變壓器過電壓短路分析及處理措施

某110kV 變電站1 號主變SFSZ8-25000/110由於事故造成了變壓器的損壞。公司將變壓器返回製造廠並組成事故聯合調查小組,分析了事故原因,並制定了搶修方案。事故當天天氣晴朗, 氣溫高達39℃。13 時26分,運行人員突然聽到爆炸聲,1 號主變內部聲響異常,隨後1 號主變重瓦斯和差動保護動作,斷開主變三側斷路器,變壓器退出運行。

變壓器過電壓短路分析及處理措施

變壓器損壞情況

(1)繞組。低壓繞組a 相、b 相上部3 餅~4 餅匝間短路燒損,並向上拱起,上部端絕緣損壞。

(2)鐵心。對應低壓繞組a 相和b 相損壞處心柱邊緣燒壞。上夾件a 相有兩個壓釘肢板從焊縫處脫落,c 相也有一個壓釘肢板脫落。

(3)器身絕緣。a 相端部50mm 厚層壓木板折斷, 並且有兩個Φ42 壓釘連同Φ55 壓釘碗穿透,b相也有一個壓釘將壓釘肢板穿透。a 相和b 相低壓繞組內紙筒也有局部損壞。

事故分析

由變壓器損壞情況,經直觀分析,認為該變壓器

在事故中受到了過電壓和短路衝擊。

過電壓衝擊

該變壓器低壓繞組為連續式,如圖1 所示。連續式繞組在入波時,前幾個線段的段間電位差較高,尤其是K 處的軸向和徑向的合成電場很強,在發生過電壓時極易被擊穿。從低壓繞組a 相、b 相3 餅~4 餅匝間短路燒損及鐵心柱邊緣燒壞的情況可說明,低壓繞組a 相和b 相承受過電壓衝擊對鐵心擊穿,而且形成匝間擊穿短路。

短路衝擊

變壓器在短路時將產生很大的軸向力和徑向力。徑向力Fd使外部繞組受到向外的張力,內部繞組受到向內的壓力(如圖2a 所示)。軸向力又可分為軸向內力和軸向外力,軸向內力Fq1使繞組壓緊(如圖2b 所示),軸向外力Fq2則是由於內外繞組安匝不平衡引起的,它使內、外繞組產生相對位移,增大不對稱性(如圖2c 所示)。該變壓器夾件上的壓釘肢板脫落、層壓木板折斷及壓釘穿透壓板,說明在軸向上產生了很大的電動力; 而a 相和b 相低壓內紙筒折斷,則是低壓繞組受到向內的壓力所致。這些現象說明,變壓器受到了短路電流的衝擊。由於a 相和b相低壓繞組在過電壓下對鐵心擊穿, 造成變壓器短路。

有了以上兩點基本分析, 剩下的就是什麼原因造成a 相和b 相過電壓。故障發生當天,天氣晴朗,不存在雷電造成的大氣過電壓,也不存在暫時過電壓,可能是操作過電壓,而操作過電壓只有幾種:①中性點不接地系統電弧接地過電壓; ②空載線路合閘過電壓;③切除空載線路過電壓;④切除空載變壓器過電壓等。根據當天的運行操作記錄可知:②③④三項不可能發生,只剩下第①項。變壓器 10kV 側採用D 形接法,沒有中性點,屬於中性點不接地系統。當發生單相間隙性電弧接地時, 將在非故障相上形成弧光過電壓,非故障相上的過電壓最高可達3.5倍額定電壓。該變壓器a 相和b 相承受過電壓,可能是c 相發生單相間隙性電弧接地。因此,從變壓器低壓c 相出線查找, 發現10kV 出線到開關室的穿牆套管炸裂,金屬導體部分接地。

至此,事故原因查明:首先,10kV c 相穿牆套管存在缺陷,在高溫和大負載下發生炸裂,形成10kVc 相單相間隙性電弧接地, 從而在a 相和b 相上形成弧光過電壓, 造成a 相和b 相低壓繞組端部對鐵心擊穿,使變壓器短路。a 相和b 相隨後形成匝間短路,主變差動保護和重瓦期保護動作,斷開變壓器三側斷路器,變壓器退出運行。

搶修方案及整改措施

針對變壓器損壞情況,制定了詳細的搶修方案,對繞組重新繞制、鐵心硅鋼片重新處理和更換、器身絕緣件重新制作和工藝處理。同時,制定瞭如下整改措施。

(1)由該事故可以看出,變壓器存在抗過電壓和短路衝擊能力不強的弱點,在製造廠對變壓器進行搶修時,提出以下幾點意見。①在低壓繞組首端加電容環,對端部和尾部幾餅要加大匝絕緣,加大油道,確保在過電壓衝擊時不致擊穿,提高衝擊電氣強度。②做到"軸向壓緊、徑向支撐"。對於軸向壓緊要求:a.層壓木板改為硬度更高、絕緣強度更好的環氧層壓玻璃布板;b. 對繞組墊塊和端圈墊塊做密壓處理;c.對繞組做恆壓乾燥;d.壓釘肢板必須加強焊接控制,並加支撐板。對於徑向撐要求:低壓繞組內部軟紙筒改用硬紙筒作骨架,防止徑向電動力壓迫低壓繞組而產生對鐵心擊穿接地。

(2)對於供電公司變壓器運行人員,要加強運行時的設備巡視和設備缺陷管理,預防事故的發生。

變壓器過電壓短路分析及處理措施


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