一起110kv主变压器跳闸故障原因分析

出现故障的设备为110kV大水坑站#3主变，主变厂家为保定保菱变压器有限公司，型号为SZ10-63000/110TH，2006年12月20日投运。

2 缺陷表象
2018年11月26日11时22分，110kV大水坑站#3主变AB相主保护(差动保护)动作跳闸，无负荷损失。

一次设备检查情况如下：#3主变本体外观无明显异常；#3主变变高1103开关、变低503开关在分闸位置，10kV分段521、532开关在合闸位置。

二次设备检查情况如下：11月26日11时22分17秒，#3主变保护：比率差动动作，本体轻瓦动作；10kV备自投：备自投动作；未发现其他异常情况。

3 故障后设备检查情况
3.1 设备检查情况
跳闸后，检修人员对#3主变本体及附件进行全面检查，发现本体瓦斯继电器内有300mml气体。

其它部件未发现异常。

3.2 试验情况
3.2.1 油化试验
取样情况：跳闸1.5小时后在主变本体下部取样阀取样盒取瓦斯油样及瓦斯气样分析，测试结果见表1所示。

从上表中跳闸1.5小时后两次取样测试结果可以看出，氢气、乙炔、总烃均超过南网预试规程注意值150μL/L、5μL/L、150μL/L。

利用第二针试验数据与2018年06月13日数据计算总烃的绝对产气速率和相对产气速率分别为50011ml/d和309.75%/月，远远超过注意值12ml/d和10%/月，说明设备内部存在严重的高能量故障。

比较油样分析结果及瓦斯气样分析结果，瓦斯气分析得到的油中理论值要远大于油中实际值。

通过平衡判据原理，由于放电能量大，大量气体迅速生成，所形成的大量气泡迅速上升并聚集在继电器里，引起继电器报警。

这些气体几乎没有机会与油中溶解气体进行交换，远没有达到平衡，因而才会有如此大的差别。

从特征气体含量和组成分析，氢气、乙炔组分含量高，且乙炔为总烃主要成分，其次是甲烷、乙烯，瓦斯气中一氧化碳含量较高，可判断变压器存在持续时间较短而发展较快并涉及固体绝缘的放电性故障。

3.2.2 电气试验
直流电阻试验试验情况：直流电阻试验，高压侧17个档位中，14个档位三相不平衡率超过规程要求值，且高压B相绕组测试数据与A、C相比较存在明显差别。

表1 110kV大水坑站#3主变跳闸后故障数据（单位：µL/L）
试验日期H2CH4C2H4C2H6C2H2CO CO2总烃备注
2018.11.2621564.1969.48 5.82203.734627052343.22跳闸1.5小时后底部取样第一针2018.11.2622367.5273.44 6.13215.974617042363.06跳闸1.5小时后底部取样第二针2018.11.266299794.233419.76150.934044.37353629908409.29瓦斯气油中理论值2018.11.264 4.8217.720.720.173********.43跳闸2.5小时后瓦斯油第一针2018.11.264 4.6316.860.710334218222.20跳闸2.5小时后瓦斯油第二针
500/1，一次值546A），B 相故障电流1.654A （CT 变比500/1，一次值827A）。

4.2 一次设备故障原因分析
为了查明原因， 12月28-29日，设备组织相关单位在保定保菱变压器有限公司对大水坑站#3主变进行了解体检查。

检查方式：变压器刨箱沿吊出器身，拆铁并拔出B 相调压、高压线圈，露出低压线圈，逐个检查线圈有无异常；重点检查拔出线圈有无匝绝缘破损、线饼变形、导线烧蚀、导体绝缘变色等情况。

检查过程记录：经检查，发现B 相调压开关线圈存在形变，同时高压侧线饼有断线，放电的痕迹，如图1和图2。

4.3 原因分析
（1）根据变压器解体检查情况，推测故障可能原因如下：①运行期间，外部发生短路，调压线圈受短路力变形，线饼变形造成匝间短路，进而故障扩大，短路点烧蚀，造成轻瓦斯动作；②正常运行过程中，有金属异物循环至调压线圈线饼间，造成调压线圈饼间击穿、短路，在短路电流的作用下，调压线圈整体变形、受损；③主体运输过程中，因运输超出运输要求，线饼受外力变形、脱落，长期运行造成匝绝缘破损，引发匝间短路，造成故障；④导线的表面存在毛刺，在长期运行过程中，导线在受热、震动及电磁力的作用下，加剧了毛刺对绝缘的破坏，从而引起匝间拉弧，并最终造成了饼间短路。

（2）原因分析：①经查运行录波图和现场运行情况反馈，在跳闸前，外部未出现短路情况；②饼间油隙6mm （油隙击穿电压约96kV），饼间击穿的金属异物导致饼间击穿需异物长约6mm、具有一定的强度且长时间悬浮在饼间，可保证饼间长时间悬浮放电，击穿绝缘纸。

变压器已无大修运行12年，存
图2 B 相调压线圈低压侧存在变形
以1和3短路进行短路分析，1和3的电压差为: 110000*2*1.5%/1.732=1905V。

线圈首末头（即故障短路环）的电压差为: 110000*8*1.5%/1.732=7621V，短路环的阻值为：0.123 欧姆，短路环内产生的循环电流为：7621/0.123=61959A ≈62 kA，根据两根载流导线之间的受力公式可计算出导线1和导线8之间受力为：F=647752N ≈66097kgf。

通过计算，该变压器外部正常突发短路时，调压线圈内产生的短路电流为1.8kA，本次故障在调压线圈内部产生的循环电流约为62kA，是正常外部短路电流的34.4倍，产生的导线间的作用力是正常外部短路时的34.42倍，66097kgf，大大的超出了变压器正常承受短路能力的范围，在调压线圈内部产生该电流后，调压线圈内部导线之间产生相互的作用力导致了调压线圈端部线饼的严重变形，同时，也产生了短路点高热严重烧蚀的现象。

该故障可能是由于导线的表面存在毛刺，在制造及出厂试验时，毛刺尚未顶破绝缘层，无法发现该问题；在长期运行过程中，导线在受热、震动及电磁力的作用下，加剧了毛刺对
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学合理的分配，实现分级检测设备，从而使整体设备检修能力得以有效提升。

（5）监测电气自动化控制设备的使用情况，不同的设备特性、使用情况导致产生故障的概率、原因不同，需针对不同的设备完成相应检修计划和方案的制定（包括设备自身散热、抗电磁问题），确保设备运行环境良好，以设备检修数据为依据对设备的使用情况、故障率等进行科学有条理的总结，为选择合适的检修方法提供有效支撑；为避免零部件过度磨损，需对设备定期进行设备零部件检验。

3 电气自动化控制设备检修技术
设备可靠性与稳定性离不开控制设备检修及测试操作，自动化设备在促进工业发展提高设备提高使用率的同时，对控制设备测试和维护的需求也不断提升。

根据设备的运行状态及反馈信息，由专业的检修人员完成对其使用状态的评估及综合判断，同时对设备可能存在的问题进行分析，使测试和检修过程更具针对性，提高设备的耐用性；为确保电气自动化控制设备的稳定性，需掌握并对先进的检修技术进行充分利用，采用科学合理的技术对设备进行维护和保养，使自动化控制设备的故障率得以有效控制，在确保企业正常运营4 结束语
电气工程及其自动化所具备的快速高效及安全可靠等优势为企业的发展提供了支撑，高效运用的电气自动化技术促进了工业的生产水平的发展和提高，同时也对新检修技术的研究和发展提出了更高的要求，本文在对电气自动化控制设备特点进行分析的基础上，阐述了控制设备故障及预防措施，并介绍了电气自动化控制设备检修技术及各自的优缺点，完成故障应急预案、检修方式方法的合理制定，以确保有效解决设备出现的故障，使企业产能及生产效益得以显著提升，从而提升企业的市场竞争力。

参考文献
[1]黄庆锐.电气自动化控制设备的可靠性分析的具体方法
[J].山东工业技术, 2017(17):185-186.
[2]梁涛,刁云明.电气自动化控制设备可靠性测试方法及应
用[J].科技经济导刊,2017(14):85-86.
[3]曹江.浅谈电气自动化控制设备可靠性测试的方法[J].科
技风,2017(01):90-91.
绝缘的破坏，从而引起匝间拉弧，并最终造成了饼间短路。

5 结论
经如上论述，同时经核查制造时的厂内作业记录及试验报告等相关资料，该变压器生产过程中无异常记录，且故障点及其附近，没有导线换位及“S”弯，可以排除人为因素引起。

因此，结论为是在生产过程中线圈中存在毛刺导致的故障。

参考文献
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[2]变压器试验技术[M].北京机械工业出版社,2001.
[3]电力变压器设计计算方法与实践[M].辽宁科学技术出版
社,2001.
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