弧光過電壓引發(fā)的變壓器短路事故分析

　　1 前言

　　某110kV 變電站1 號主變SFSZ8-25000/110由于事故造成了變壓器的損壞。公司將變壓器返回制造廠并組成事故聯(lián)合調(diào)查小組，分析了事故原因，并制定了搶修方案。

　　2 事故經(jīng)過

　　事故當(dāng)天天氣晴朗， 氣溫高達(dá)39℃。13 時26分，運行人員突然聽到爆炸聲，1 號主變內(nèi)部聲響異常，隨后1 號主變重瓦斯和差動保護(hù)動作，斷開主變?nèi)齻?cè)斷路器，變壓器退出運行。

　　3 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，并向上拱起，上部端絕緣損壞。

　　(2)鐵心。對應(yīng)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， 并且有兩個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(nèi)紙筒也有局部損壞。

　　4 事故分析

　　由變壓器損壞情況，經(jīng)直觀分析，認(rèn)為該變壓器

　　在事故中受到了過電壓和短路沖擊。

　　4.1 過電壓沖擊

　　該變壓器低壓繞組為連續(xù)式，如圖1 所示。連續(xù)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(fā)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 相承受過電壓沖擊對鐵心擊穿，而且形成匝間擊穿短路。

　　4.2 短路沖擊

　　圖1 連續(xù)式繞組線段示意圖

　　變壓器在短路時將產(chǎn)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(nèi)部繞組受到向內(nèi)的壓力(如圖2a 所示)。軸向力又可分為軸向內(nèi)力和軸向外力，軸向內(nèi)力Fq1使繞組壓緊(如圖2b 所示)， 軸向外力Fq2則是由于內(nèi)外繞組安匝不平衡引起的，它使內(nèi)、外繞組產(chǎn)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(chǎn)生了很大的電動力; 而a 相和b 相低壓內(nèi)紙筒折斷，則是低壓繞組受到向內(nèi)的壓力所致。這些現(xiàn)象說明，變壓器受到了短路電流的沖擊。由于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。

[$page]　　有了以上兩點基本分析， 剩下的就是什么原因造成a 相和b 相過電壓。故障發(fā)生當(dāng)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(tǒng)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(jù)當(dāng)天的運行操作記錄可知：②③④三項不可能發(fā)生，只剩下第①項。變壓器10kV 側(cè)采用D 形接法，沒有中性點，屬于中性點不接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)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(dá)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(fā)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(fā)現(xiàn)10kV 出線到開關(guān)室的穿墻套管炸裂，金屬導(dǎo)體部分接地。

　　至此，事故原因查明：首先，10kV c 相穿墻套管存在缺陷，在高溫和大負(fù)載下發(fā)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 相隨后形成匝間短路，主變差動保護(hù)和重瓦期保護(hù)動作