刘金亮

0 引言

随着电气化铁路的发展，防火和环保的要求越来越高，土地价格的高涨又使变电所设计人员更加关注占地面积小、安全系数高的组合电气设备。干式变压器以其独特的防火性能，在新建和改建的小容量组合变电站中列为首选，其应用越来越广泛，尤其在对防火要求高的地方更适宜使用干式变压器。干式变压器与油浸式变压器相比，具有防火性能好，免维护，无污染，抗短路能力强，耐热能力高，安装方便等一系列优点。但干式变压器的价格比油浸式变压器高，出现故障后不易修复也是不容忽视的缺点。在朔黄铁路肃宁分公司管内就曾经发生2起干式变压器损坏的故障，笔者希望通过对这2起干式变压器损坏实例的分析，为干式变压器生产厂家提供一点现场运行资料并能和相关人员进行交流。

1 事故及分析

1.1 第1起事故

1.1.1 事故起因过程

2008年5月2日10时16分，黄骅南变电所2#所用变压器（下文简称所用变）所供交流盘突然断电，经巡视发现，2#所用变C相高压绕组的绝缘体开裂，内部流出黑色胶质状物体，经试验检测发现，高压A相绕组直流电阻值由原来的40.20 Ω变为34.18 Ω，其余绕组状态良好，初步分析认为该变压器的损坏系该绕组内部匝间短路引起。

1.1.2 事故分析

该变压器的损坏，由于当时没有留存图片，只能采用文字描述。该变压器损坏时并没有出现绝缘物质喷射现象，这说明该故障的出现经历了长时间的累积过程，损坏后测试低压绕组的直流电阻与出厂试验数据一致，一直在12 mΩ，绝缘良好。低压空气开关容量选择满足过负荷跳闸要求，说明该故障与低压回路无关。高压绕组的损坏与绕组匝间绝缘不良导致局部介质损耗增大，随着时间的推移，运行当中过电压的冲击，其绝缘会进一步下降，直到其局部绝缘电阻值小至能够引起局部温度比周围温度高的时刻，便是恶性循环的开始，发热使绝缘进一步下降，最终使温度升高到超过135℃甚至更高时环氧树脂开始熔化膨胀，由于绝缘厚度的存在，内外温度不一样，致使内外膨胀系数出现了严重的不一致，内部压力逐渐增高，导致外部不堪重负而开裂，绕组直接与空气接触，绝缘瞬间下降造成短路，高压保险熔断，故障结果产生。

1.2 第2起事故

1.2.1 事故起因过程

2010年6月2日8时18分，黄骅港配电所2#所用变在一声沉闷的爆裂声中损坏，经检查发现，开关柜的柜门因气浪冲击导致变形扭曲，观察窗玻璃破裂，C相绕组绝缘体严重破裂，高压侧两相6.3 A高压保险熔断，低压绕组经测量发现，绕组直流电阻由原来的12 mΩ变为6 mΩ，黑色胶质状物体喷射至柜体的多个部位，空间弥漫着难闻的绝缘臭味。经分析，该起故障的原因是因为低压引出线短路故障所致。

1.2.2 事故分析

发生故障的干式变压器为2002年10月20日投入使用，运行环境与2008年损坏的变压器运行在同一个电网当中，类似的还有3台SG8-50/10型干式变压器分别使用在其他配电所。设计安装在10 kV高压开关柜的最下层间隔内，处于密闭状态，接线组别为 Dyn1，其主要功能是为配电所提供自用电，平时运行负荷很小，不足容量的10%，故障后内部有液体状物体喷射在柜体周围，保险两相熔断。图1（均为2010年6月2日拍摄）是损坏的10 kV所用变侧面图，经分析认为造成故障的原因是变压器的设计制造工艺不合理所致。

图1 损坏的10 kV所用变侧面图

从图1中烧毁的地方可以看到，内部绕组的颜色已由原来的黄褐色漆包线变成了铁青色，说明在变压器爆裂烧毁之前内部产生了高温。其原因是内部发生了匝间短路，壳体的损坏是由于内部靠近绕组的部分熔化后体积变大而内部压力超过外部构成容器壁的耐受能力所致。从工艺上看，该变压器的制造工艺比较粗糙，低压引出线缠绕的是普通的防水胶带，而且间距很小，火线和零线几乎密贴在一起，由于已经烧毁不能做十分深入的分析，但低压绕组的直流电阻值变小，由原来的 12 mΩ变为6 mΩ，可以说明当时的变压器低压侧存在短路现象，由于低压侧引出线绝缘不良造成短路，然后高压绕组处于过负荷运行状态，最终导致变压器因过热烧毁。另外，该变压器高压保险容量选择不合适是事故范围扩大的另一原因。设计采用6.3 A熔断器作为保护，该变压器的额定电流为2.88 A，作为短路保护和躲过送电时的励磁涌流，6.3 A的选择是没有问题的，但出现过负荷时就起不到保护作用，这也就是造成高压绕组损坏的第3个原因。

2 对策

2.1 增加必要的保护

干式变压器以其独特的结构和免维护运行特点受到了绝大多数人的欢迎，但是致命的缺陷就是过载能力较差，容量偏小，制造工艺复杂，绝缘材料膨胀系数较小，高寒地区不宜使用。干式变压器一旦出现故障，故障线包只能报废，绝缘材料不能重复利用，因此，干式变压器必须在出现问题之前进行预防才能有效的防止事故的扩大。因干式变压器损坏的真正原因多是绝缘损坏导致绕组烧毁，所有的变压器损坏都与绕组温度过高有关，即使是油浸式也是如此。如果能够监视变压器的负荷状况，防止过负荷，并纳入报警回路，发生故障的几率则会大大下降。

2.2 加强温度的实时监测并使用通风散热装置

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。容量较小的变压器因其造价较低，可能会在这方面的投资较小，甚至不设温度监测，这都给变压器的安全运行构成威胁，贴示温蜡片不失为一选择，但是需要运行人员的精心观察。因上述2台变压器的损坏都在绕组的中上部，许多厂家的温度传感器都装在绕组的顶部，并不能准确反映变压器的器身整体状况，最好是利用红外线测温装置进行报警，可以对变压器的过热点及时反应。这2台烧毁的变压器不属于环境过热，高压室有制冷设备，当时的环境温度也只有22 ℃，因此属于变压器内部故障，但是局部过热是存在的。如果有温度监测设备，能够监测局部过热，及时增加通风散热，及时提醒运行人员发现故障的存在，故障或许可以避免。

2.3 建议加大绕组间绝缘间隙

干式变压器在试验中，主要是测试绕组的直流电阻、绝缘和工频耐压、局部放电等指标，现场做局部放电几乎不具备条件，尤其是电气化铁路，干扰严重。工频耐压属于破坏性试验，一般运行中不建议对干式变压器实施该项目，而绝缘电压的试验发现，即使变压器烧毁了，在进行绝缘检测时，仍然是完好的，不能准确反映绕组内部的绝缘状况，因为一般都是在绕组对地和高低压绕组之间做绝缘试验，不能反映匝间的情况。局部放电是最好的检测手段，直流电阻试验因其试验结果一旦出现异常，变压器基本处于损坏的边缘状态，且一般的低压绕组只有十几个毫欧，高压绕组对于50 kV·A的变压器一般在40 Ω左右，即使有一匝的绝缘不良，也未必能准确的反应出来。所以建议生产厂家在绕制绕组时应该给绕组的匝间留有足够的绝缘间隙，这样虽然会使变压器的体积有所增加，但是损坏的几率可能为零。实际运行发现，体积较大的干式变压器运行时间比体积较小的变压器时间长，在朔黄铁路肃宁分公司管内的19台干式变压器（分属4个厂家）中，只有体积小的损坏，建议加大干式变压器的几何尺寸，这样，不仅绝缘水平可以提高，而且散热效果也会大大改善。

3 结束语

上述2起变压器故障，1起为高压绕组本身故障，另1起为低压绕组引出线故障引起的高压绕组损坏。尤其是第2起故障，变压器本体的低压侧绕组引出线发生短路故障导致高压绕组过载发热而损坏，设备在运行中因其处于密闭的狭小的空间内导致热量不易散发，加速了防水绝缘胶带的老化龟裂最终导致短路。而设备在制造过程中过分考虑空间的适应性而忽略了其应有的绝缘几何尺寸，最终导致变压器的寿命缩短，在故障中被淘汰。在故障发生后，肃宁分公司将开关柜的观察窗改为通风孔，变压器在最热时，60℃的试温蜡片不再变色，铁心温度也在 70℃以下，同时对低压引出线进行绝缘加固，截止目前，变压器运行状况良好。可见，干式变压器安装在散热、通风良好，空间较大的间隔内是可以避免故障再次发生的。

另外，干式变压器的故障由于没有可重复性，所以，笔者的分析不一定正确，望同行批评指正。