孙静达

（黑龙江省大庆市供电公司电力设备修试中心，黑龙江 大庆 163000）

0 引 言

变压器匝间短路会导致变压器绕组损坏，更换部分绕组甚至全部绕组的故障时有发生，主变停运会影响油田产能，造成十分严重的后果和损失。因此，当变压器受到外部短路冲击后，是否发生绕组匝间短路故障，最有效的检测手段是测量变压器绕组变比、绕组直流电阻、绕组变形测试及绝缘油色谱分析。需要结合现场实际情况，有针对性地进行上述试验，判断变压器故障情况并及时制定下一步检修计划及整改措施，最大程度地减少对电网造成的损失。

1 变压器故障情况

喇七变1号主变型号S7-6300/38.5，是原电修总厂1999年由原来的SL1型高耗能主变压器进行节能降耗改造的型号。按照2004年的规程要求，新品变压器运行5年后进行一次计划性大修。2017年9月15日对该主变进行第二次计划性大修。大修前，变压器处于运行状态。检前按照规程要求对1号主变进行预防性试验，在绕组变形试验测试过程中出现异常状况，三相阻抗分别为Zka:14.698，Zkb:18.750，Zkc：18.763，A相明显偏低。其余高压试验和油质化验分析均在合格范围内。主变吊芯后检查绕组发现A相高压绕组总段数70段，从下数第17段与18段间有较多铜渣堆积（图1）。通过段间油道观察最里层线匝有明显的纸包扁铜线纸绝缘翘起现象。基于故障情况对变压器进行变比试验，三相均在合格范围内。同时追溯从2006-2017年油色谱数据全部合格，均无异常。

图1 段间铜渣及拆包后散落在下绝缘端圈上的铜渣

发现故障后，返厂将连接组引线断开，剥离了段间部分铜渣。对A相、C相绕组分别进行单相绕组匝数测试，对比各分接档位试验数据，发现高压绕组A相较C相少1匝。变压器空载试验数据显示，空载损耗、空载电流数据与出厂数据比对，无明显变化。复测绕组变形试验，数据与大修检前发生明显变化，由不合格变为合格。

拆除变压器铁芯上轭铁，将A相高压绕组吊起，可见高、低压绕组间对应线匝烧灼点位置的绝缘纸板上有明显烧灼痕迹（图2）。从绕组线圈下侧向上观察，可见绕组下数第17段最内侧线匝有明显的烧伤痕迹，仔细观察可见有2匝线圈被烧断（图3）。

图2 高低压绕组间绝缘纸板烧灼痕迹

图3 绕组烧损

2 绕组烧损情况及原因分析

2.1 喇七变1号主变绕组烧损情况分析

A相高压绕组拔包后发现下数第17段最里层有2匝线圈被烧断，但由于烧断的位置紧贴高、低压线圈间绝缘纸筒，空间狭小，绕组线匝烧熔后的铜渣又将烧断的2匝线圈一端和另一匝线断开处熔焊在一起，绕组保持电路连通，没有完全断开的1匝线圈形成悬浮电位，并且没有形成短路环（图4）。因此，在测量单相绕组匝数时，A相线圈较C相线圈少1匝。

图4 烧断2匝线圈后铜渣跨接

从2006-2017年油色谱数据全部合格进行分析，初步猜测绕组匝间短路发生烧损故障可能发生在2004年吊芯大修以前，经过2004年大修滤油、换油处理后，特征气体已不存在。同时该主变的绕组短路后由于空间狭小，烧熔的铜渣将断开的线匝两段重新连接，构成通路且没有形成短路环，仅仅减少了1匝线圈。因此，能带缺陷运行至今。如果变压器带着严重缺陷继续运行，随时可能引发烧损停电事故，必须彻底更换已损坏的绕组。

通过大修吊芯前和剥离段间部分铜渣后绕组变形试验数据变化可见，绕组变形测试对变压器匝间短路故障具有高度敏感性，可作为变压器发生绕组匝间短路变形的判据之一。

2.2 匝间短路故障原因分析

绝大多数变压器是在外部短路冲击、雷电过电压冲击后，导致绕组损坏的，并结合多年来的检修维护经验，分析变压器短路损坏的原因主要如下。

第一，外部短路（出口短路）故障，变压器绕组受短路电动力作用自身失稳变形，引起绕组匝间绝缘破损，进而使短路故障扩大直至整台变压器短路烧毁。通常表现为低压绕组的内绕组线段向铁心方向出现辐向严重的凸凹变形。第二，继电保护延时动作或拒动等原因短路持续时间长，巨大的短路电流会产生大量热，使变压器绝缘过热击穿，导致匝间短路，使变压器绕组损坏[1]。第三，变压器制造时，绕组压紧结构不良、撑条数量不足、工艺不佳，自身动稳定性差，当出口短路或投运时经受全压空载冲击进而损坏。第四，变压器受雷电短路冲击导致绕组变形。第五，变压器绕组引线固定失稳，固定支点不足、支架不牢、引线焊接不良以及变压器短路，也会导致变压器损坏。第六，变压器绕组导线有杂质或绝缘有薄弱环节，在短路电流的冲击下逐渐劣化，进而导致绕组匝间短路损坏变压器。第七，变压器设计中，只根据静力学理论计算，没有进行动态力计算。致使设计与实际情况不符，根本不能反映外部短路时变压器承受的短路电流冲击能力，使变压器抗短路能力先天不足。第八，运行中，人为误操作形成短路，直接引发短路事故，造成变压器损坏。第九，6kV系统故障后重合闸投入不当，针对某些永久性金属短路故障盲目重合闸，结果加深了变压器的损坏程度。

3 预防变压器短路损坏故障的防控措施

变压器绕组匝间短路故障不但严重影响了电网的安全可靠运行，而且给油田生产带来了巨大的经济损失。为了控制此类事故的发生，提出以下防控措施。

第一，协议订货时，应选用在设计和工艺方面已提高变压器本身抗短路冲击能力的产品。对产品制造的过程进行监督，严格执行GB1094.5-2015承受短路能力的要求。在设计上应进一步寻求更合理的机械强度动态计算公式；要在合理范围内适当放宽设计安全裕度；内绕组的内衬要采用硬纸筒绝缘结构；合理安排分接位置，尽量减少安匝不平衡。

第二，制造工艺上可以从加强辐向和轴向强度两方面进行，措施主要有：采用立式绕线机绕制线圈，采用先进自动拉紧装置卷紧绕组；牢固撑紧绕组与铁芯之间的定位，采用整体套装方式；采用垫块预密化处理、绕组恒压干燥方式；绕组整体保证高度一致和结构完整；强化绕组端部绝缘；保证铁轭及夹件紧固[2]。

第三，加强对主变压器的质量监管，运行部门订货协议时，应对变压器在型式试验中批量进行突发短路试验，大型变压器要做缩小模型试验，提高变压器的抗短路能力。

第四，要加强变电所系统维护，减少变压器遭受出口短路冲击。同时，要加强变压器新品的验收力度，防止变压器有先天性不足的缺陷遗留。

第五，加强在线监测试验设备的研究及投入，例如在线的绕组变形测试及在线油色谱分析测试等，是防控变压器绕组短路事故的有利手段。在目前无法实施在线监测的前提下，要加强绕组变形测试和油色谱分析测试工作，及时发现问题，及时进行改造处理。

第六，变电所的原设计存在不当或运行管理不当，也是在短路事故中造成变压器损坏的不可忽视原因。（1）短路事故发生后，务必进行试验和检查，确认正常后才予以试投，积极开展变压器绕组变形测量，并应缩短周期度重投变压器进行油中溶解气体分析。未对承受短路冲击后的变压器不试验、不检查，而盲目重新投入运行，将产生十分严重的后果。（2）提高继电保护和直流电源的可靠性，选用可靠性高的低压设备，加强对低压母线及其所有连接设备的维护管理[3]。（3）防止小动物短路和其他意外短路，防止断路器非同期合闸、拒动可能造成的短路事故或使事故扩大。

加强和提高运行管理水平，防止以上失误，是防控变压器短路事故的有效对策。

4 结 论

变压器短路故障对电网运行的危害极大，一般变压器本身具有一定的抗短路能力，但当变压器存在薄弱环节或缺陷，而短路电流又较大时，易发生绝缘损坏、绕组变形和匝间短路。为了预防、减少这类故障的发生，提出了有效的防控措施，希望能为今后的电网运行维护提供参考依据。