电力变压器绕组变形故障的实例分析与判断

1、故障概况

2014年8月，某220kV变电站在暴风雨过程中发生110kV、35kV多条线路跳闸，并发生35kV侧出口短路，造成变压器差动保护动作，重瓦斯跳闸，轻瓦斯发出信号。变压器型号为：SSZ10-180000/220联结组别为：YNyn0d11。

2、基本检查及试验

(1) 进行二次回路检查，校验二次回路有无缺陷造成误动。

(2) 对变压器油样、气样进行色谱分析。

(3) 进行电气试验常规检查，主要选择绕组变形及绕组直流电阻测试。

(4) 对瓦斯继电器进行校验，检查其动作是否可靠。

3、故障判断

经检查发现二次回路及气体继电器正常，试验数据分析如下：

3.1 色谱数据分析

事故发生后，试验人员采集了瓦斯气体和油样进行了色谱分析，数据如下：

故障前：2014年6月7日

样品名称	H2	CO	CO2	CH4	C2H4	C2H6	C2H2	总烃	备注
本体油样	4.3	1000	2500	2.5	0.47	1.1	0	4.3	底部

故障后2小时：2014年8月7日11时

样品名称	H2	CO	CO2	CH4	C2H4	C2H6	C2H2	总烃	备注
本体油样	4.0	1130	3000	5.3	2.4	0.99	4.4	13	上部
本体油样	10	1140	3000	7.2	4.7	1.2	8.7	22	中部
本体油样	18	1200	3300	14.4	10.8	1.8	16.2	43	底部
瓦斯气体	﹥3000	﹥12000	3500	﹥7700	705	21	2825	-	气样

有数据分析可知：

(1) 故障类型为电弧放电。本体油样色谱分析数据与上次试验数据相比有明显增大，并且远远超过规程规定的注意值。运用三比值法进行分析：C₂H₂/C₂H₄=1.5；CH₄/H₂=0.8；C₂H₄/C₂H₆=3.85上述比值范围编码为（1、0、2），可判断故障性质为“电弧放电”。

(2) 突发性故障。运用平衡判据公式计算：qi=CIlKI/CiK（1）。CIl-在平衡条件下，油中溶解气体组分的浓度μL/L；CiK-在平衡条件下，气体继电器中组分的浓度μL/L。KI-组分i的奥斯特瓦尔德系数。

气体	H2	CO	CO2	CH4	C2H4	C2H6	C2H2
qi	83	1.2	229.9	1.145	110.97	28	205.26

根据平衡判据计算公式计算出的H₂和烃类气体qi值远大于2.0，说明此变压器存在突发性故障。

(3) 是否涉及纸绝缘。运用特征气体法判断，从一氧化碳和二氧化碳数据分析，CO₂/CO＜3，怀疑故障涉及固体绝缘。但与上次测定值比较，CO、CO₂含量增量并不明显，可判断放电时线圈绝缘纸未受损伤或受损伤面积很小，或是放电发生在有油中裸金属部位，因此判定线圈未烧断。

(4) 根据故障后变压器本体不同位置的油样分析可以看出，故障2小时变压器本体底部气体浓度最大，因此，基本可以判定故障发生在变压器本体下半部分。

3.2 绕组变形测试

3.2.1 频响法测试波形

本台变压器没有绕组变形的初始数据对比，因此对其三相绕组幅频响应特性进行了横向比较，发现中、高压侧绕组波形正常，低压侧曲线LVbc与曲线Lvab、LVca两相的波峰和波谷的频率分布位置以及分布数量均存在差异。而同一制造厂在同一时期制造的同型号变压器的三相绕组的幅频响应特性一致性却较好，故可判定变压器在遭受突发性短路电流冲击后绕组发生变形。

由于原始幅频响应曲线未知，仅从此次试验曲线判断，可能是曲线LVbc幅频响应特性发生变化，也可能曲线Lvab、Lvca幅频响应特性同时发生变化，即可能是c相绕组变形，也可能是a、b两相同时变形。从相关系数也可看出，曲线2即LVbc与1、3两条曲线的相关性较差，分别为0.713和0.943，而1、3两条曲线的相关性较好为1.201。至于绕组变形程度，根据其相关系数，符合DL/T 911-2004给出的明显变形判断标准：1.0＞RLF≥0.6或RMF＜0.6。

因此基本判定低压侧c相绕组变形或者是a、b两相同时变形，其变形程度为明显变形。

1：LVab01.twd：环境温度30.0℃，变压器油温30.0℃，低压绕组ab相，诊断性试验，2014年08月07日22时45分测量；

2：LVbc01.twd：环境温度30.0℃，变压器油温30.0℃，低压绕组bc相，诊断性试验，2014年08月07日22时46分测量；

3：LVca01.twd：环境温度30.0℃，变压器油温30.0℃，低压绕组ca相，诊断性试验，2014年08月07日22时48分测量。

相关系数	低频段 (1-100kHz)	中频段 (100-600kHz)	高频段 (600-1000kHz)	全频段 (1-1000kHz)
R21	0.713	0.256	0.229	0.339
R31	1.201	1.054	1.621	1.200
R32	0.943	0.326	0.338	0.414

3.3 绕组连同套管的直流电阻数据分析

试验日期	Rab	Rbc	Rca	δ(%)
故障前	23.42	23.37	23.45	0.34
故障后	23.80	23.52	23.80	1.13
增幅	+1.6%	+0.6%	+1.5%	+247%

试验日期	Ra	Rb	Rc	δ(%)
故障前	35.23	35.14	34.99	0.68
故障后	35.84	35.00	35.84	2.36
增幅	+1.73%	+0.4%	+2.4%	+247%

由以上试验数据可以看出，变压器低压侧绕组连同套管的直流相电阻不平衡系数为：2.36%，超过了规程规定的注意值2%，与上次试验数据纵向比较，C相变化最大，其增幅也达+2.4%，说明该相绕组在变形的基础上，还可能存在匝间或层间短路故障，但数量并不多。

4、解体验证

变压器返厂后进行了解体检查，解体后发现该变压器低压绕组C相明显变形，在其下半部分有明显放电痕迹，少量绝缘层破损，导线外漏，打开绑扎带，发现有2匝线圈发生匝间短路，解除绕组后还发现铁芯有一处放电痕迹。

5、总结

综合以上几种试验数据的分析来看，变压器油及瓦斯继电器内气体色谱成分分析为有效和灵敏，可以准确判断出故障性质，即过热故障、电弧放电故障、火花放电故障及局部放电故障。

根据平衡判据可以判断是否为突发性故障。并且根据变压器本体不同部位的气体含量，可以判断出故障大体发生的位置。

频响法测试绕组变形曲线是发现绕组变形直接也直观的方法，如果有原始曲线，通过对比就可以判断故障相绕组的变形程度；如果没有原始曲线，根据其高、中、低各频段的相关系数，也可以判断其绕组变形的程度。

但有时不能准确判断是一相发生变形还是另外两项相同时发生变形，此时可结合直流电阻的测试数据，来准确判断故障发生的具体相别。

这几种方法在发现变压器绕组变形故障时，可以相型及准确位置，为准确检修提供依据。