1 前言

　　電力變壓器是電力系統中的核心設備之一，其穩定、可靠運行對電力系統安全起著非常重要的作用。但由于本身變壓器設計、工藝、制造技術以及運行維護水平問題，尤其近年來，變壓器出口或近距離短路故障時有發生，而且有增長趨勢，嚴重影響了電力系統的安全穩定運行。統計表明，此類短路事故已成為變壓器事故的首要原因。出口短路事故突然發生時，在變壓器繞組內流過的短路電流與漏磁場的相互作用產生了較大的電動力，盡管這種暫態過程持續時間很短，但變壓器還是會受到不同程度的損壞，若對于輕微變形不能及時發現和修復，多次沖擊后累積效應也會導致變壓器的損壞。目前，在變壓器遭受了短路沖擊后迅速診斷電力變壓器是否能繼續運行是運行中急需解決的問題。因此，加強電力變壓器運行維護，采取切實有效措施防止變壓器出口短路，對確保變壓器尤其是整個電網的安全穩定運行具有重要的意義。

　　2014年6月6日，某變電站一條10kV出線1#桿A相避雷器擊穿，造成線路A相直接接地。10kV乙母線PT因A相直接接地，B、C兩相電壓升高，PT發生鐵磁諧振，B相PT爆炸，造成10kV乙母線短路。乙變低后備保護復壓過流I段I時限保護啟動（動作邏輯是時限0.3s調分段90開關，當時運行方式是90在斷開位置，10kV甲、乙母線分列運行），乙變低后備速度保護啟動（動作邏輯是時限0.3s調分段90開關，當時運行方式是90在斷開位置，10kV甲、乙母線分列運行），本體輕瓦斯發告警信號，本體重瓦斯動作，變壓器兩側開關跳閘。變壓器型號為SFZ11-31500/110，接線組別為YNd11，短路阻抗為10.65%，該產品為2007年產品。

2 變壓器試驗分析

2.1 油中溶解氣體色譜分析

　　電力變壓器油中溶解氣體色譜分析結果如表1所示。重瓦斯動作后，瓦斯氣樣折算到油中的理論值大大高于油樣值，一氧化碳、二氧化碳及總烴明顯超標，這些碳的氧化物的產生可能與變壓器結構中某些含碳材料涉及故障有關，初步判斷變壓器經短路沖擊故障后內部存在熱性故障，可能為涉及固體絕緣熱性故障。除此之外，氫氣、甲烷、乙炔、乙烯明顯超標，三比值法對應編碼102，說明變壓器內部存在高能量電弧放電，并有金屬性放電。

2.2 繞組介質損耗與電容量

　　由表2可發現，低對高及地和低、高對地的電容量與出廠值比較有明顯變化，超過了規程規定的5%的警示值。通過分解電容量試驗數據進一步分析變壓器繞組變形情況見圖1.通過分解得到數據如表3所示，根據公式C=εA/d，tgδ增加，ε增加，CH減小，說明d增大，進而可得出高壓繞組向內凹陷[3]。

2.3 直流電阻試驗

　　變壓器繞組的直流電阻測試是變壓器試驗中既簡單又重要的試驗項目（如表4所示）。直流電阻測試結果顯示，低壓繞組直流電阻正常；而高壓繞組各分接直流電阻明顯超標。三相直流電阻互差均達到了3.4%~3.77%，超出了2%的狀態檢修試驗規程要求。其中A相繞組直阻值較B、C兩相較小。結合油中溶解氣體色譜分析結果，變壓器內部可能存在高能量的電弧放電，因此懷疑高壓A相可能存在匝間、層間短路等現象。

2.4 繞組變形測試

　　分別利用頻率相應法及低電壓短路阻抗法對變壓器進行繞組變形測試，通過測試結果掌握變壓器經過短路沖擊后繞組變形情況。

　　（1）頻率響應法

　　在較高頻率的電壓作用下，變壓器的每個繞組均可視為一個由線性電阻、電感與電容等分布參數構成的無源線性雙口網絡，其內部特性可通過傳遞函數描述。如果繞組發生變形，繞組內部的分布參數必然發生改變，導致其等效網絡傳遞函數的零點和極點發生變化，使網絡的頻率響應特性發生變化。用頻率響應分析法檢測變壓器繞組變形，是通過檢測變壓器各個繞組的幅頻響應特性，并對檢測結果進行縱向或橫向比較，根據幅頻響應特性的差異，判斷變壓器可能發生的繞組變形[2]。

圖1為變壓器低壓繞組頻率響應特征曲線，中頻段（100~600kHz）和高頻段（＞600kHz）均出現了明顯的三相不一致，數據顯示低壓繞組可能發生了明顯變形，且以繞組扭曲、鼓包等局部變形現象為主。圖2為變壓器高壓繞組的頻率響應特性曲線，從圖中可以發現，低頻段（1~100kHz）有明顯的三項不一致，由數據顯示高壓繞組可能存在嚴重變形，且以匝間或餅間短路故障為主，通常預示高壓繞組的電感發生改變。結合高壓繞組的直流電阻不合格，可判斷高壓繞組發生了嚴重變形。

　　（2）低電壓短路阻抗法

　　變壓器安裝完成后，其特征參數電容、電感基本保持不變。當遭受巨大的外力如地震、出口短路等整體繞組或局部繞組會出現不同程度的位移，而引起特征參數的改變[1]。因此，可以通過檢測變壓器的特征參數（主要是短路阻抗），根據特征參數的相對變化和三相不對稱程度作為判斷繞組有無變形的依據。現場用低電壓測試短路電抗（包括短路阻抗和漏電感等參數），以判斷變壓器繞組有無變形已有多年，多次檢出了動穩定狀態劣化的大中型電力變壓器，并經器身檢查得到驗證和處理，避免了變壓器短路損壞事故積累了相當多的經驗，并形成了國家行業標準。

　　對變壓器進行了低電壓短路阻抗和電抗值的測試，實驗數據如表4所示。高對低（額定分接）的低電壓短路阻抗相間相對誤差為15.516，遠遠超過2%的規程要求，而且A相短路阻抗值變化，與短路阻抗初值相比增長了12.24%，B、C兩相則相對變化較小，由此可判斷變壓器低壓繞組A相存在明顯變形。

3 返廠吊罩檢查結果分析

　　通過綜合考慮電氣試驗、油色譜分析及變壓器抗短路能力不足等問題，判斷該變壓器可能涉及固體絕緣熱性故障，存在高能量電弧放電，并有金屬性放電；高壓繞組與低壓繞組存在變形等故障；高壓A相有可能存在匝間、層間短路等現象。具體情況需要返廠吊罩檢查，進一步確定存在問題。

　　吊罩之后發現，高壓A相線圈最下部3層出現明顯波浪式內收變形見圖3a.進一步分析認為，變壓器由于短路電流沖擊時，在短路電動力的作用下，受到了強烈幅向收縮力，軸向受力較小造成。除此之外，絕緣紙嚴重處碳化、燒毀發黑，造成線圈露銅，發生股間短路、匝間短路及層間短路，尾屏對應線圈受力最嚴重位置已破損并發黑，因匝間絕緣燒毀而導致擊穿，具體情況見圖3b.此處可能在故障時發生短路、產生電弧放電，短時間內產生大量的熱量，無法及時散出，繞組溫度急劇上升，以致油紙絕緣燒損[4]。

　　低壓a相整體存在較明顯的內陷變形，導致撐條掉落；繞組底部層壓紙板下墊塊發生明顯位移。表明在發生故障時整個繞組受到了強烈的幅向收縮力，繞組擠壓變形，此種現象符合一般規律。繞組上部有紙絕緣炭化痕跡，油紙絕緣存在破損情況，有輕微露銅，但無股間短路。表明變壓器在短路沖擊故障時該點受到熱量較少。

　　低壓c相繞組層與層之間擁擠在一起，整體呈向上擠壓趨勢，繞組下部明顯（見圖5a）。說明在發生故障時整個繞組受到了強烈的軸向電動力，繞組嚴重擠壓變形。另外，夾件上的固定螺栓被沖斷，間接證明軸向力的方向向上。頂部有一股電磁已熔斷，發生明顯的電弧放電，相鄰位置有5股絕緣燒損、輕微露銅（見圖5b）。c相鐵心具有明顯電弧放電痕跡，與熔斷的電磁線位置相符，可以判斷繞組與鐵芯發生高能量的擊穿放電（見圖6）。由此可判斷變壓器在短路沖擊時，上述繞線與鐵芯之前發生高能量的電弧放電，在高溫和電弧的作用下，出現燒損、斷股。熱性故障和高能量金屬放電，產生大量的氫氣、一氧化碳與烴類氣體，從而導致重瓦斯動作。

4 結論

　　對變壓器的出口短路故障分析，應綜合考慮電氣試驗、油中溶解氣體的色譜分析等因素。某一項試驗結果正常與否并不能判斷分析故障，應對實驗項目結果綜合分析，才能正確判斷故障原因。

　　對發生出口短路故障的變壓器，應進行頻率響應法繞組及低電壓短路阻抗法變形測試，通過本文分析，此種方法是判斷繞組變形的有效方法，本次返廠解體結果與實驗結果吻合。

　　變壓器有一定的承受短路的能力，但當變壓器本身存在薄弱環節或缺陷，短路電流又較大時，容易發生絕緣損壞和繞組變形。因此，變壓器出廠時應進行嚴格的抗短路能力試驗，對于有設計缺陷的老式變壓器應盡快加以改造，以提高其抗短路能力。