腐蚀性硫导致变压器故障的案例分析

清远供电局220kV××站＃1主变于2010年6月28日发生跳闸故障，7月5日返回工厂检修。经过器身脱油、干燥处理后，分别于7月16日、21日将A相和B、C相线圈拔出，检修中发现的异常、初步的原因分析以及后续的修复方案如下：

现场故障现象

该变压器于2002年投入运行，在2010年5月底在例行的油样色谱分析中，发现乙炔含量约2ppm，总烃含量为30ppm。安装了油色谱在线监测装置予以跟踪，并将负荷限制在120MVA以下，在随后的20余天里，各色谱组分平稳，无增长趋势。

2010年6月28日下午，在正常运行状态下，轻、重瓦斯及差动保护动作，变压器跳闸。取油样分析，乙炔为60ppm，总烃达210ppm；现场测量绝缘电阻、吸收比，以及绕组频谱分析均显示正常，高、低压压直流电阻与原出厂值一致，但中压A相的直阻比B、C相明显增大，三相不平衡率达43%。初步判断绕制中压A相线圈的换位导线有多股出现了断裂。与清远局协商，决定变压器立即返厂检修。

厂内检修异常描述

变压器返厂后，经过器身脱油等干燥处理后，于7月16日将A相线圈整体拔出。发现在器身上散落有黑色的碳化纸皮，围屏上有熏黑的痕迹；移开端部的压板，将外部的高压主线圈及粗、细调压线圈拔出后，看到中压线圈端部的静电屏的上部已被部分烧蚀，编织铜带已烧断；移开静电屏，看到中压线圈的第一饼上对应的位置已被烧蚀成一个深坑，换位导线已烧断8根，第2饼线圈上也有烧蚀，但未断线。7月21日，将B、C线圈拔出后，发现线圈内散落有大量碳化物，中压线圈的第一饼线的绝缘纸有过热痕迹。

仔细检查烧蚀的静电屏，发现烧蚀位置正是在编织铜带的搭接处，上下两层编织带间的绝缘皱纹纸(4层)已碳化。将编织铜带的绝缘层解开，可发现最里的两层皱纹纸都有金属光泽，编织带因高温过热而变色。

故障原因的初步分析

鉴于上述A相线圈的解体现象，对照产品结构，我们认为这是由于变压器油中硫化亚铜的产生，导致了中压线圈端部静电屏皱纹纸的绝缘强度降低，在长期运行条件下，静电屏的铜编织带搭接处间的电位差使得绝缘层被逐渐击穿，直至静电屏短路。静电屏短路后，由于短路电流很大，熔断了编织带的铜丝，高温融化的铜珠滴落在中压线圈的第一饼线上，立即损坏了换位导线的纸包绝缘，使得换位导线股间短路，继续扩大成同一饼线圈上相邻两组换位导线间的匝间短路。

变压器油中存在腐蚀性硫，和静电屏的搭接区间的早期设计不够合理是是此次故障的主要原因。由于静电屏搭接区内的四层绝缘纸上沉积有大量的硫化亚铜，使得其绝缘强度大大降低，最终导致了静电屏的短路。

根据文献资料介绍，变压器油中硫化亚铜的产生以及对绝缘材料的腐蚀机理，与变压器的运行方式、负荷状况、散热条件、油的的温度，以及铜是否直接与纤维材料(纸)接触有关，特别是油的温度对硫化亚铜的产生，影响尤为明显。该变压器自2002年投运以来，与同一电站的另外一台180MVA变压器并联运行，中压侧连接的水电厂通过变压器向220kV电网送电。在每年的5-7月丰水期间，中压侧经常处于重负荷运行状态，使得变压器的运行油温较高，加速了硫化亚铜的生成。在查看A相高压线圈端部时，也发现上部第一饼线的最里层绝缘纸上有金属光泽，说明该变压器油的硫腐蚀作用很明显。

修复方案及预防处理措施

针对故障的原因分析，首先会改进静电屏的设计，如在搭接区间会增加两层0.2mm厚的高强度Nomex纸，由于Nomex纸有很好的绝缘强度和机械强度，它不会在外力作用下发生击穿；增加静电屏与第一饼线圈间的油道，由4mm加至6mm，改善其散热条件。基于上述原则，更换全台变压器的所有高、中压静电屏。

根据吊检后线圈的受污染程度，保证变压器的正常出厂，更换三相全部线圈，以及相关的绝缘件。

更换原用的Nynas油，为克拉玛依25号油，以降低油中硫腐蚀的风险。

附：检修过程中的部分照片 （6张）

中压A相静电屏被烧蚀 中压A相线圈的第一饼熔断

解体中压A相静电屏中压A相静电屏绝缘纸表面已变色

高压A相静电屏绝缘纸表面变色高压A相线圈内层绝缘纸变色

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。