浅谈电力变压器短路故障快速诊断方法

浅谈电力变压器短路故障快速诊断方法

赵明1    朱钰2

(1.河南省电力公司开封供电公司 河南省开封市475000；2.河南省开封市第十中学 河南省开封市 475000)

[摘要]：电力变压器作为电力系统重要的电气设备，承担着电能运输的桥梁作用，当变压器出现故障时，准确、快速的诊断分析出故障原因、位置等对于快速处理故障，恢复送电，提高供电可靠强具有重要的意义。本文着重介绍快速、合理的变压器故障诊断步骤。

[关键词]：变压器 短路故障 快速诊断 诊断步骤 

概述：电力变压器承担着电力系统中电压变换的重任，它是电能分配和传输电力系统中最关键的设备之一。因此，变压器的正常运行是电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，因此必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可能完全避免，且引发故障和事故又出于众多方面的原因，而这其中变压器短路故障占据相当大的比重。今天我们就来研究一下电力变压器短路故障快速诊断分析方法。

    一、变压器短路故障

    变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的故障。

    变压器正常运行中由于受出口短路故障的影响，遭受损坏的情况较为严重。据有关资料统计，近年来，一些地区110kV及以上电压等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故，与前几年统计相比呈大幅度上升的趋势。这类故障的案例很多，特别是变压器低压出口短路时形成的故障一般要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此，尤应引起足够的重视。

    出口短路对变压器的影响，主要包括以下两个方面。

    1、短路电流引起绝缘过热故障

    变压器突发短路时，其高、低压绕组可能同时通过为额定值数十倍的短路电流，它将产生很大的热量，使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差，会使变压器绝缘材料严重受损，而形成变压器击穿及损毁事故。

    2、短路电动力引起绕组变形故障

    变压器受短路冲击时，如果短路电流小，继电保护正确动作，绕组变形将是轻微的；如果短路电流大，继电保护延时动作甚至拒动，变形将会很严重，甚至造成绕组损坏。对于轻微的变形，如果不及时检修，恢复垫块位置，紧固绕组的压钉及铁轭的拉板、拉杆、加强引线的夹紧力，在多次短路冲击后，由于累积效应也会使变压器损坏。因此诊断绕组变形程度、制订合理的检修策略是提高变压器抗短路能力的一项重要措施。

    二、  变压器故障诊断的步骤

    变压器故障诊断应综合各种有效的检测手段和方法，对得到的各种检测结果要进行综合分析和评判。因为不可能具有一种包罗万象的检测方法，也不可能存在一种面面俱到的检测仪器，只有通过各种有效的途径和利用各种有效的技术手段，包括电气检测、化学检测、甚至超声波检测、红外成像检测等等，各项测试应该进行相互补充、验证和综合分析判断，才能快速准确的确定故障类型、位置，为检修争取时间，提高故障诊断效果。

    为了更快速、准确地判断变压器故障原因，根据Q/GDW168-2008输变电设备状态检修试验规程规定的试验项目及试验顺序，结合以往变压器故障诊断经验，搜集国内外相关资料，总结出以下几条变压器故障诊断的步骤：

   （1）变压器发生故障后，在到达现场之前与变电站运行人员联系，初步了解故障现场情况，掌握故障前后的保护信息，初步判断故障的类型。

   （2）到现场取变压器油样，进行油色谱分析试验，在注重油中各种特种气体含量的同时，注意观察各种特种气体的产气速率，当某种气体短期内迅速增加时要特别注意。

   （3）当认为设备内部存在故障时，可用三比值法进行分析，对故障的类型进行初步判断。

   （4）在气体继电器内出现气体时，应将继电器内气样进行分析，分析结果按平衡判据，与油中取出气体的分析结果作比较。

   （5）现场根据初步判断的故障情况，进行具有针对性的变压器检查性试验。

根据上述结果，分析判断变压器的故障类型、故障位置，并结合该设备的结构、运行情况、检修记录等情况，按照状态检修要求，对变压器进行状态评价，根据变压器状态检修导则进行评分，根据评价的结果对设备制定不同的检修策论，包括进行A类检修、B类检修、C类检修、D类检修。通过合理安排检修、落实针对性措施，快速处理设备故障，避免设备损坏事故的发生，确保设备安全运行。

    三、变压器短路故障典型案例

　  (1)案例。某220kV变电站1#主变120MVA、220kV变压器(SFPSZ9-120000)发生短路事故，差动保护、重瓦斯保护动作，返厂吊罩检查，发现C相低压绕组有一匝一层匝间短路。

    事故发生的当天有大风。事故发生前，大风将防护小动物的隔离罩刮到35kV低压母线桥B、C两相之间，造成B、C两相短路。主变差动保护、重瓦斯保护动作，跳开主变压器三侧开关。

    (2)故障诊断过程。

    为快速分析、查明故障的部位及性质，试验人员在接到通知后，第一时间联系变电站的运行值班人员，了解当时的现场情况、运行状态、后台故障信息、保护信息等情况，根据运行情况、故障保护信息，初步判断变压器应该为出口短路故障，在迅速组织人员取油样进行色谱分析的同时，组织人员准备高压试验设备，在现场对变压器进行绕组直流电阻、变压比、铁芯及绕组绝缘电阻等测量试验。油色谱分析、高压试验结果为变压器有种特种气体含量异常、低压绕组三相直流电阻不平衡和高压对低压、重压对低压电压比超标。

1）对油色谱结果的分析

变压器故障前后油气相色谱分析结果如表7

试验日期	CH4	C2H4	C2H6	C2H2	H2	CO	CO2	总烃
（故障前）	12.87	0.67	1.11	0.16	4.38	207.61	481.06	14.81
（故障后）	25.54	6.16	2.17	8.47	30.47	337.75	529.24	42.36

   表7  变压器油气相色谱分析结果（单位：uL/L）

从表7中可以看出，故障后特征气体C2H2达到8.47，超过《输变电设备状态检修试验规程》规定的5 uL/L注意值的数值，应用三比值法进行判断分析，其三比值为“1，0，1”，判定该变压器内部发生低能量的电弧放电故障，该故障可能是变压器匝间短路，且短路面积不大。

2）对绕组直流电阻和电压比的分析

现场首先测量变压器高、中、低压绕组运行档位的三相直流电阻和电压比，其测量结果如表8、表9。

表8   变压器绕组直流电阻测试数据

高压侧(5档运行档)	AO: 0.6247	BO: 0.6250	CO: 0.6257	误差：0.16%
中压侧(1档)	AO: 0.1150	BO: 0.1146	CO: 0.1150	误差：0.35%
低压侧	ab：0.03800	bc：0.037	ca：0.03765	误差：0.945%

表9   变压器绕组电压比测试数据

高压 / 低压(5档运行档)	K标：6.2727	AB/ab：0.12	BC/bc：>10.0	CA/ca：>10.0
中压 / 低压(1档)	K标：3.1429	AB/ab：0.12	BC/bc：4.72	CA/ca：4.71
高压/中压	K标：1.9008	AB/AmBm：-0.48	BC/BmCm：-0.20	CA/CmAm：-0.26

    比较表8与表9中的数据可以发现，高压侧与中压侧直流电阻数据正常，而低压侧不平衡系数虽然没有超过《输变电设备状态检修试验规程》规定的“相间互差不大于 2%”的标准，但ab与其他两相误差较大。而电压比测试高压对中压测量数据合格，则判断故障可能出现在低压侧，高压对低压AB/ab、中压对低压AB/AmBm数据合格，而高压对低压BC/bc、CA/ac; 中压对低压BC/BmCm、CA/CmAm数据远远超出《输变电设备状态检修试验规程》规定的“初值差不超过±0.5%（额定分接位置）；±1.0%（其它）”的标准。随后测试所有分解存在同样情况。因此初步判断低压侧C相可能有匝间短路的情况，从低压直流电阻测量结果来看，匝间短路的面积不大。变压器只能返厂检查和修复。

变压器返厂后，进行吊罩检查，再次测量低压单相直流电阻侧的结果为ax:0.005618Ω;by:0.005626Ω;cz:0.005575Ω，cz明显比ax和by小，因此进一步证明低压侧C相可能有匝间短路的情况。拆除绕组后检查发现低压绕组C相有匝间短路，面积为一匝一层。返厂修复后，出场试验合格。

    四、结束语

    电力变压器作为电力系统重要的电气设备，承担着电能运输的桥梁作用，当变压器出现故障时，准确、快速的诊断分析出故障原因、位置等对于快速处理故障，恢复送电，提高供电可靠强具有重要的意义。快速、合理的变压器故障诊断步骤，准确的故障诊断方法可以快速的诊断出变压器的故障情况，减少了诊断分析时间，提高了效率，为变压器检修、恢复供电争取了时间，有效地提高了电网的供电可靠性。

参考文献

[1] 王梦云, 110kV及以上变压器事故与缺陷统计分析[J] 供用电, 2007. 24(1)

    [2]国家电网公司生产技术部 设备状态检修规章制度和技术标准汇编[J]北京：中国电力出版社，2010

 [3]陈化钢 ,电气设备预防性试验方法[J]水利电力出版社，1996