軸向和幅向無變形；第10至13層線圈嚴(yán)重變形，端部沒有壓裝墊塊壓實(shí)，線圈向外崩開，說明變壓器輻向分量的漏磁場與繞組的電流相互作用，使繞組產(chǎn)生軸向力，由于線圈端部因沒有壓裝墊塊壓實(shí)而向外膨脹。壓裝墊塊機(jī)械強(qiáng)度不足以抵抗變壓器的短路沖擊，導(dǎo)致下層壓裝墊塊受到線圈軸向力斷裂。

C相高壓10和11層線圈層間短路，屬于11層線圈變形導(dǎo)致絕緣紙破損從而引起層間短路，線圈斷2處。12和13層線圈發(fā)生層間、匝間短路，線圈斷2處，屬于12、13層線圈因幅向和軸向變形相互擠壓導(dǎo)致線圈破損從而引起短路。說明變壓器故障誘發(fā)非層間、匝間短路引起。

通過上述分析，變壓器在制造過程中，C相低壓線圈的首尾引出線搭接處的絕緣受損傷，在變壓器投運(yùn)后絕緣損傷處絕緣不斷劣化，最終導(dǎo)致C相低壓線圈內(nèi)部首尾短路，故障電流產(chǎn)生電動力導(dǎo)致高壓線圈變形、線圈間相互擠壓，造成線圈絕緣層破損引起匝間、層間多處短路，線圈幅向變形導(dǎo)致第1層線圈與油箱內(nèi)壁之間距離變近從而引起匝地短路，最終導(dǎo)致變壓器損壞。

經(jīng)故障原因分析，配電變壓器抗短路能力設(shè)計(jì)存在以下缺陷：

1）低壓線圈制造工藝不良。

1號配電變壓器低壓線圈在制造過程中，導(dǎo)線出頭90度彎制作工藝不良，造成首尾引出線壓在一起時(shí)，彎折處絕緣出現(xiàn)破損，彎折處絕緣破損后未重新包扎絕緣。

2）線圈與油箱內(nèi)壁之間未考慮加強(qiáng)絕緣。

1號配電變壓器線圈為橢圓形線圈，相比圓形線圈而言，在受故障電流沖擊時(shí)，高壓線圈長軸比短軸更易向外膨脹，因此在抗短路能力設(shè)計(jì)過程中，線圈長軸側(cè)與油箱內(nèi)壁之間應(yīng)考慮絕緣加強(qiáng)，如增大線圈至油箱的絕緣距離、線圈與油箱之間增加絕緣擋板等，特別是630 kVA及以上大容量配電變壓器[2]。而此臺變壓器線圈長軸側(cè)與箱壁之間未考慮加強(qiáng)絕緣。

3）軸向壓緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

用壓裝墊塊緊固時(shí)，各壓塊的寬度應(yīng)稍大于各線圈的幅向?qū)挾?，盡量覆蓋線圈端部，保證線圈軸向受力均勻，提高線圈穩(wěn)定性。如圖3所示，1號配電變壓器壓裝墊塊為長方體狀，部分線圈端部未被壓緊，一是在受故障電流沖擊時(shí)，導(dǎo)致高壓線圈端部未緊固處向外膨脹，二是在器身下箱時(shí)，可能造成高壓線圈外側(cè)絕緣破損。

圖3 C相繞組上層壓裝墊塊

圖4 某廠高壓繞組上層標(biāo)準(zhǔn)壓裝墊塊

4）壓裝墊塊存在質(zhì)量問題。

壓裝墊塊一般采用電工層壓木，電工層壓木是優(yōu)質(zhì)木材經(jīng)蒸煮、旋切干燥后的單板，涂以絕緣膠，經(jīng)高溫、高壓而成，具有良好的絕緣、機(jī)械性能。此臺變壓器壓裝墊塊采用普通實(shí)木，抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能不能滿足抗短路能力設(shè)計(jì)要求，在受到故障電流沖擊時(shí)，線圈產(chǎn)生的電動力造成壓裝墊塊斷裂。

6 結(jié)論與建議

C相低壓線圈引出線絕緣受損是造成變壓器損壞的直接原因，造成引出線絕緣受損的原因可能是工人在裝配過程中未嚴(yán)格按照工藝要求，將絕緣紙板完全從低壓側(cè)出線的c線和o線之間的根部墊起，導(dǎo)致低壓出線c-o在根部處短路。

1）建議某供電公司抽檢一臺同型號的配電變壓器到有資質(zhì)的試驗(yàn)單位進(jìn)行抗短路能力試驗(yàn)。

2）建議加大對該廠家生產(chǎn)的配電變壓器質(zhì)量抽檢比例。

[1]黃紹平.D_yn11變壓器低壓側(cè)單相短路電流的計(jì)算及單相短路保護(hù)的探討[J].電氣開關(guān)，1996，5∶10-12.

[2]謝毓城.電力變壓器設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.