一例干式變壓器匝間短路故障分析

周 平，葉華松，吳禮貴

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443133)

目前國內(nèi)干式變壓器廣泛地采用環(huán)氧樹脂絕緣真空澆注工藝，由于采用固體絕緣，若變壓器本體發(fā)生嚴(yán)重電氣故障后，可能故障起始點(diǎn)已完全燒毀，此種情況僅靠外觀檢查，難以判斷故障的具體原因。因此對變壓器的運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)成為故障分析的主要依據(jù)，如溫度、電壓、電流等，特別是故障發(fā)展過程變壓器繞組電壓電流的波形變化，成為最可靠最直接的原始資料，本文通過一起干式變壓器故障的分析過程，以故障電流電壓波形為基礎(chǔ)、以仿真為工具，通過變壓器解體進(jìn)行驗(yàn)證，為變壓器匝間短路分析提供了一種分析方法。

1 故障現(xiàn)象

有1臺型號為SCB10-1000/10.5，額定電壓為10.5/0.4±2.5% kV，連接組別為Dyn11的干式變壓器發(fā)生了電氣故障，整個(gè)過程有高壓側(cè)母線消諧裝置告警和低壓母線電壓Uuw越高限報(bào)警信號。保護(hù)裝置動(dòng)作后，停電檢查發(fā)現(xiàn)變壓器U、V相外觀完好，W相高壓繞組澆注層外部完整，靠首端有4根導(dǎo)線斷裂彈出，低壓箔繞組上部呈波浪狀嚴(yán)重變形，疑似非對稱短路故障。

2 原因分析過程

初步檢查完后對故障變壓器進(jìn)行拆除，并調(diào)閱了變壓器一次側(cè)10 kV開關(guān)錄波數(shù)據(jù)，該開關(guān)柜內(nèi)僅L1、L3兩相安裝電流互感器，因此僅有變壓器U、W兩相數(shù)據(jù)記錄，電壓信號取自10 kV母線電壓互感器。波形如圖1所示，從圖1可知，在保護(hù)裝置啟動(dòng)時(shí)，U、W相電流幾乎對稱反相，啟動(dòng)時(shí)一次側(cè)電壓幅值和相位無明顯變化，故障電流未達(dá)到保護(hù)定值。

圖1 變壓器一次側(cè)電流電壓波形圖

隨后母線消諧裝置告警，出現(xiàn)了零序過電壓，從變壓器故障情況看，此時(shí)應(yīng)為變壓器一次側(cè)W相絕緣降低。

通過故障波形特征和變壓器本體情況，初步判斷為W相二次側(cè)低壓箔繞組發(fā)生單相接地引起一次側(cè)短路故障。

以下從變壓器低壓側(cè)發(fā)生單相接地短路故障進(jìn)行理論分析。

在供配電系統(tǒng)中，變壓器低壓側(cè)短路時(shí)，短路電流實(shí)際上是從電源通過變壓器高壓側(cè)流到短路點(diǎn)的，將變壓器二次側(cè)短路時(shí)，其一次側(cè)流過的短路電流稱為變壓器的短路穿越電流[1]，分析本臺故障變壓器發(fā)生低壓接地時(shí)其短路穿越電流的情況，圖2所示為Dyn11連接組的10/0.4 kV變壓器低壓側(cè)W相發(fā)生單相接地的情況。

圖2 變壓器W相低壓側(cè)單相接地示意圖

如圖2所示，當(dāng)W相低壓側(cè)發(fā)生單相接地時(shí)，二次側(cè)的電流情況[2]：

一次側(cè)的短路穿越電流情況：

從以上分析，故障電流波形與變壓器低壓側(cè)單相接地理論分析一致，符合低壓側(cè)單相接地的情況，但監(jiān)控系統(tǒng)曾報(bào)出低壓側(cè)Uuw高越限，此現(xiàn)象不符合低壓側(cè)單相接地情況，因此還需要對變壓器故障進(jìn)行進(jìn)一步分析。為尋找低壓側(cè)對鐵心的放電點(diǎn)，將低壓繞組吊出。檢查結(jié)果顯示，低壓繞組內(nèi)側(cè)完好，鐵心四周完好，無電弧灼燒及放電點(diǎn)，因此排除低壓側(cè)單相接地的推斷。

排除低壓側(cè)單相接地故障后，推斷高壓側(cè)可能發(fā)生匝間短路。由于變壓側(cè)高壓側(cè)匝間短路參考波形不多，根據(jù)僅有W相繞組受損、且初始故障電流不大等現(xiàn)象，將故障類型定位于W相高壓側(cè)內(nèi)部小匝間短路。因高低壓繞組粘連在一起，短時(shí)難以分解，為了解高壓側(cè)繞組小匝間短路故障下變壓器高壓側(cè)電壓電流波形情況，對變壓器的高壓側(cè)W相首端附近匝間故障進(jìn)行了Simulink仿真，搭建的仿真模型如圖3所示。

為與變壓器真實(shí)故障進(jìn)行對比，對變壓器高壓側(cè)W相進(jìn)行了匝間故障仿真，其電流波形如圖4所示，故障電壓波形如圖5所示。

圖3 高壓側(cè)W相匝間故障仿真模型圖

圖4 高壓側(cè)W相小匝間故障時(shí)的三相電流仿真波形圖

圖5 高壓側(cè)W相小匝間故障時(shí)的三相電壓仿真波形圖

仿真圖形顯示匝間短路情況下，一次側(cè)電流U、W相也呈對稱反向狀態(tài)，小匝間短路情況下電壓無明顯變化，與變壓器故障波形一致吻合。

在變壓器返廠進(jìn)行高壓側(cè)繞組的檢查過程中，在高壓繞組首段線圈中間層發(fā)現(xiàn)了匝間短路，變壓器線圈共四段，只在首段發(fā)現(xiàn)問題，符合小匝間短路判斷，具體短路情況如圖6、7所示。

圖6 高壓線圈首段解體情況圖 圖7 高壓線圈匝間細(xì)節(jié)圖

根據(jù)故障仿真和變壓器實(shí)際解體情況的一致性，最終確認(rèn)高壓線圈小匝間短路為變壓器損壞的直接原因。

3 結(jié) 語

變壓器近端電氣短路故障往往造成變壓器本體損壞，甚至燒毀，故障點(diǎn)難以辨識確認(rèn)，故障錄波成為判斷發(fā)生故障原因的重要數(shù)據(jù)，但在分析過程中，應(yīng)全面匯總相關(guān)信息，不能草率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)忽略一些蛛絲馬跡，尤其是不完全符合故障現(xiàn)象的地方，以防失之毫厘，謬之千里，得到相反的結(jié)果，本文以一起干式變壓器故障的分析過程為例，為同類型變壓器匝間短路分析提供了一種分析方法。