駢建清，王夏洋

（晉能控股山西電力股份有限公司，山西太原 030031）

0 引言

發(fā)電廠中的主變壓器（以下簡稱“主變”）、高壓廠用變壓器（以下簡稱“高廠變”）和啟備變壓器（以下簡稱“啟備變”）作為輸電或配電系統(tǒng)電源變壓器，為電網(wǎng)或發(fā)電廠廠用電提供電源。輸電網(wǎng)和廠用配電網(wǎng)系統(tǒng)龐大、設(shè)備眾多，故障發(fā)生的頻次較高；每一次發(fā)生故障，流過變壓器的故障電流都會對變壓器繞組產(chǎn)生熱和力兩方面的影響，極有可能造成繞組股線焊點開焊、線包局部或整體變形、鐵芯受損等后果；線包的局部或整體變形，會進一步誘發(fā)變壓器匝間、相間或高低壓繞組之間的短路故障，嚴(yán)重威脅變壓器的安全運行。為防止大型變壓器因近端短路后繞組變形誘發(fā)變壓器事故，國家能源局編制的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》[1]中，對變壓器近區(qū)突發(fā)短路后的檢查要求做了規(guī)定。

2017 年，某風(fēng)電場主變遭受短路沖擊后處置不當(dāng)，再次投運時變壓器發(fā)生短路事故，變壓器返廠維修；2018 年，某電廠220 kV 出線套管發(fā)生接地故障，造成所在母線中性點接地運行的主變高壓側(cè)繞組發(fā)生輕微變形。由于短路故障點有時位于發(fā)電廠圍墻外的出線處，有時位于廠用電負(fù)荷開關(guān)出口或母線處，這些位置的故障不容易被重視或被人為地排除在“近端故障”的范圍之外，因此埋下了事故隱患。

本文結(jié)合某電廠6 kV 母線短路事故，在具體的執(zhí)行落實層面，從“如何判斷變壓器是否遭受過短路沖擊”“如何判斷短路沖擊的影響程度”和“如何處置繞組變形故障”3 個方面，對反事故措施中的“近端短路”和預(yù)防性試驗規(guī)程中的“必要時”做了闡述，為發(fā)電和供電企業(yè)處置類似問題提供了一個思路，避免變壓器帶病運行埋下事故隱患。

1 高廠變繞組變形事件的分析和處置

1.1 高廠變遭受短路沖擊

某電廠高廠變制造于1998 年，變壓器采用雙分裂繞組，分裂方式為輻向分裂。變壓器型號為SFF9-50000/23，變壓器額定容量為32.5-2×16.25/50-2×25 MVA，連接組別為Dyn1-yn1，半穿越阻抗電壓16%（50 MVA）、全穿越阻抗電壓6.67%（50 MVA）、分裂系數(shù)5.38；變壓器A、B 兩個分支分別接帶6.3 kV 兩段廠用母線。2019 年7 月14日，6.3 kV A 分支某饋線開關(guān)出口處第二次發(fā)生UW 相短路故障（第一次UW 相短路故障為同一間隔同一位置，發(fā)生于2009 年）。檢查發(fā)變組故障錄波器，高廠變A 分支短路電流分別為U 相20 961 A、W 相20 549 A，短路故障由饋線開關(guān)電流速斷保護切除，故障持續(xù)時間120 ms。

依據(jù)《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導(dǎo)則》（DL/T 1093—2008）附錄A“繞組變形檢測與變壓器承受短路次數(shù)的規(guī)定”，當(dāng)變壓器遭受外部短路沖擊達到規(guī)定值時（如表1 所示），為防止變壓器繞組變形誘發(fā)事故，應(yīng)及時安排檢測[2]。依據(jù)附錄A 短路計算結(jié)果和故障錄波器實測短路電流值，本次短路電流比率已超出95%；鑒于該分支已發(fā)生過一次相同位置的UW 相短路故障，且高廠變對發(fā)電廠的重要程度，記近端短路沖擊2 次，應(yīng)盡快開展繞組變形相關(guān)檢測試驗。為防止短路沖擊已經(jīng)造成變壓器繞組變形和早期短路故障，立即進行了變壓器油色譜試驗，并在第4 d、10 d、30 d 跟蹤了油色譜情況，試驗均合格，變壓器監(jiān)視運行。

表1 短路電流比率與允許不檢測次數(shù)對照表

1.2 高廠變短路沖擊造成繞組變形

按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（DL/T 596—1996）第6.11.c 條款“變壓器出口短路后可進行的試驗”[3]，在機組停運后，立即開展了直流電阻、短路阻抗和繞組頻率響應(yīng)特性試驗，直流電阻試驗合格，但短路阻抗和頻響特性試驗均不合格。

1.2.1 短路阻抗試驗數(shù)據(jù)分析

機組停運后，完成了變壓器的低電壓短路阻抗測試試驗，分別測量了變壓器的半穿越阻抗、全穿越阻抗和分裂阻抗，具體的試驗數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 短路阻抗的初始值和故障后的實測值

依據(jù)《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測判斷導(dǎo)則》（DL/T 1093—2008）中的6.3.1 條款規(guī)定，容量100 MVA 及以下且電壓220 kV 以下的電力變壓器繞組參數(shù)縱向比較的相對變化不應(yīng)大于±2%；依據(jù)變壓器廠產(chǎn)品試驗報告第2 條“保證值、實測值、允差”，半穿越短路阻抗的允許誤差為±7.5%、全穿越短路阻抗的允許誤差為±10%。由此，可以判斷變壓器A 分支U、W 相和B 分支V 相存在繞組變形問題，A 分支W 相變形較為明顯。

《電力變壓器 第5 部分：承受短路的能力》（GB 1094.5—2008）將檢測短路電抗值作為判斷變壓器是否承受住短路電流沖擊的規(guī)定項目，并指出“觀察測量電抗的可能變化是特別重要的”[4]。現(xiàn)場用低電壓測試短路阻抗以判斷變壓器繞組有無變形已有多年，多次檢出了動穩(wěn)定狀態(tài)劣化的大中型電力變壓器，并經(jīng)器身檢查得到驗證和處理，避免了變壓器短路損壞事故。因此，試驗數(shù)據(jù)對判斷繞組變形問題有較強的權(quán)威性。

1.2.2 頻率響應(yīng)法繞組變形試驗數(shù)據(jù)分析

完成了變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)法試驗，測量并形成了低壓側(cè)A 分支繞組的頻率響應(yīng)曲線和相關(guān)系數(shù)。依據(jù)《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》（DL/T 911—2004）第7 條“繞組變形的分析判斷”[5]，對變壓器三相繞組進行橫向比較。結(jié)果顯示，三相繞組的頻譜曲線一致性較差，W 相繞組頻譜曲線的波峰和波谷在100～600 Hz、600 Hz 以上的波形段與其他兩相相比有明顯變化；而低壓側(cè)B 分支頻譜曲線在各個頻率段的一致性均較好。中頻段波峰波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組發(fā)生扭曲和鼓包等局部變形現(xiàn)象；高頻段波峰波谷位置發(fā)生明顯變化，通常預(yù)示著繞組可能存在整體位移或引線位移現(xiàn)象。另外，依據(jù)《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》（DL/T 911—2004）附錄A“用相關(guān)系數(shù)R輔助判斷變壓器繞組變形”，中頻段相關(guān)系數(shù)R＜0.6，說明變壓器存在明顯變形問題。由實測數(shù)據(jù)可知，中頻段U、W 相的相關(guān)系數(shù)R分別為0.57 和0.37，說明變壓器繞組存在明顯的變形問題。

1.2.3 變壓器吊罩檢查繞組變形情況

在完成試驗數(shù)據(jù)的初步分析后，為及早確定故障程度[6-7]，為下一步問題的處置預(yù)留充足的時間，立即對變壓器進行了吊罩檢查，并重點對遭受沖擊的高壓側(cè)W 相、低壓側(cè)A 分支UW 相繞組的變形、移位和固定情況進行檢查。變壓器吊罩后發(fā)現(xiàn)，高廠變低壓側(cè)A 分支U 相出線端、W 相出線端及尾端繞組存在明顯的位移、變形、紊亂現(xiàn)象。由于變壓器分裂方式為幅向分裂（B 分支繞組位于最里側(cè)、高壓側(cè)繞組位于中間、A 分支繞組位于最外側(cè)），無法看到高壓側(cè)及B 分支繞組的變形情況及空間位置。變壓器吊罩后的檢查結(jié)果也印證了2 個試驗所判斷的U、W 相繞組存在變形且W 相變形較為明顯的結(jié)論。

1.3 高廠變繞組變形的處置

受變壓器返廠大修的運輸條件、檢修工期等因素影響，變壓器不具備返廠修復(fù)條件，決定在現(xiàn)場對繞組進行簡單復(fù)位并監(jiān)視運行。另外，考慮到高壓側(cè)繞組和低壓側(cè)B 分支V 相繞組變形無法檢查處置、變壓器絕緣紙板墊塊等老化、容量不滿足實際需求的影響，以及現(xiàn)場修復(fù)時千斤頂無法達到制造廠上百噸壓緊裝置對繞組壓緊固定的效果、變壓器短路阻抗整體增大、繞組抗短路能力進一步弱化的現(xiàn)狀，同步啟動變壓器的更新改造工作，對變壓器進行整體更換。

變壓器現(xiàn)場修復(fù)結(jié)束后，除常規(guī)試驗外，再次開展了短路阻抗、繞組變形、局放、交流耐壓等特殊試驗，驗證變壓器不存在潛在故障現(xiàn)象；變壓器再次投運后，按照規(guī)程要求持續(xù)跟蹤了變壓器油色譜試驗，并下發(fā)了專項措施規(guī)范設(shè)備啟停，嚴(yán)防系統(tǒng)再次發(fā)生短路故障沖擊變壓器。

2 對變壓器繞組變形的幾點看法

從本次高廠變繞組變形的處置過程可以看出，以下幾點非常關(guān)鍵：一是通過故障錄波器，檢查并確認(rèn)變壓器承受的短路電流值和短路沖擊時間，并通過短路電流及累計沖擊的次數(shù)，確定是否需要立即開展繞組變形等診斷試驗。二是在變壓器遭受沖擊后，立即開展油色譜分析，確保變壓器無早期故障現(xiàn)象；在變壓器無故障的情況下，做好運行監(jiān)控，防范系統(tǒng)再次短路沖擊變壓器。三是達到短路沖擊次數(shù)要求的變壓器，要立即按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（DL/T 596—1996）要求，開展直阻、繞組間及對地電容、短路阻抗、頻響特性、空載電流和損耗試驗，必要時進行局放試驗，對變壓器進行進一步診斷。四是診斷試驗顯示變壓器存在明顯變形問題的，要盡快安排吊罩檢查，評估變壓器繞組變形的程度，并進行修復(fù)。五是修復(fù)后的變壓器要重新進行變比、繞組變形、短路阻抗、交流耐壓、局放等全套試驗，評估變壓器修復(fù)效果，留存變壓器修復(fù)后的原始數(shù)據(jù)并作為下次試驗數(shù)據(jù)比對的初始值。六是要汲取短路沖擊教訓(xùn)，采取措施避免變壓器再次遭受系統(tǒng)短路沖擊，確保變壓器長周期安全運行；變壓器投運后，按照規(guī)程要求持續(xù)跟蹤變壓器油色譜。

3 意見和建議

對于系統(tǒng)的區(qū)外故障，只有繼電保護專業(yè)通過定期檢查故障錄波器，才能發(fā)現(xiàn)變壓器所承受的短路電流值和時間，而這2 個數(shù)據(jù)恰恰是電氣一次專業(yè)對變壓器開展?fàn)顟B(tài)分析的關(guān)鍵。因此，建立變壓器短路沖擊臺賬記錄，并定期向電氣一次專業(yè)通報數(shù)據(jù)非常重要，應(yīng)健立完善類似機制。根據(jù)臺賬記錄，適時開展變壓器狀態(tài)評估，做好短路沖擊后的診斷試驗，對防范變壓器繞組變形誘發(fā)短路事故意義重大，應(yīng)加以重視。對遭受沖擊后的主變壓器，應(yīng)采取變更中性點運行方式、提高繼電保護動作可靠性和快速性、采取措施避免短路頻次等手段，避免變壓器再次遭受沖擊，這也是防范大型變壓器事故的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語

變壓器是發(fā)電廠和電網(wǎng)輸配電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，做好變壓器的狀態(tài)分析對保障變壓器安全運行、保證供電穩(wěn)定意義重大。只要運維人員時常密切關(guān)注影響設(shè)備安全的各項動態(tài)參數(shù)，并認(rèn)真嚴(yán)格落實各類規(guī)程要求，就能從根本上確保主設(shè)備安全穩(wěn)定運行。