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摘要：电力变压器作为电网的重要设备，发生故障将严重影响系统稳定运行，变压器绕组故障是最严重的故障，本文对一起变压器绕组短路故障进行检查和分析，判断变压器故障原因，提出相应的处理及排查措施。
关键字：变压器绕组故障；故障原因；处理措施
1引言
变压器是电网中的关键设备之一，起着电压变换和电能传输的作用，是电网安全稳定运行的保障。绕组故障是变压器故障中最严重的一类，它又分为匝间、层间及相间短路，接地和断线故障，故障过程中往往伴随着高能量的电弧放电，危害性极大。变压器绕组故障中，绕组匝间短路故障是最常见的内部短路故障，据统计其比例达到变压器故障的50%--60%。本文针对一起35kV变压器绕组匝间短路故障，通过对变压器故障现场现象，保护动作情况，试验结果的分析，判断出故障原因，提出变压器故障处理及预防技术措施。
2故障过程及处理
2.1故障经过
2019年7月某变电所一台SCB11-630/33型，联结组标号为Dyn11，三相树脂浇注型的干式变压器高压绕组发生短路故障，经检查，33kV侧开关速断保护跳闸，低压侧负荷开关分闸，现场检查故障变压器正上方无渗漏水，高压侧A相绕组中部有大量电弧烧黑痕迹，放电位置未发现小动物及其他金属等异物。变压器故障前负荷情况正常，天气晴朗，环境温度在27℃--35℃之间，湿度在58%--79%，满足变压器正常运行的条件。
2.2试验测量情况
变压器发生绕组短路故障后，对其进行了绕组变比、绕组直流电阻和绕组绝缘试验，试验结果如下：
（1）测试低压侧绕组对地及高压绕组绝缘电阻为2960000MΩ，满足绝缘阻值大于800MΩ的标准；测试高压绕组对地绝缘正常。
（2）高压绕组直流电阻3档A相直阻无穷大，不满足相间差别平均值小于4％的标准；低压绕组直流电阻不平衡率1.15%，满足相间差别平均值小于4％的标准。
（3）变比1V/2V, 1u /2u, 1u/ 3u,不满足电额定分接电压比允许偏差±0.5％的标准。
2.3故障情况分析
故障变压器上级中压馈线开关设置的保护有速断保护、零序电流保护、过电流保护、过负荷保护，其中速断保护，其原理是当电源侧发生近端故障时，故障电流极大，以最快的速度切除故障，特点为定值大，延时几近为零。
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图1 故障电流流向图
根据现场下载的报文和事件记录，保护装置录得发生故障时故障电流224A，大于速断保护定值（定值213A，延时0.05s），速断保护动作。根据矢量图事件记录，故障跳闸时，A相电流224A、B相电流20A、C相电流1A，零序电流236A，A相电流达到速断保护跳闸定值（213A），由此可判断A相匝间短路后，故障电流方向为A相流入线圈，电流从地和B相返回，因此A相速断保护跳闸出口。
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图2 故障故障录波图
通过图2可以看出，故障发生初期，A相、B相电流升高，三相电流不平衡，故障发生初期零序电流很小，过负荷保护启动。故障持续一段时间后，A相电流突变，零序电流突然增大，A相、B相电压被拉低，判断此时发生接地短路故障。通过图2故障波形及事件记录分析，过负荷保护、零序保护、过流保护、速断保护均启动，速断保护定值延时最短，速断保护最先出口跳闸，其他保护未出口。速断保护启动后延时0.052s后动作，断路器0.035s后完成分闸命令，切除故障点。
2.4解体处理情况
对故障变压器绕组进行解体，检查发现A相高压侧绕组距离中部散热风道内部存在短路烧损现象，A相高压绕组中下部主包第4段靠近铁芯产生严重的放电灼烧痕迹，绝缘严重破损，变压器线圈的A1-A6线段均存在明显移位现象，A4--A5段移位最为严重。
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图3 故障绕组
3故障结论及原因
通过故障情况与录波分析，解体检查以及试验结果分析表明，变压器高压线圈采用分段圆筒式结构变，因为A相高压绕组线圈的A1-A6线段存在明显移位现象，使线圈段间绝缘强度降低无法满足设计要求，在强电场的作用下，绕组发生匝间短路故障。导致线圈线段移位的原因可能为绕组制造工艺存在缺陷，在运行中隐患部位场强较大，产生局部放电，长期累积使放电点周围的绝缘弱化，最终导致绝缘击穿。
4预防及排查措施
故障分析的目的是避免再次发生类似问题，因此针对本次该类型号变压器绕组匝间短路故障，提出相应的预防及排查措施如下。
（1）常规的试验项目：变压器绕组变形试验 ；变压器的直流电阻试验；变压器变比试验 ；变压器绝缘试验 。
（2）强光外观排查，即测量线圈表面段间距，通过线圈线段和段间在线圈表面呈现轮廓不一样，强光照射后呈现出凹凸感判断线段位置，从而大体确定各线段间的距离。采用强光照射线圈外表面，线段和段间呈现出凸凹轮廓，凸起处为线段，凹处为段间，测量现场线圈线段位置后与生产图纸尺寸比对，判断段间距离是否满足生产图纸接收标准。
（3）涡流探测法，涡流探测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检查方法，将一块导体置于交变磁场中，导体中有感应电流存在，即产生涡流。由于导体形状、尺寸不同会导致涡流变化，即探测线段时反馈回波峰，探测段间时反馈回波谷，从而判定线段间的距离。
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图4 无损透视检测法
（4）无损透视检测（X光射线）排查，该方法基于X光射线的穿透性、荧光效应和感光效应，当X光射线透过线圈内部不同组织结构时，存在密度等差异，X线在穿透过程中被吸收的量不同，到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。如此，在荧屏或X线片上就形成明暗或黑白对比不同的影像，原理图如图4所示。
5结束语
在变压器发生短路故障后，应采直流电阻、绕组变形等试验手段进行综合诊断，判断变压器的绝缘状况是否良好，有无缺陷、缺陷程度及具体部位，然后确定对变压器的处理方案及应采取的预防措施。日常运维过程中，加强变压器的维护，采用强光外观排查法、涡流探测法等对变压器绕组线圈线段位置进行跟踪记录，发现异常及时采取有效措施整治避免隐患进一步恶化。
参考文献
[1]李秀国.变压器匝间短路故障的分析与处理.山东电力技术,2009；
[2]王楠，杨洪，刘宝成.35kV变压器匝间短路故障分析.变压器，2013；
[3]李发海,朱东起.电机学.北京：科学出版社,2007；
[4]张昕，陈鹏，余平等.变压器绕组匝间短路故障判断方法探析.四川水力发电，2014.