220kV变压器纵绝缘故障分析

么军　王永宁　张弛　王伟　刘力卿

摘 要：某台220kV变压器发生故障后，为确定其故障类型及受损程度，文章首先对该变压器在发生故障前的事件经过进行了分析，然后通过对该变压器开展电气试验和油气试验，并将变压器返厂解体检查，判断该变压器故障为纵绝缘故障。最后，对变压器发生故障的原因进行了分析。

关键词：变压器；纵绝缘故障；现场试验

中图分类号：TM855 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0056-02

Abstract： In order to determine the fault type and damage degree of a certain 220kV transformer， the paper first analyzes the events before the fault， and then carries out electrical test and oil and gas test on the transformer. After the transformer is returned to the factory and disassembled， the fault of the transformer is judged to be a longitudinal insulation fault. Finally， the causes of transformer failure are analyzed.

Keywords： transformer； longitudinal insulation fault； field test

1 概述

变压器绝缘主要分为主绝缘和纵绝缘。主绝缘是指绕组对地、相间及不同电压等级的绕组间的绝缘，纵绝缘是指绕组层间、匝间及段间的绝缘。据统计，绝缘故障是变压器发生次数最多的故障，而纵绝缘故障（如绕组变形、绕组匝间短路等）又占了其中大部分。因此，绕组纵绝缘对变压器的安全运行至关重要。

2 变压器发生故障前的事件经过

2.1 故障发生前的运行工况

2011年6月28日8时3分，某220kV主变跳闸，该变压器的基本参数如表1所示。

#2主变发生故障前，220kV系统和35kV系统均为正常运行方式；主变本体其他设备无异常；35kV、10kV穿墙套管、瓷瓶、#2主变35kV小电阻、10kV小电阻、10kV电抗器均无异常。故障时#2主变的负载率为43%，其上层油温为51.91℃。故障当天天气晴朗微风，现场无任何操作。

2.2 事件经过

#2主变故障发生前的事件经过与保护动作情况如下：（1）#2主变轻、重瓦斯动作；（2）#2主变压力释放阀喷油，瓦斯继电器内有气；（3）A屏35kV零序跳3451、A屏35kV零序跳3452、A屏零序跳35kV侧受总、A屏35kV零序跳出口；（4）10kV 4Ⅰ、5Ⅰ母线低周装置TV断线、10kV 4Ⅱ、5Ⅱ母线低周装置TV断线、3451自投动作、3452自投动作、2451自投动作、2452自投动作、2072低电压动作、2073低电压动作。

3 现场试验及解体检查

为判断#2主变的故障类型及受损程度，本文对该主变开展电气试验与油气试验，进行了全面综合测试诊断。

3.1 电气试验

对#2主变分别进行了绝缘电阻、直流电阻和线圈变形的测试和诊断。

（1）直流电阻测试

如表2所示，中压侧A相线圈直流电阻值较B、C两相增大13.8倍。由于中压线圈采用64股并联绕制，可以初步判断中压侧A相线圈存在严重断股。高压及低压侧直流电阻测试数据未见异常，说明高压及低压侧线圈不存在断股及匝间短路情况。

（2）线圈变形测试

线圈变形测试采用短路阻抗和频率响应两种方法分别进行诊断。

a.短路阻抗法

短路阻抗主要反映变压器线圈的电感量变化。采用短路阻抗法分别采用高压对低压、中压对低压两种方式进行测试。高压对低压线圈的短路阻抗三相不平衡率ΔZ%为0.22%，满足规程规定。中压对低压线圈的短路阻抗三相不平衡率ΔZ%为4.58%，远大于规程规定（不大于1.6%）。其中，中压对低压线圈A相短路阻抗比B、C两相增大最为明显。

如表3所示，分析高压对低压、中压对低压两种方式短路阻抗测试数据不难看出，中压侧A相线圈电感量较其他线圈发生明显变化。

b.频率响应法

频响特性主要反映变压器线圈的挪位及凹凸变形。通过频率响应法测试变压器线圈的频响特性曲线未见异常，表明该主变三侧线圈频响特性一致性符合要求，高、中、低压侧线圈无明显挪位及凹凸变形。

（3）绝缘电阻测试

高压对中压、低压及地的绝缘电阻值为10000MΩ，为合格范围。中压对高压、低压及地的絕缘电阻值为100MΩ，数值偏低。低压对高压、中压及地的绝缘电阻值为100MΩ，数值偏低。由此可见，中、低压线圈存在绝缘破损的现象。

通过对电气试验的各项测试数据进行综合分析，初步诊断#2主变中压A相线圈有较严重断股及匝间短路情况，并且，中、低压线圈存在绝缘破损的情况。

3.2 油气试验

#2主变故障后，立即安排绝缘油取样和测试。

在油气色谱数据中，各项指标均大大超过标准值，尤其乙炔、氢含量增长最为剧烈。由此判断变压器内部有强烈弧光放电产生，释放大量气体。

3.3 解体检查

2011年8月7-11日，对#2主变进行了解体检查。检查情况如下：A相中压线圈的底部出线端散开，如图1所示；A相中压线圈底部有20至30匝左右断股、绝缘破损，存在明显电弧放电痕迹，如图2所示。

综上所述，经过对#2主变进行全面综合测试诊断及返厂解体检查，得出初步结论如下：#2主变在运行过程中，中压A相线圈发生匝间短路，并产生弧光放电。在放电电弧作用下，造成中压A相线圈大量断股及绝缘破损。绝缘油和绝缘材料分解释放大量气体，造成变压器内部压力急剧增大，导致重瓦斯保护动作，压力释放阀喷油。

4 故障原因分析

经分析，导致#2主变中压A相线圈内部匝间短路故障的主要原因为线圈制造工艺存在缺陷，如线圈匝间气隙不均匀，绝缘纸有破损等，不排除在制造过程中有铜屑、焊渣等异物残留的可能性。在运行中缺陷部位场强较大，产生局部放电。局部放电的累积效应使放电点周围的绝缘逐渐劣化，最终导致绝缘击穿、匝间短路事故发生。

值得注意的是，该主变在4月2日（事故前），曾安排绝缘油取样，分析数据未见异常。且该主变配备了油色谱在线监测装置，主变故障前未报警。考虑到该主变冷却方式为绝缘油自冷方式，油的循环散热主要靠内部的温差进行。故障前，变压器负荷仅有43%，油温也较低（51.91℃），油的热循环较为滞缓，并且放电点在中压线圈，外部有绝缘隔板及高压线圈，上下部有盖板，使放电点周围的劣化油排出非常缓慢，使油色谱在线监测装置检测灵敏度大大下降。

参考文献：

[1]梁红梅.变压器结构与工艺[M].天津：天津大学出版社，2012.

[2]邢道清，齐大勇，林冬皓.变压器检修与电气试验[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]李德志，等.电力变压器油色谱分析及故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2013.