用低压工频试验法检测大型变压器绕组变形故障

 王敏

（镇江供电局）

  由于外部短路等原因造成大型变压器绕组变形是电力系统常见故障。如何在不进行吊芯的情况下，准确判断变压器内部绕组变形与否是个很有实用意义的问题。文献[1]介绍的频率响应法因技术及仪器等原因不易现场使用，而低电压工频试验法简单易行且具有较高的准确性。我们使用该方法成功地检测了一台220kV、12万kVA变压器绕组变形情况，该变压器型号OSFPSZ，—120000/230 额定电压230±8×1.25%/121/38.5/11kV,额定容量120000/120000/60000/40000，接线组别YN、do、yno、dII，其中10kV绕组为平衡绕组。

1　故障的起因及发现

1994年4月5日，该变压器的110kV出口处发生了短路事故。由故障录波图分析，先为C相接地短路，然后发展为B、C两相接地短路。稍后另一220kV变电所中供给该变压器电源的线路开关三相跳闸并重合成功，变压器仍带约3万kW负荷继续运行。在故障发生的同时，变压器出现了以下异常情况：一是本体上靠近B、C两相绕组的一只压力释放阀发出动作信号(无喷油); 二是本体瓦斯继电器积气并发动作信号。对该变压器本体油取样做色谱分析，发现油中乙炔含量已大大超标,由事故前的0.07ppm上升至21.81ppm。甲烷、乙烷、乙烯、总烃也比事故前分别上升了4.32、3.05、14.26和1.16倍。详细数据列于表1。表中同时列出1994年1月29日油色谱分析结果，供比较。

 表1   色谱分析数据

   按GB7252-87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法分析：

；编码为1

 ；编码为0

；编码为2
 组合编码1、0、2为典型编码，对应的故障性质为变压器内部有高能量放电，线圈、线饼或线匝之间的油有电弧击穿现象。至此已初步判定变压器内部已发生过高能量放电并极有可能还存在严重故障。

2　检查性试验数据分析

为了防止变压器内部存在缺陷而造成事故扩大，于4月7日对已停运的变压器进行了电气试验。其直流电阻、绝缘电阻、吸收比等与事故前试验均无明显变化，但在测量介质损时却发现绕组的Cx变化较大，数据列于表2。

表2  事故前后测得的介质损及电容量对照表

介质损若换算到同一温度（12℃），高中压、低压及平衡绕组分别为0.17%、0.17%和0.12%，与事故前试验无明显变化，但电容量却有较大的变化。

比较两次试验测得的电容量可见，高中绕组对低压、平衡绕组及接地件电容量CX增大了13.56%；低压绕组对高、中压绕组、平衡绕组及接地件电容量增大了10.11%；平衡绕组对高中压、低压绕组及接地件的电容几乎没有变化。

3　低电压工频试验

为了进一步摸清情况，对变压器进行了单相低电压空载及短路试验，部分试验数据见表3、4。

 由表3可见，空载数据基本对称，说明变压器磁路正常。而表4的数据则存在着明显的不平衡。

假设非故障相A相为正常相，各电压等级间短路阻抗为1，以其为基准计算出B、C相对应的短路阻抗的变化情况，列于表4中U/Ua栏。可见，只有低压绕组对平衡绕组之间的三相短路阻抗基本一致，其余三相均不平衡。高中之间B、C相比A相明显增大，其中C相增大达8.6%；其余情况下B、C相比A相均减小，减小最多的为中低压间C相，达17%。

从变压器结构上看，该变压器为三绕组自耦有载调压变压器，从铁芯向外依次为平衡绕组、低压绕组、中压绕组、高压绕组的串联线圈和调压绕组。分析认为：由于220kV为电源侧，在110kV出口处短路时，故障电流使得高中压绕组之间产生强大的推力，因中压绕组抗压强度远低于高压绕组抗张强度，中压绕组被推向低压绕组方向产生了变形，从而高中绕组和低压绕组之间的电容增大，高中绕组间短路阻抗增大，高中绕组对低压绕组的短路阻抗减少。

4　检查情况

4月13日，变压器放油后，技术人员从入孔中进入变压器本体检查，从C相上部油孔中发现中压绕组的端部导线绝缘损坏，部分绝缘垫块有明显的移位现象，从而确信变压器中压绕组已严重损坏。

5月18日，对变压器进行解体检查，将上轭铁及上部铁芯取出后把绕组逐层拔出，当B、C相中压绕组露出时，即可见该两相绕组自上至下全部变形。变形形式为轴向压缩，已与低压绕组紧贴在一起，以致不得不用特殊工具把低压绕组顶住，才能将中压绕组拔出。

5　结论

a、造成这次变压器损坏的外部原因是系统短路事故，但变压器本身动稳定强度不够是矛盾的主要方面。按国家标准规定，变压器安装于短路容量不大于15000MVA的系统中，应能承受出口短路的电动力而不损坏，但实际变压器安装处的系统短路容量仅7143MVA。由录波图计算，中压侧故障电流周期分量Ic、Ib大约为5600A（B相无非周期分量，C相非周期分量没录到）；故障时间C相1.12s，B相仅0.5s，均小于国际规定的2s。为了避免类似的情况重演，减少系统事故固然重要，但提高变压器的动稳定强度才是从根本上解决问题的办法。

b、低电压工频检测法便于现场实施，且能灵敏地反映变压器绕组变形情况。该变压器中压绕组虽然变形严重，但事故后仍能正常运行，平均负荷3到4万kW，总共运行时间近150h，无任何异常情况，而采用低电压工频法却能检测到明显的阻抗不平衡，只是试验时应注意表计的精度及读数的准确性，不注意这些可能会引起误判断。

c、建议每台大型变压器投运时应建立低电压工频空载、短路试验数据，以便必要时用作比较。

d、绕组间电容量的变化能定性地反映变压器绕组的变形情况，如变压器在受短路冲击后电容量变化超过10%，极有可能是绕组发生了变形。