浅谈变压器故障试验

摘要：本文作者结合自己多年的实际工作经验，以某110kV变压器出口短路故障为例，通过对变压器的电气试验和色谱分析找出故障的原因，保证了电力系统的正常运行。

关键词：110kV；变压器；故障；试验

中图分类号：U472.42 文献标识码：A 文章编号：

变压器作为变电系统中升降电压的重要设备，其能否正常工作将直接决定这个电力系统的能否稳定运行。变压器出口短路后，应当进行一系列的试验工作（电气试验和油中溶解气体的色谱分析等试验），以判断变压器有无绝缘损坏、绕组变形等问题，最终给出变压器是否可以继续运行的结论。

1故障概要

某110kV变电站电抗器发生放电故障，导致电容器室起火。事故发生时，两台主变分列运行，1号主变受到8次短路冲击后，重瓦斯保护和轻瓦斯信号动作，两侧断路器跳闸；2号主变由调度远方操作退出运行。两小时后，2号主变恢复送电，试验班按照出口短路试验的要求对1号主变进行了试验分析。

1号主变基本参数为：

型式：SFZ10-63000/110

额定电压：（110±8×1.25%）kV/10.5kV

接线组别：YNd11

2电气试验分析

2.1绝缘试验

绝缘试验主要进行了绕组连同套管的绝缘电阻测试和铁心的绝缘电阻测试，从测试结果中可以看出，低压绕组对高压绕组、铁心及外壳的绝缘电阻为零，而高压绕组和铁心的对地绝缘是正常的。由此可见，低压绕组和铁心间的绝缘已被击穿。值得注意的是，铁心是绕组绝缘测试中容易被忽略的环节。如果在绕组绝缘测试中铁心接地已拆开，绕组和铁心间的绝缘状况将无法获得。

2.2绕组连同套管的直流电阻测试

变压器发生出口短路故障后，短路电流可能引起变压器绕组及引线上的薄弱环节（内部导线的焊接位置、引线与绕组的焊接位置、分接开关的触头及引线接头等）发热，导致薄弱环节的烧损甚至烧断。这种情况将引起绕组连同套管直流电阻值的增大和三相不平衡。而绕组出现金属性匝间短路后，直流电阻会减小。通过对比相关数值，上次试验值和本次试验值均为换算至75℃后的值，低压绕组试验值已由线电阻换算至相电阻。

通过测试结果可以看出，高压绕组直流电阻互差达到了1.66%，已经接近2%的警示值，应给予注意。初值差明显过大，可能与温度测量误差有关。试验时，绕组的温度无法直接测得，而只能以变压器上层油温代替，由于停电时间、外部环境等因素，上层油温与绕组温度并不能形成固定的对应关系。

通过测试结果可以看出，低压绕组直流电阻并没有明显的变化，互差反而比上次试验互差小。但这并不能说明绕组没有发生匝间短路。变压器绕组直流电阻测试时，测试点间的试验电压U一般为零点几伏至几伏，相邻两匝间电压约为U/N；而匝间短路后，绕组绝缘在电和热的作用下产生的固体物质附着在绕组上，这对于过小的匝间电压仍然是绝缘的。因此，绕组直流电阻测试无法反映匝间非金属性短路。

2.3短路阻抗试验

变压器安装完成后，其特征参数电容、电感基本保持不变。当遭受巨大的外力如地震、出口短路等，整体绕组或局部绕组会出现不同程度的位移，而引起特征参数的改变。因此，可以通过检测变压器的特征参数，根据特征参数的相对变化和三相不对称程度作为判断绕组有无变形的依据。现场用低电压测试短路电抗(包括短路阻抗和漏电感等参数)以判断变压器绕组有无变形已有多年，多次检出了动稳定状态劣化的大中型电力变压器，并经器身检查得到验证和处理，避免了变压器短路损坏事故，积累了相当多的经验，并形成了国家行业标准。

2.4绕组变形试验

在较高频率的电压作用下，变压器的每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感(互感)、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数描述。如果绕组发生变形，绕组内部的分布参数必然发生改变，导致其等效网络传递函数的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。用频率响应分析法检测变压器绕组变形，是通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，并对检测结果进行纵向或横向比较，根据幅频响应特性的差异，判断变压器可能发生的绕组变形。

通过高压绕组频率响应特性曲线比较可以看出，在低频段（1kHz～100kHz）和中频段（100kHz～600kHz）均出现了明显的三相不一致，变压器可能发生了明显的变形。从相关系数看（见表5），在低频段和中频段均出现了相关系数小于0.6的情况，已属于严重变形。该变压器在2004年的试验中，绕组无明显变形，但试验所用仪器为同厂家不同代设备，测量曲线差距较大，不具有可比性，无法进行纵向比较，本文中不再列出。根据横向比较和相关系数值，考虑到变压器发生了严重的出口短路，高压绕组可能发生了严重变形。

通过低压绕组频率响应特性曲线比较可以看出，在中频段和高频段（600kHz～1000kHz）出现了较为明显的三相不一致，低频段也有三相不一致，但不明显，变压器可能发生了绕组变形。从相关系数看，中频段和高频段均出现了相关系数小于0.6的情况，已属于明显变形。综上所述，考虑到变压器发生了严重的出口短路，低压绕组可能发生了明显变形。

3油中溶解气体的气相色谱分析

变压器内部出现故障时，主要原因是绝缘油和固体绝缘材料中的热性故障（电流效应）和电性故障（电压效应），油中的CO2、CO、H2和低分子的烃类会显著地增加。通过分析油中溶解的这些气体，经过正确判断就能及早确定变压器的内部故障。从色谱分析结果可以看出，CO、CO2含量并无明显的规律可循。H2、C2H2和总烃的含量比历次试验值明显增大，并远超某企业标准所规定的注意值。大量C2H2的存在，说明变压器内部存在电性故障；而C2H4和总烃含量的大幅度增加，则表明变压器内部存在热性故障。三比值法对应编码为102，说明变压器内部存在高能量放电。

4综合分析

综上所述，可以做出如下推理和结论。变压器由于多次受到低压侧的短路冲击，造成低压绕组短时间内产生大量热量，无法及时散出，绕组温度急剧升高，绕组机械强度下降，在短路电动力作用下，低压绕组辐向收缩，轴向伸展。低压绕组变形后，造成绕组匝间、绕组与铁心间绝缘距离改变，直至局部放电和绝缘击穿，导致绕组匝间短路、低压绕组与铁心间绝缘损坏。低压a相和b相绕组变形、与铁心间绝缘损坏的情况更为严重，b相匝间短路情况更为严重。同时，高压绕组在短路电流的作用下，也发生了严重的变形。变压器已无法继续运行。

事故发生后，1号主变返厂进行了拆解。拆解后发现，低压绕组与铁心间有明显的放电痕迹，绝缘击穿。低压绕组a、b两相明显移位，已经紧贴铁心，b相部分绕组导体与铁心直接接触形成匝间短路，c相亦有较明显的移位，但未与铁心接触。高压绕组有明显变形。

5结束语

变压器出口短路后的试验分析是必要的。一般情况下，变压器有一定的承受短路的能力。但当变压器本身存在薄弱环节或缺陷，短路电流又较大时，容易发生绝缘损坏和绕组变形。变压器出口短路发生后，应合理选择试验项目，以发现变压器故障位置。发现变压器故障后，应尽量通过试验和分析查找出故障的具体类型和位置，为变压器维修提供全面的信息。历次试验数据对于变压器出口短路后的试验分析具有很大的参考价值，应重视交接和状态检修例行试验，并保存好试验数据。