（特变电工衡阳变压器有限公司湖南衡阳421007）
摘要：对一起220kV修理变的油色谱试验数据进行了分析，再结合直流电阻数值，研判了变压器的故障位置和故障类型。根据变压器吊罩解体后的检查结果，判断变压器为低压绕组短路后引起匝间放电故障，通过采取更换三相低压绕组，提升低压绕组抗短路能力后解决问题。
关键词：修理变；色谱分析；放电性故障；抗短路能力
1引言
电力变压器是电力系统中的一个重要组成部分，变压器的安全稳定运行是电力系统稳定运行的重要保障，是供电稳定可靠的重要保障。保障电力变压器的安全稳定运行，无论是对发电厂还是输电系统，都是重要的研究课题。因为运行在电力系统中的各种变压器，发生各种故障有时是在所难免的，特别是发生短路故障时，由于短路电流比较大，受到的电动力冲击也比较大，很可能造成变压器绕组变形，破坏主纵绝缘系统，对变压器产生了巨大的危害，严重时导致变压器报废，造成巨大的经济损失。
本文中笔者通过某220kV变电站运行中的一台高备变发生故障后的原因分析，研判了故障类型，通过变压器吊罩解体检查，找到了故障原因，并通过更换绕组后解决了问题，为今后处理同类故障提供了参考依据。
2故障经过
该变压器型号为SFFZ-31500/220，额定容量31500/20000-11500kVA，额定电压220/6.3-6.3kV，连接组别YNd11-d11，1993年制造，运行时间超过20年。
2017年12月12日上午10时10分，#01高备变跳闸。检查后发现，该变压器“差动保护”动作出口跳变压器，同时变压器发“轻瓦斯”信号。对变压器本体、低压分支封母、各分支配电柜以及高压开关、低压开关进行目测检查均无异常，也没有闻到短路烧弧等异味。但发现瓦斯继电器内存在少量气体。
对变压器进行了绕组绝缘电阻、直流电阻、泄漏电流、绕组连同套管介损、末屏绝缘电阻及介损、变压器油耐压等试验，发现低压II分支绕组BC相间直流电阻Rbc值较其他两相间直流电阻值偏大，直流电阻值线差达13.8%，远超国家标准，油色谱数据详见下页内容，其余各项试验未发现异常。
3变压器试验数据分析
3.1油色谱数据分析
#01起备变发生跳闸后，立即取变压器油样进行化验分析。分别取了变压器本体和瓦斯继电器中的油样，表1为12月12日取油样后各组分气体含量，表2为12月13日取油样后各组分气体含量。
表1第一次油样油中溶解气体含量
表2第二次油样油中溶解气体含量
采取三比值法来判断故障类型，依据《DL/T722-2014变压器油中溶解气体分析和判断导则》，表1中，变压器本体的编码为002，瓦斯继电器的编码为102；表2中，变压器本体的编码为102，瓦斯继电器的编码为102。
表1数据为12月12日变压器刚发生跳闸时的检测数据，不能反映故障类型，表2数据为24小时后的检测数据，可以预判故障类型。表2编码为102表明变压器内部发生了电弧放电，同时对比两组气体数据，各组分气体量都急剧增加，尤其是C2H2气体，增加了100倍。初步研判，故障点可能是绕组的匝间或者层间放电，相间闪络，分接引线间油隙闪络，选择开关拉弧等。还要与其他试验项目相结合，才能进一步确定故障点。
3.2绕组直流电阻数据分析
表3:低压绕组直流线电阻测试数据
上表为变压器现场发生跳闸后，检测到的低压II分支直流线电阻数据，可以看出，Rbc数值较其他两相数值偏大，三相低压绕组线不平衡率达13.77%。
表4:低压绕组直流相电阻测试数据
上表为变压器返回到工厂内，吊罩后，测试的每相低压绕组电阻值，c相电阻值明显偏大，三相绕组相不平衡率达27%。
从以上两项测试数据分析，低压c相绕组内存在明显异常。
4解体检查
变压器吊罩后，油箱内表面完好，没有放电痕迹；变压器器身外表面经过仔细检查，没有发现明显放电迹象，各引线包扎完好；剪断引线后，解体线圈组装，重点检查低压绕组，高压和调压绕组解体过程中采取措施保护到位；在解体过程中，详细检查每个绕组的主、纵绝缘结构，并做好详细记录。
该产品为低压双分裂结构，低压绕组为双U型，轴向排列，即上下两个双层螺旋式绕组。解体过程中发现，该低压绕组只有内层绕组的内撑条，和两层间的层间撑条，无硬绝缘筒，无外层外撑条。导线规格经测量为ZB-0.3，单根线规为2.25×8.5mm，20根并绕。a和b两相完好，解体到c相时，在上部的外层绕组表面处，有较大面积的凹陷，绕组局部幅向变形；移走低压绕组后，在芯柱围屏上，正对变形处，有较大长条形放电痕迹，取样后发现碳化现象明显。具体如图1和图2。
图1图2
从图1可以清楚看到，该产品受到了很大的突发短路力的作用，整个上部绕组在跨3档范围内，发生了绕组幅向凹凸变形，变形区域占整个绕组高度的2/3，在绕组变形的区域，导线绝缘受到破坏，出现了匝间短路，发生了电弧放电，形成图2中绝缘筒外表面的黑色碳化区域。
5变压器故障分析
变压器解体后，可以清楚看到变压器运行过程中发生了系统短路，变压器受到了巨大的短路力的作用，低压c相绕组幅向失稳变形严重，绕组幅向变形导致导线匝绝缘损坏，发生了匝间短路放电。油色谱数据分析和直流电阻数据分析与实际情况相吻合。关于短路力的实例计算，参考文献的1和2都进行了详细的过程分析，本文不再重复理论计算和分析。
本文中论述的产品是返修产品，于20世纪90年代的设计和制造，投运了＞20年，属于年久运行的服役后期，绝缘老化现象明显，油色谱数据中的CO2与CO的比值大于7可以验证。对于此类变压器的修理，承受短路力能力提升和绝缘修复为重点。通过近期多台不同生产厂家类似时期的产品修理发现，低压绕组的结构都比较类似，没有内副撑条和硬绝缘筒，没有外撑条，变压器抗短路能力不高，这可能与当时的变压器制造工艺水平有直接关系。
6变压器修理
结合各项试验数据分析，经变压器吊罩解体后各结构的详细检查，再结合用户的实际需求，更换三相低压绕组为最佳修理方案。重点提升低压绕组的抗短路能力：
(1)从设计角度，增大单根导线截面积和屈服强度值，增加绕组内副撑条和硬绝缘筒，增加绕组外撑条。
(2)从工艺控制角度，绕组绕制时，要求导线拉紧，保证线饼幅向紧实；套装时保证绕组撑紧，各撑条避免悬空；绕组进行恒压干燥处理；对高压绕组和调压绕组进行详细检查，并进行油污冲洗处理，对绕组出头重新绝缘包扎，松动处绑扎绑紧处理；更换绕组间各绝缘纸筒；对变压器进行整体清理和检查；对引线部分进行修复处理，低压铜排冲洗镀锡，与低压绕组出头采取接线片连接；对变压器器身整体进行煤油气相干燥处理；
对于绕组故障的修理变，主要的处理方式有：更换单个故障绕组、更换同相三个绕组、更换所有绕组。对于运行20年以上的变压器，以更换同相三个绕组或者更换所有绕组为首选修理方案，因为随着科技的进步，铜导线和绝缘材料的性能都发生了较大变化，如更换单个故障绕组，容易发生三相电阻不平衡问题。对于运行10年以下的变压器，可以采取更换单个故障绕组方案，但要保证三相电阻平衡率满足国标要求。对于运行10-20年的变压器，根据实际情况采取修理方案。
7结束语
本文中笔者对一起220kV修理变进行了详细的故障分析，通过油色谱数据分析和直流电阻测量研判故障类型和故障点，经变压器解体验证了变压器的故障类型。对于修理变压器，根据实际的故障类型，再结合用户需求进行修理方案选取，本文中论述的故障变压器采取了更换三相低压绕组，通过设计和工艺手段提升变压器的抗短路能力，截止日前，修理后的变压器已经安全稳定运行10个月。本文论述的实例为日后故障变的修理提供了参考意义。
参考文献
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[4]DL/T722-2014变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[5]尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2008.
作者简介：
田国华(1979-)，男，河南郸城人，硕士研究生，特变电工衡阳变压器有限公司主管工程师，长期从事大型电力变压器设计与研发工作。