变压器内部匝间短路的故障分析

变压器内部匝间短路的故障分析

发表时间：2016-04-19T11:49:10.220Z 来源：《电力设备》2015年第9期供稿作者：付义涂进夏家骥

[导读] 岳阳供电公司差动保护用来反应变压器绕组的相间短路故障、绕组的匝间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的接地故障。

(岳阳供电公司湖南岳阳414000)

摘要：文章针对某变压器发生内部故障，结合故障前后各项试验数据，通过对称分量法进行短路分析，推测出最可能的故障类型和故障点。为确认结果，通过变压器吊罩和吊芯查找故障原因，发现B相发生匝间短路。文中针对变压器内部故障类型，如何定位故障点，并对匝间短路进行了重点分析，为今后查找变压器匝间短路故障提供方法和借鉴作用。

关键字：变压器，匝间短路，对称分量法

Abstract：Foratransformerinternalfaultoccurs，getthetestdatabeforeandafterthecombinedfault.Throughshort-circuitanalysisperformedbysymmetricalcomponents，suggestingthatthemostlikelytypeoffaultandthefaultpoint.Toconfirmtheresults，findthecauseofthefaultthroughthetransformercorehanginghoodandfoundtheB-

phasewhichhasshortcircuitoccursbetweenturns.Inthispaper,aninternaltransformerfaulttypes，howtolocatethepointoffault，andfocusoftheanalysisshortcircuitbetween.whichcarriedouttoprovideamethodandfindmethodforfuturereferencetransformerturnshortcircuitfau

引言：差动保护用来反应变压器绕组的相间短路故障、绕组的匝间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的接地故障。而对与变压器内部的短路故障，如星形接线中绕组尾部的相间短路故障、绕组很少的匝间短路，差动保护和电流速断保护都不能反映。而变压器内部故障中，匝间短路故障比率达到一半以上[1]，所以变压器内部故障一直都是故障分析的难点和薄弱环节，近期的主要研究主要是通过建模分析内部故障[2-4]，下面通过一起110kVY/Y/Δ型变压器内部故障，如何查找分析匝间短路。

一故障过程及试验介绍

1、主变保护动作情况：

现场#1主变保护屏WBH-812差动保护装置“跳闸”灯亮，差动保护B、C相动作。WBH-814非电量保护装置“信号”“跳闸”灯亮，重瓦斯动作。

列出故障前的各侧电流、差动电流和制动电流如表1：

经过上述的数据可以看出，高压侧为电源点，中、低压侧位负荷点，高压侧电压基本不变，排除高压侧故障。从故障电流可以看出，

B相电流最大。大致判定故障在B相中压侧或者低压侧[5]。

根据差动保护的比率制动方程，Id=|I1+I2+I3|，Ir=MAX(I1，I2，I3)。A相差动电流1.3<1.31，A相不动作；B相差动电流

2.68>1.31+0.52*0.5，落在动作区间内，B相保护动作正确；C相差动电流1.38>1.31，落在动作区间内，C相保护动作正确。

故障后绕组的频响试验

检测变压器的绕组是否发生变形，高中低三侧绕组频响波形以及相关系数均良好，只是中压侧绕组的频响波形比较不一致，判断中压侧绕组可能发生严重变形。绕组变形试验，采用频率响应法分析变压器三侧绕组变形试验结果如图1至图3和表3至表5。可以查找历年故障报告看出，近期变压器发生过中压侧近区相间短路，中压侧受短路冲击电流影响最大，变形最严重。

4、油化数据分析

某变电站原#1主变的历年油化分析数据见表6，其油中溶解气体的三比值编码见表7。在事故发生后，#1主变的变压器油中的乙炔超过注意值150μL/L，主变静置20小时后，油中的总烃超过注意值150μL/L。根据充油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相

对浓度与温度的相互依赖关系，从CH4/H2，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值，以不同的编码表示，得三比值编码为：102，初步判定本次故障为高能量电弧放电，引起事故的可能原因包括：变压器线圈匝间、层间短路，相间闪络、分接头引线间油隙闪络、引线对箱壳放电、线圈熔断、因环路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等。

表6某主变历年油中溶解气体检测数据

表7某主变油中溶解气体三比值编码

二、变压器吊罩吊芯过程：

（1）中压侧B相线圈之间存在匝间短路现象，结合故障电流及试验数据推测应该是造成这次故障的主要因素：吊芯过程发现B相中压侧绕组上部已明显烧毁、变黑，绝缘严重老化，系本次故障所致；B相中压侧绕组外侧绝缘严重老化、变黑，故障层绕组轻微变形，匝间短路发生在36-37饼之间，总共有76饼。如下图所示：

（2）发现C相中压侧绕组严重变形，如下图所示。但C相中压侧绕组上并未发现有明显的放电、碳化痕迹，由于2013年2月3日35kV 母线发生A、C相短路发展为三相短路的事故，C相变形可能由此引起，而事故后主变又正常运行了4个多月，且本次故障中压侧的电流很小，因此推测C相中压侧绕组变形不是本次故障所致。

三、总结及故障分析：

变压器匝间短路故障的匝数一般很少，故障时绕组中这部分被短接起来，但仍是闭合的线圈，相当于产生了一个新的高匝比NS的“短路变压器”；剩下未短路的部分可以当成另一变压器N1'。原变压器绕组变成了匝间短路绕组和剩余部分绕组并联组成的绕组。

从短路匝的角度分析。考虑变压器的饱和因素，即使发生匝间短路，铁芯内的磁通量也不会明显变化。假设原边的感应电势为E1，短路匝的感应电势则为ES=(NS/N1)E1，而短路匝的阻抗ZS=Z1（NS/N1）2很小，将会引起很大的短路电流IS=(N1/NS)I1。该电流为变压器内部匝间短路提供了监测的线索。匝间短路的绕组由于电流很大发生绕组的熔化，现场发现周围有铜珠。

区别变压器内部故障还是外部故障；内部故障时，变压器发生相间短路的概率很小，有研究统计，变压器内部故障发生匝间短路的概率为85%。相间短路发生在高压侧和中压侧比较好鉴别，发生在低压侧时，按照滞后相的电流为其他两相的两倍来鉴别，且该两相的相位相反。

如果确定为匝间短路，严格区分高压侧、中压测、低压侧匝间短路。某一相高压侧电流最大，则该相为匝间短路相。某变压器为三相三柱式变压器，高压侧为电源侧，中压侧和低压侧为负荷侧。绕组发生匝间短路，匝间短路和剩余绕组并联后的阻抗比匝间短路的阻抗较小，折算到高压侧的短路阻抗很小，故高压侧的回路阻抗变小，进行短路计算时，高压侧电流变大。所以从故障电流看出，故障时高压侧B 相的电流最大，推测B相发生匝间短路。

进行高压试验的局放试验中，给低压侧B相加压，由于电流过大，无法加压。此时存在两种可能：（1）低压侧匝间短路，此时给低压侧绕组加压，相当于低压侧绕组匝数变少，低压侧电流增大。（2）高压侧或中压侧匝间短路，在电源侧低压侧加压，此时匝间短路使得副边的绕组接近于短路，使原边无法励磁，电压全部加在漏抗上，导致低压侧电流过大。

而短路时高压侧电压基本正常，可以判断出故障肯定在中压侧或者低压侧B相。结合绕组的频率响应曲线分析，中压侧绕组发生严重变形，可以推测最可能的故障为中压侧B相匝间短路。经过吊罩检查，分析结果与实际一致。

参考文献：

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