66kV主變壓器低壓側(cè)近區(qū)短路故障分析及預(yù)防

李笑薇

（吉林省送變電工程有限公司，長春 130022）

油浸式電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其能否穩(wěn)定運行直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的供電可靠性［1］。然而近年來變壓器發(fā)生故障數(shù)量急劇增加，故障種類也趨于多樣化。導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生故障的原因也是多方面的，一方面是由于變壓器運行環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)過數(shù)年甚至數(shù)十年的運行，變壓器很多部件老化，絕緣可靠性降低［2-3］；另一方面是由于外部原因，通過近幾年的故障統(tǒng)計，由于外部原因?qū)е伦儔浩鞴收蠑?shù)量越來越高，其中占比最多的一種類型是帶有重合閘系統(tǒng)的近區(qū)短路故障［4］。因此，分析該類型故障并提出有效預(yù)防措施很有必要。

1 故障概述

事故變壓器型號為SZ11-40000／66，額定容量為40 000kVA，電壓組合為（66±8×1.25%）／10.5 kV，聯(lián)接方式：YNd11。故障前，主變壓器帶10kV全負(fù)荷，10kV有7條配出線路，變電站最大負(fù)荷929A。發(fā)生單相接地故障時，電流速斷保護(hù)動作跳閘，然后進(jìn)行重合閘，重合不成功跳閘。兩次故障短路電流分別為16 560、16 200A。

2 故障診斷及分析

2.1 診斷性試驗

停電后對主變壓器進(jìn)行相關(guān)診斷性試驗，對絕緣電阻、直流電阻、電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行測試，試驗結(jié)果見表1、表2及表3，表2中RAO、RBO、RCO為中性點與相間電阻，Rab、Rbc、Rca為相間電阻。一、二次繞組變形測試曲線見圖1、圖2。

由表1可知，二次繞組對一次繞組及地、一次繞組及二次繞組對地絕緣電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)程QGDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定的10 000MΩ，絕緣電阻測試結(jié)果不合格。

表1 絕緣電阻測試

表2 直流電阻測試

由表2可知，二次繞組線間相互間偏差遠(yuǎn)超過QGDW 1168—2013規(guī)定線間差別不應(yīng)大于三相平均值1%的要求，直流電阻測試結(jié)果不合格。

表3 電容量CX及介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測試

由表3可知，一次繞組對二次繞組及地、二次繞組對一次繞組及地、一次繞組對二次繞組、二次繞組對地電容量偏差均超過GB 50150—2016《電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定不大于±3%的要求，不合格。

由圖1、圖2可知，一次繞組三相曲線重合性較好，二次繞組三相曲線重合性較差，二次繞組存在嚴(yán)重變形。

2.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可知，二次繞組對一次繞組和二次繞組對地絕緣電阻均下降顯著，可以斷定二次繞組絕緣破損嚴(yán)重。

由表2可知，二次繞組線間相互間偏差遠(yuǎn)超QGDW 1168—2013規(guī)定值1%，且bc與ca較ab阻值偏大，可以認(rèn)定二次繞組c相存在斷股現(xiàn)象。

由表3可知，除一次繞組對地電容量偏差合格之外，所有包含二次繞組的電容量偏差均超過GB 50150—2016的規(guī)定值±3%，可以判定二次繞組存在繞組變形。

圖1 一次繞組變形測試曲線

圖2 二次繞組變形測試曲線

由圖2頻響法測試各相曲線可知，二次繞組BC測試曲線顯著偏離曲線AB、CA，低、中、高頻相關(guān)系數(shù)均低于DL／T 911—2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》規(guī)定0.6的要求，可以判斷二次繞組c相存在嚴(yán)重變形。

3 解體檢查

拆除外層分接開關(guān)繞組和高壓繞組，兩者外觀良好，無變形情況；二次繞組A、B、C繞組均發(fā)生變形，變形情況見圖3。

二次繞組A、B相無斷股燒損痕跡，因此絕緣電阻、直流電阻數(shù)據(jù)無明顯改變。從外觀可發(fā)現(xiàn)存在明顯變形，繞組向內(nèi)側(cè)凹陷嚴(yán)重，所以二次對一次以及二次對地電容量偏差超過GB 50150—2016的規(guī)程值。

二次繞組C相存在嚴(yán)重斷股，內(nèi)層上部第一餅嚴(yán)重?zé)郏?2匝并繞全部熔斷，第二、三餅部分繞組熔斷，驗證了二次繞組BC、CA直流電阻偏差達(dá)到129.79%；并且變形嚴(yán)重，吊起困難，導(dǎo)致電容量超差達(dá)到44.27%。

圖3 二次繞組變形情況

4 結(jié)論及預(yù)防措施

變壓器近區(qū)多次短路沖擊是造成本次故障的主要原因，最大故障電流為16.56kA，達(dá)到額定電流的8倍。短路沖擊時伴有重合閘過程，沖擊后短路點持續(xù)存在，導(dǎo)致重合不良，從而使變壓器短時間內(nèi)遭受二次短路沖擊。由于第一次近區(qū)短路電流沖擊后，繞組受到極大電動力沖擊（電動力大小與短路電流的平方成正比），同時繞組溫度急劇上升，動穩(wěn)及熱穩(wěn)嚴(yán)重失穩(wěn)，此時繞組的抗短路能力會大幅下降，如短時間內(nèi)連續(xù)沖擊，則變壓器繞組損壞并變形的概率就會大大增加［5］。近年來，為了滿足供電可靠性，個別地區(qū)將變壓器主保護(hù)差動保護(hù)動作時限人為增加，一旦發(fā)生永久性故障，變壓器將較長時間承受其額定電流數(shù)倍的故障電流，使得變壓器絕緣受損，絕緣性能降低，再次受到?jīng)_擊時，發(fā)生變形故障的概率數(shù)倍增加。

為預(yù)防變壓器近區(qū)短路故障的發(fā)生，應(yīng)重新核算所轄66kV變電站10kV側(cè)短路電流，對抗短路能力不足的變壓器應(yīng)采取加裝限流電抗器等措施限制近區(qū)短路電流；嚴(yán)格按照《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》要求，全電纜線路不應(yīng)采用重合閘，對于含電纜的混合線路應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止變壓器連續(xù)遭受短路沖擊；嚴(yán)格按照保護(hù)動作時限整定，不得人為增加保護(hù)時限。