3台330kV变压器短路事故分析及预防措施

 陈楚羽    刘孝为

（西北电力试验研究院，西安710054）

 摘　要：陕西电网3台330kV变压器运行中的损坏事故均由外部出线短路引起，主要原因是变压器本身抗短路强度不够，但也暴露出运行维护工作中存在的问题。为此，制定了运行中预防大型变压器短路损坏事故的措施。

关键词：变压器；出线短路；污秽闪络；抗短路强度

0　引言

1995-1997年3年间，陕西电网的西安北郊变OSFPSZ7-240000/330型^#1主变和咸阳沣河变^#1、^#2主变共3台330kV变压器因外部出线短路而严重损坏，其根本原因是变压器本身抗短路强度不够，没有承受近区短路故障的能力。为此西北电力集团公司多次召开事故分析会，针对3台变压器短路损坏的情况，指出了制造厂在变压器结构设计和制造工艺方面存在的各种问题，同时，重点制定了运行中变压器近区短路故障的防范措施。

1　北郊^#1主变事故情况及原因分析

西安北郊变^#1主变额定容量240/240/72MVA，额定电压330/121/35kV，西安变压器厂制造，1986-07出厂，1989-04投运。

1.1　事故情况^[1]

事故前北郊变^#1、^#2主变110kV侧（共带负荷130MW）和330kV侧均并列运行，35kV侧各带1组静止补偿电抗器分列运行。

1995-02-19T03：29，北郊变35kV 1母接地、母线失压，35kV DK₁开关差动动作。330、110和35kV开关均跳闸，^#1主变本体轻重瓦斯均动作。110kV故障录波器动作，故障录波图显示出短路电流13.8kA、短路持续时间为2.96s。事故后35kV^#1电抗器开关DK₁在合闸状态，但C相烧毁，A、B相外壳熏黑，接地铜板上有放电痕迹。开关柜内动、静触头烧损，而C相的屏蔽罩和动、静触头二次线全部烧毁，绝缘拉杆有裂纹。DK₁与^#1电抗器间的穿墙套管三相均炸碎，A、B相对地放电，其铝母线排烧断。^#1静补电抗器35kV母线A、B相支柱瓷瓶多处对地放电，形成相间短路，^#1主变本体瓦斯继电器中有可燃性气体。

现场进人检查发现损坏部位多在低压线圈，返厂解体检查发现C相低压线圈自上而下第1饼有1匝、第80饼有8匝、第81饼有6匝导线烧断，中低压线圈间围屏纸板局部熏黑。A，B相低压线圈上窜、变形并有绝缘损伤。三相高、中压线圈完好。

1.2　原因分析

事故起因是DK₁（日本三菱制造的30-SFG-40A型SF₆气体断路器）存在质量问题，运行中触头过热导致C相热击穿而单相接地，35kV母线及电抗器穿墙套管A、B相在过电压作用下对地放电，发展为三相短路，^#1主变35kV线圈在此短路电流的冲击下因不能满足动、热稳定的要求而损坏。

1.3　修复处理

北郊变^#1主变返厂修理，更换三相低压线圈，并在低压线圈与铁心间加装成

型纸筒。主变修复后于3月30日投入运行。

2　沣河变^#1，^#2主变事故情况及原因分析

咸阳沣河变^#1、^#2主变均为OSFPS7-240000/330型，额定容量为240/240/72MVA，额定电压345/121/10.5kV，西安变压器厂制造。^#1主变1991-04出厂，1991-07投运，^#2主变1991-03出厂，1992-05投运。

2.1事故情况^[2]

事故前两主变330和110kV侧均并列运行。110kV侧分别带58和57MW负荷，共有4条出线。10kV侧无出线，仅接有电抗器和站用变。

1997-02-27，陕西关中地区久旱后出现大雾、小雨天气，陕西电网发生较大面积污闪事故。5：26，沣河变110kV 沣河Ⅱ旁路刀闸线路侧A相支柱瓷瓶对地污闪，造成线路高频闭锁，接地距离保护动作，重合成功。同时^#1主变差动及轻瓦斯保护动作，经过3个半周波（70ms）^#1主变跳闸。5：40，110kV母联开关引线支柱瓷瓶A相对地污闪，110kV母差保护动作，两路110kV出线及母联开关跳闸。同时，^#2主变差动保护和重瓦斯保护动作，释压器喷油，经过2个周波（40ms）^#2主变跳闸，110kV母线失压。

事故后两主变外观均有明显损伤，尤其是^#2主变，其油箱整体移位10～12mm并倾斜，外壳加强筋30多处焊缝开裂。330KV套管A，B两相与本体连接的ψ28mm拉杆拉断，C相套管根部扭曲出现裂纹并漏油。110kV三相套管同方向移位>20mm。10kV出线套管法兰也大量漏油。

返厂解体检查发现：^#1主变A相高压线圈扭曲变形，中部外凸，线饼间垫块多处移位，压环及铁轭夹件亦移位，引出线明显过热，绝缘层变色。A相中压线圈扭曲，中部内凹，约35饼线圈散垮，绝缘层脱落，导线裸露。A相低压线圈中部内凹形成蜂腰状。B、C两相线圈基本完好。

^#2主变上铁轭A相处8个压钉支撑架全部脱焊掉落，引起上铁轭崩塌，其A相处向上翘起120mm，引起此处铁心插接部位错开，B相处上铁轭插接处折弯。A相高压线圈变形散乱，中部有多处电弧烧伤点。A相中压线圈亦散垮变形并倾斜，高低差330mm，部分线圈绝缘纸已破裂。B，C两相线圈均向C相旁轭方向倾斜。

2.2　原因分析

两主变均是在外部短路冲击下突然发生事故并严重损坏的，事前没有任何故障先兆。事故起因是变压器110kV出线支柱瓷瓶污闪造成短路冲击和用户110kV变电站多次污闪短路对主变造成冲击。但主变最终损坏的根本原因是其自身抗外部短路冲击能力严重不足，其理由如下：

(1)两主变自投运以来均按规定进行电气绝缘预防性试验和油色谱分析。事故前1天油色谱分析结果完全正常，说明无明显绝缘缺陷存在。

(2)由两主变事故时的录波图明显看出，110kV支柱瓷瓶污闪时，两主变的差动保护和瓦斯保护均正确、及时动作。5：26，110kV沣河Ⅱ旁路刀闸线路侧A相瓷柱闪络时每台变压器通过的短路电流均为9.15kA，小于系统最大运行方式下每台变压器的短路电流值9.25kA，且24ms后^#1主变就发生故障。5：40，110kV母联A相支柱瓷瓶闪络时^#2主变通过的短路电流约9.6kA，仍小于系统最大运行方式下单台主变运行时的短路电流值11kA。根据保护动作和开关分合时间推算，两主变故障均在100ms内切除。根据国家标准^[3]规定，变压器应能承受外部三相短路、相间短路，两相接地和相对地故障的动、热稳定效应而无损伤，且承受外部短路耐热能力的持续时间应为2s。但上述两主变在承受的外部短路电流和时间均未达到国标要求时就严重损坏，充分说明其抗短路冲击能力不足。

(3)02-26，用户变电站（彩电变）110kV母线在2h内相继发生5次瓷瓶闪络，其中4次（B相3次，A相1次）冲击沣河变^#1、^#2主变。但沣河变与彩电变相距约30km，推算到沣河变110kV母线处的故障电流仅为1.8kA。

(4)事故后变压器线圈严重变形扭曲、上铁轭压钉支撑架脱落、上铁轭崩塌等情况，这些都说明变压器抗短路电动力强度严重不足。另外线圈绝缘脱落、过热变色和导线断股等现象都说明变压器抗短路热稳定性也不够。

06-04，多位变压器专家在西安变压器厂对沣河^#2主变进行解体检查和事故分析后亦认为，这次事故的根本原因是变压器结构设计和制造工艺存在问题，不能按国标^[1]要求承受外部短路的冲击，尤其是导致变压器“轴向失稳”。

2.3　修复处理

^#1主变返厂更换了A相高、中、低压线圈，在原结构上尽可能采取一些加固措施，已于1997-08恢复并网运行。

^#2主变更换了全部三相线圈,且重新设计。修理前后线圈结构及其应力情况见表1。根据计算，修理后高、中、低压线圈的轴向极限许用应力提高1.05～2.34倍，^#2主变修理工期较长,直至1998-06才恢复投运。

另外，根据事故后暴露出的线圈压紧结构方面的问题，^#1、^#2主变修复中已将高压线圈压圈的压钉改为油缸压钉，压钉支撑板由1块厚20mm的钢板改为2块厚30mm钢板，理论计算其强度可增加3倍。铁轭夹件上下之间的支板宽度也由70mm增加为220mm。

3　运行中变压器事故的预防措施

虽然陕西电网3台330kV变压器短路损坏事故的根本原因是变压器本身抗短路强度不够，在结构设计和制造工艺方面存在很多问题，但是也暴露出运行、维护工作存在许多不足。为此，西北电力集团公司多次分析讨论，制定了以下防止大型变压器短路事故的措施^[4]：

(1)≥220kV的变电站电气设备要按照污区等级调整外绝缘爬距。对难于更换大爬距外绝缘的电流互感器、断路器等设备，必须加装增爬裙或涂RTV涂料等来提高设备的抗污闪能力。

(2)提高输变电设备外绝缘污秽的清扫质量，严格落实清扫工作责任制，严把清扫质量验收关，并积极开展带电清扫和带电水冲洗工作。

(3)严防大型变压器中、低压侧短路，尤其要防止低压侧因污闪、雨闪和小动物等引起的短路。

(4)全面检查西安北郊变中其它同类型35kV SF₆断路器，避免同类型事故再次发生。

表1沣河#2主变修理前后线圈结构等情况对比

其它修理项目:①铁心片重叠,上铁轭重新下料。②高低压上夹件结构加强，重新制作。③重新设计制造全部线圈。④器身改进为组装结构。⑤改进低压引线结构，确保三相直流电阻平衡。⑥上节油箱结构加强，重新制作。⑦将原来采用的10台110kW冷却器改换为5台230kW冷却器。

(5)仔细复核检查保护的时间整定值及直流操作电源，保证在发生变压器近区短路故障时保护能快速、可靠地动作,切除故障，尽最大可能减小变压器损坏的机率。

(6)当大型变压器所在的变电站内母线或变电站出线2km以内发生短路，使变压器内流过短路电流后，应立即对变压器油作色谱分析。若色谱分析数据异常，则应立即申请变压器停运并作进一步检查和试验；若色谱分析数据正常，还应在短期内追加1次色谱分析，确证无问题后，变压器转入正常监督。

(7)对≥220kV的薄绝缘变压器加强监督。变压器三侧的避雷器必须更换为保护性能较好的无间隙氧化锌避雷器，防止此类变压器的绝缘因较低的过电压而击穿。

(8)对用户变电站加强行业管理，今后若用户变电站在短期内连续发生两次母线短路，则应临时撤消线路自动重合闸，防止对电力系统主变压器连续造成短路冲击。

(9)立即开展变压器线圈变形测量工作。以330kV变压器和曾遭受短路冲击的电力变压器(包括发电厂的厂用变压器)为重点，普遍开展变压器线圈变形测量，防止其变形后在运行中损坏，同时为研究大型变压器抗外部短路冲击水平积累数据和经验。

(10)适当提高新订货的330kV变压器的短路阻抗,限制变压器出线短路时的短路电流。

参考文献

[1] 西安供电局.北郊变电站2.19事故调查报告书[R].西安：西安供电局，1995.

[2] 咸阳供电局.沣河变1号、2号主变2.27事故分析及反措[R].咸阳：咸阳供电局，1997.

[3] GB1094.5-2003.电力变压器第5部分 承受短路的能力[S].

[4] 西北电业管理局.陕西电网2.27事故中主变损坏的原因分析和反事故措施[R].西安：西北电业管理局，1997.

陈楚羽  1942年生，教授级高工，从事电力变压器试验与研究工作。电话：（029）85763183