山西110KV及以上变压器典型动稳定事故分析
穆广祺
（山西省电力公司太原030001）
摘 要：针对山西全省110KV及以上变压器典型动稳定事故，分析了110KV和500KV变压器动稳定问题。
关键词：变压器；典型；动稳定；事故分析
0 引言
山西省现有变电站(包括升压站)计:500kV/3座,220kV/45座，110kV/169座。在运变压器合计：500kV/17台，3600MVA，220kV19台，13086.5MVA，110kV/310台，8776.6MVA。
近年来变压器动稳定性能不良造成的事故占年变压器事故总数比例有所增加，给系统运行造成较大影响，现就其中的典型事故情况进行介绍。
1 110kV双卷变压器动稳定问题
110kV双卷变压器动稳定问题占我省变压器动稳定事故比例一半以上，根据发生动稳定事故的变压器及外部故障情况，可归纳为①发生事故的几台变压器均为SFZ7-31500/110型，其它容量的双卷变压器至今尚未发生动稳定事故；②短路一般均在变电站低压侧出线300m范围内，以出线开关出口上短路为多;③变压器动稳定跳闸往往是出线开关跳闸重合不成功后由速断和瓦斯保护动作启动；④变压器累计经受速断和过流冲击一般在数十次左右，多数变压器的重合闸装置退出运行；⑤变压器解体检查均为低压侧线圈变形，有时有匝或股短路，事故前绕组变形检测，往往并不十分明显；⑥变压器高压及调压线圈基本无变形，调压线圈垫块脱落较多，上夹件都有不同程度的变形。
太原供电局城北1、2号和城西1、2号的4台变压器均为太原变压器厂20世纪80年代产品，型号均为SFZ7-31500/110，短路阻抗为10%～11%，先后于1985～1986年投运。本型号变压器低压线圈采用单螺旋结构，共106匝(饼)，每匝2×13股，在1/4及3/4处半换位，在1/2处全换位。线圈结构从里向外为低压、高压、高压线圈。两变电站110kV母线短路容量分别为2178MVA和1777MVA(1994年最大值，以前均小于此值)。
上述4台变压器均在10kV母线或出线多次故障而保护正确动作(城北1号除外)的情况下发生夹件和低压线圈变形、垫块脱落，甚至压环绝缘损坏造成短路烧断压板接地线。低压线圈变形多数为轴向波浪状，靠近铁心窗口外侧20o～45o区域变形最大。
(1)城北2号主变于1985-06投运，1993-09-16站外线路故障造成变压器近区相间短路，出线开关和变压器差动、瓦斯保护动作跳闸。事故后返厂解体检查发现：上铁轭夹件弯曲变形，b相线圈上方4个压钉弯曲，10kV引线铜排相间短路放电，部分木夹件和胶木螺栓断裂，10kV线圈匝间弯曲变形，绝缘无破损，高压线圈和调压线圈未发现异常，绝缘垫块脱落数十块。
(2)城北1号主变1986-10投运，1995-08-23因10kV母线短路，而本站保护装置由于直流电源保险熔断而拒动，变压器在低压侧无法跳闸发生动、热稳定破坏，高温气喷出造成110kV高压套管将军帽间放电，对侧变电站出线开关跳闸。由于110kV变电站无故障录波装置，且事故发生在凌晨，现场无变压器承受短路时间记录。吊罩检查，变压器低压侧C相线圈严重烧毁，a、b相轻微变形，C相铁心柱局部烧伤，高压及调压线圈无明显异常。
(3)城西2号主变1986-12投运，1994-01经线圈变形测试发现10kV线圈有变形。该变压器从投运至1994-07累计经受出线开关速断动作64次，过流动作8次，其中重合复掉17次。解体检查发现：高压侧上夹件下肢板对应B相的两个压钉间上翘20mm；C相线圈对应的内侧压钉处肢板上翘15mm；线圈压钉向外侧倾斜，压钉与压板间的绝缘纸板有机械锉伤，痕迹约20～30mm；C相上铁轭木垫块损坏，轭铁裂开2道10mm宽的缝隙；B、C相引线木夹件断裂； 10kV引线铜排变形；高压A相线圈上部轻微变形， a相低压线圈变形轻微，端部垫块有脱落松动；b、c相严重变形；b相线圈纵向呈现波浪状变形，线饼平形，端部垫块脱落，轴向尺寸伸长约20mm。
(4)城西1号变1985-06投运，1997-07-18因10kV出线距变电站300m左右一大树倾倒造成10kV相间短路故障，变压器重瓦斯保护动作跳闸。事故后绝缘检测未发现异常。返厂解体检查发现：B相钢压板位移，压钉与压板间绝缘破损，压板接地铜片烧断；调压线圈绝缘垫块脱落，10kV引线变形；上夹件变形；低压线圈三相有不同程度纵向波浪状变形，a相变形达70mm。本变压器1994年曾出线短路后现场吊罩处理过压板位移和垫块脱落。
(5)城北1号主变(原城西2号，1995-08修复后出厂)1995-08月投运，1998-04-15因10kV出线被大风刮起的金属板短路，变压器轻、重瓦斯动作跳闸。经返厂解体检查发现：部分绝缘垫块错位、脱落；低压线圈轴向有轻微的扭转变形；高压、调压线圈无异常；夹件、压钉、压板无异常。从变形及绝缘损伤情况来看，变压器返厂修复采取的针对轴向变形的加固措施还是有效的，绝缘损坏属工艺质量问题。
(6)大庆路站（1994年产SFZ7-31500/110）2号主变1994-12投运，1996-04春检试验时发现低压绕组直流电阻互差超标，判断为低压线圈有断股，10月在现场吊芯更换了C相低压线圈。1997-03-27由于10kVⅠ段出线柜电缆头爆炸造成出口短路，出线开关跳闸后重合未掉，使1号主变差动保护动作跳闸（后检测发现其电流互感器特性不良，使差动动作），Ⅰ段母线失电。由于出线开关在合闸位置但分闸信号已传回无人值班中心站，运行人员遂操作母联开关给Ⅰ段母线充电，此时2号主变轻、重瓦斯、有载开关瓦斯和差动保护动作跳闸，变压器损坏。事故后返厂解体检查发现：变压器低压侧b相线圈严重变形，并对铁心柱放电；低压a、c相变形明显，三相线圈整体向高压侧倾斜；b相上部木制压板断裂，压钉从其螺栓与上夹件焊接处断裂脱落，器身其它部分未见明显异常。从变压器结构及工艺方面看，其压钉结构极不合理，压钉与上夹件之间仅有压钉螺母与上夹件间的两道焊接，焊接面非常单薄，未采用肢板结构，根本经受不起短路冲击。其线圈分16段，垫块工艺粗糙，轴向尺寸和安匝平衡不太好。
2 500kV变压器动稳定问题
500kV变压器动稳定问题与变压器制造厂及其设计理念关系很大。我省500kV变压器自投运以来共发生事故5台，且全部是单相变压器。其中与动稳定有关的事故3台，绝缘事故1台，非同步合闸造成绝缘击穿事故1台。与动稳定有关的3台均为日立产品，同一组变压器3个单相分别损坏。
本组500kV变压器安装在神头一电厂升压站，为500kV系统与220kV系统联络变压器，运行编号为5-2联变，投运日期为1985-07-31。其35kV侧接成△接线且无任何出线。神头一电厂500kV系统接有200MW发电机组4台，500MW发电机组2台（神头二电厂1992年投运，通过1.9Km线路连接），500kV输电线路3条（神大Ⅰ线，神大Ⅱ回及神候线接入神头二电厂）。由于系统稳定限制，神头的两座电厂500kV系统6台发电机组不能同时全开，因此，500kV母线短路容量较小，单相接地短路电流为13kA（大方式下）。
2.1 神头一电厂5-2联变B相事故
1990-08-28T4：48，神头一电厂220kV系统母线开关B相瓷柱发生污闪，造成220kV系统单相对地短路，220KV外母线上4台开关跳闸，5-2联变B相500kV高压套管瓷套由上至下贯穿破裂，裂口边缘整齐，套管电容芯及瓷套无闪络痕迹；B相主油箱油位表满表，压力释放阀喷油，瓦斯继电器内有大量可燃性气体；变压器本体油箱中部凸出变形，四角焊缝处有细小裂纹，本位相对基础位移5mm。解体检查发现：部分铁心油道垫块崩出，外绝缘筒撕裂，上部外角环冲破飞出；上夹件处压钉松动，层压木上压板位移；高压线圈上部部分线饼扭曲变形，第3、17、18、43、44线饼（从上向下数）及上端部静电环放电烧伤，饼间垫块位移；高中压线圈间绝缘围屏靠近线饼事故部位处有电弧烧伤痕迹；中压线圈、调压线圈、低压线圈及高压线圈下半部分完好无损。
分析认为事故原因为变压器动稳定性能和绝缘性能不良，当变压器220kV侧发生单相接地短路时，500kV系统相电压全部作用在高压线圈上，使其匝间及饼间电压增加了约45%，同时约2kA的短路电流在高压线圈上形成较大的电动力使匝导线相互摩擦，在绝缘薄弱处形成匝间及饼间短路。内部短路后故障电流增加，局部短路部位的电动力增大，造成部分线圈变形。从220kV系统单相接地短路到故障切除，故障电流的持续时间为500kV侧105ms，220kV侧128ms。其高压套管瓷套破坏是由于变压器内部压力骤增及电动力作用下，变压器整体振动位移时形成的，此时5-2联变500kV断路器刚巧分闸完毕。
2.2 神头一电厂5-2联变C相事故
1995-05-07，神头二电厂启动变进线避雷器处因大风将其锅炉厂房瓦楞钢板刮落在C相上造成200kV单相接地短路，经140ms后发展为B、C相短路，使距接地点1.6km的神头一电厂5-2联变C相发生故障，变压器差动，瓦斯保护动作跳闸。从故障录波图分析可知，变压器C相故障发生在C相单相接地短路后50ms，经60ms后变压器两侧开关全部断开。事故后检查发现：C相变压器本体压力释放阀喷油，高压侧套管粉碎，箱体中部明显变形，多处焊缝开裂，返回日立国分工场解体，其500kV下部烧伤并有变形，变压器铁芯夹件均有变形，200kV线圈，调压线圈和35kV线圈未发现异常。从事故状况及破损现象来看，与B相基本相同。
考虑到变压器连续两次损坏且都伴有高压线圈变形，日方遂决定将A、B两相运抵太原变压器厂进行了加固改造，主要改造内容是将变压器高压绕组进行绑扎，对部分绝缘材料进行了更换。据称与在日本国内对C相改造基本相同。
2.3 神头一电厂5-2联变A相事故
1996-11-29，当运行人员进行220kV神铺I回线隔离开关操作时，其母线侧A相瓷柱突然断裂并跌落，造成220kV母线单相接地短路，由于保护装置特性不良，母线短路对变压器保护存在死区，致使变压器速断及过流保护未及时动作，变压器A相在承受1095ms出口短路后发生内部故障，差动及瓦斯保护动作跳闸，故障持续时间为80ms，事故后检查发现：变压器500kV套管爆炸，电容芯降入变压器本体内，变压器油箱明显变形，箱盖焊缝撕开，高压线圈上部变形，中部导线烧断3匝，烧伤8匝。变压器铁心及夹件变形，220kV线圈、调压线圈及35kV线圈未发现异常。
3 结论
500kV变压器三相损坏的主要原因是其动稳定强度不够，包括铁心结构、夹紧装置、夹件强度、线圈紧固和线圈结构等。其次，本组变压器绝缘设计上裕度较小，结构过于紧凑，而其高压线圈垫块及撑条间距较大，容易造成线圈变形及匝间振动摩擦而损坏绝缘。此外，该变压器线圈结构由内向外为低压、调压、中压（公共线圈）及高压，调压线圈出线全部在下部，因此漏磁场分布极不均匀，故障电流下易产生较大轴向电动力。
穆广祺 1963年生，高级工程师，从事高电压技术及变压器管理。
