弧光过电压引发的变压器短路分析

1 前言

某110kV 变电站1 号主变SFSZ8-25000/110由于事故造成了变压器的损坏。公司将变压器返回制造厂并组成事故联合调查小组，分析了事故原因，并制定了抢修方案。
 

2 事故经过

事故当天天气晴朗， 气温高达39℃。13 时26分，运行人员突然听到爆炸声，1 号主变内部声响异常，随后1 号主变重瓦斯和差动保护动作，断开主变三侧断路器，变压器退出运行。
 

3 变压器损坏情况

(1)绕组。低压绕组a 相、b 相上部3 饼～4 饼匝间短路烧损，并向上拱起，上部端绝缘损坏。

(2)铁心。对应低压绕组a 相和b 相损坏处心柱边缘烧坏。上夹件a 相有两个压钉肢板从焊缝处脱落，c 相也有一个压钉肢板脱落。

(3)器身绝缘。a 相端部50mm 厚层压木板折断， 并且有两个Φ42 压钉连同Φ55 压钉碗穿透，b相也有一个压钉将压钉肢板穿透。a 相和b 相低压绕组内纸筒也有局部损坏。
 

4 事故分析

由变压器损坏情况，经直观分析，认为该变压器

在事故中受到了过电压和短路冲击。

4.1 过电压冲击

该变压器低压绕组为连续式，如图1 所示。连续式绕组在入波时，前几个线段的段间电位差较高，尤其是K 处的轴向和径向的合成电场很强，在发生过电压时极易被击穿。从低压绕组a 相、b 相3 饼～4 饼匝间短路烧损及铁心柱边缘烧坏的情况可说明，低压绕组a 相和b 相承受过电压冲击对铁心击穿，而且形成匝间击穿短路。

4.2 短路冲击

图1 连续式绕组线段示意图

变压器在短路时将产生很大的轴向力和径向力。径向力Fd使外部绕组受到向外的张力，内部绕组受到向内的压力(如图2a 所示)。轴向力又可分为轴向内力和轴向外力，轴向内力Fq1使绕组压紧(如图2b 所示)， 轴向外力Fq2则是由于内外绕组安匝不平衡引起的，它使内、外绕组产生相对位移，增大不对称性(如图2c 所示)。该变压器夹件上的压钉肢板脱落、层压木板折断及压钉穿透压板，说明在轴向上产生了很大的电动力; 而a 相和b 相低压内纸筒折断，则是低压绕组受到向内的压力所致。这些现象说明，变压器受到了短路电流的冲击。由于a 相和b相低压绕组在过电压下对铁心击穿， 造成变压器短路。
 

有了以上两点基本分析， 剩下的就是什么原因造成a 相和b 相过电压。故障发生当天，天气晴朗，不存在雷电造成的大气过电压， 也不存在暂时过电压，可能是操作过电压，而操作过电压只有几种：①中性点不接地系统电弧接地过电压; ②空载线路合闸过电压;③切除空载线路过电压;④切除空载变压器过电压等。根据当天的运行操作记录可知：②③④三项不可能发生，只剩下第①项。变压器10kV 侧采用D 形接法，没有中性点，属于中性点不接地系统。当发生单相间隙性电弧接地时， 将在非故障相上形成弧光过电压， 非故障相上的过电压最高可达3.5倍额定电压。该变压器a 相和b 相承受过电压，可能是c 相发生单相间隙性电弧接地。因此，从变压器低压c 相出线查找， 发现10kV 出线到开关室的穿墙套管炸裂，金属导体部分接地。
 

至此，事故原因查明：首先，10kV c 相穿墙套管存在缺陷，在高温和大负载下发生炸裂，形成10kVc 相单相间隙性电弧接地， 从而在a 相和b 相上形成弧光过电压， 造成a 相和b 相低压绕组端部对铁心击穿，使变压器短路。a 相和b 相随后形成匝间短路，主变差动保护和重瓦期保护动作，断开变压器三侧断路器，变压器退出运行。

图2 绕组受力情况
 

5 抢修方案及整改措施

针对变压器损坏情况， 制定了详细的抢修方案，对绕组重新绕制、铁心硅钢片重新处理和更换、器身绝缘件重新制作和工艺处理。同时，制定了如下整改措施。

(1)由该事故可以看出，变压器存在抗过电压和短路冲击能力不强的弱点， 在制造厂对变压器进行抢修时，提出以下几点意见。①在低压绕组首端加电容环， 对端部和尾部几饼要加大匝绝缘，加大油道，确保在过电压冲击时不致击穿，提高冲击电气强度。②做到"轴向压紧、径向支撑"。对于轴向压紧要求：a.层压木板改为硬度更高、绝缘强度更好的环氧层压玻璃布板;b. 对绕组垫块和端圈垫块做密压处理;c.对绕组做恒压干燥;d.压钉肢板必须加强焊接控制，并加支撑板。对于径向撑要求：低压绕组内部软纸筒改用硬纸筒作骨架， 防止径向电动力压迫低压绕组而产生对铁心击穿接地。

(2)对于供电公司变压器运行人员，要加强运行时的设备巡视和设备缺陷管理，预防事故的发生。