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66kV電力變壓器安全運(yùn)行分析

文檔作者：敖明郝德智武志勇王廣軍陳東峰文檔來源： 1．吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院 2．吉林省電力有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月09日
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2008年6月
第36卷 第3期(總第196期)
Jun．2008
Vo1．36 No．3 (Ser．No．196)
66 kV 電力變壓器安全運(yùn)行分析
Analyses for Safe Operation on 6 6 kV Electric Power Transformer
敖 明 ，郝德智 ，武志勇。，王廣軍 ，陳東峰
(1．吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春130021；
2．吉林省電力有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130021；3．長(zhǎng)春供電公司，吉林 長(zhǎng)春 130021；
4．白山供電公司，吉林 白山 134300；5．四平供電公司，吉林 四平 136000)
摘 要：結(jié)合吉林省電力有限公司66 kV電力變壓器的運(yùn)行現(xiàn)狀，針對(duì)部分66 kV電力變壓器耐受短路能力不足
的問題，提出對(duì)66 kV變壓器的耐受短路能力進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合變壓器的檢修予以加強(qiáng)；對(duì)10 kV側(cè)短路進(jìn)行預(yù)防
和管理；加強(qiáng)變壓器制造過程中的質(zhì)量監(jiān)督；加強(qiáng)系統(tǒng)中過電壓的管理等預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞：66 kV 電力變壓器；故障；安全運(yùn)行
Abstract：According to the insufficient short circuit withstanding abilities of some 66 kV transformers in Jilin
Electric Power Co．Ltd，the suggestions of short circuit withstanding ability evaluation and improvement during
maintenance of 66 kV transformers are proposed．Precaution and management in 10 kV side，to improve the
supervision during transformers manufacturing and to improve the over voltage management are also proposed．
Keywords：66 kV electric power transformer；failure；safe operation
中圖分類號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009—5306(2008)03—0032—05
66 kV 電力變壓器發(fā)生故障，在造成一定經(jīng)濟(jì)
損失的同時(shí)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行和供電的可
靠性。2005年以來，吉林省電網(wǎng)先后發(fā)生3起66 kV
電力變壓器故障，其中1臺(tái)變壓器線圈變形損壞，2
臺(tái)嚴(yán)重?zé)龘p。通過對(duì)故障發(fā)生的原因、變壓器損壞的
程度以及66 kV 變壓器運(yùn)行的狀況分析，發(fā)現(xiàn)部分
66 kV 變壓器存在安全隱患。
1 變壓器故障分析
1．1 線圈變形故障
2005年2月，SFZ9—31500／66變壓器運(yùn)行中出
現(xiàn)色譜異常，總烴及絕對(duì)產(chǎn)氣率均超過注意值數(shù)10
倍，判斷故障性質(zhì)為高能量、固體絕緣碳化的低溫過
熱。色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
變壓器解體檢查發(fā)現(xiàn)，下鐵軛上端面與鐵軛接
觸的絕緣紙板發(fā)生過熱碳化，U 相、V 相之間較V
相、w 相之間嚴(yán)重(見圖1)。這一故障現(xiàn)象與油色譜
試驗(yàn)結(jié)果相吻合。
吊心檢查過程中發(fā)現(xiàn)低壓線圈u相嚴(yán)重變形，
線圈徑向呈橢圓形、向內(nèi)側(cè)凹陷(見圖2)。線圈的變
形程度表明該變壓器在運(yùn)行中受到過較大電流的沖
擊。運(yùn)行記錄記載該變壓器曾經(jīng)受過5次線路的短
表1 故障變壓器色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)(體積比) fL／L
試驗(yàn)時(shí)間 (H2) (CO) ~o(CO2) ~o(CH ) (C2H ) (C 2H 6) (C 2H2) (總烴)
20041224 117．8 1 202．0 3 585．4 157．2 406．1 591．5 0 794． 8
20050128 1 012．6 3 061．9 7 912．5 358．8 91． 8 886．9 0 1 337．5
20050207 2 328．0 6 91 6．1 12 123．0 369．2 145．3 1 380．8 0 1 895．3
收稿日期：2008—03—26
作者簡(jiǎn)介：敖 明(1959一)，男，高級(jí)工程師，主要從事變壓器技術(shù)研究與開發(fā)工作。
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2008年6月
第36卷 第3期(總第196期)
Jun．2008
Vo1．36 No．3(Ser．No．196)
圖1 下鐵軛上表面絕緣紙板碳化照片
路沖擊，其中2003年4月4日某線出口電纜短路弓
起的短路電流最大，是造成線圈變形的主因。
a． u相線圈成橢圓形
b．u相線圈向內(nèi)側(cè)凹陷
圖2 低壓u相線圈變形照片
從故障變壓器結(jié)構(gòu)可以看出：該變壓器的低壓
線圈與鐵心間缺少有效剛性支撐，當(dāng)變壓器在運(yùn)行
中受到短路電流沖擊時(shí)，低壓線圈不能承受面向鐵
心方向的壓縮力，造成低壓線圈的嚴(yán)重變形。但該變
壓器的線圈變形尚沒有造成絕緣損壞、油道堵塞，使
得該變壓器能夠繼續(xù)運(yùn)行而沒有立即燒損。
該變壓器下鐵軛上端面與之接觸的絕緣紙板碳
化，導(dǎo)致該變壓器色譜異常。該部位鐵心過熱有2個(gè)
原因：一是結(jié)構(gòu)原因，該變壓器鐵心采用的是“D”軛
結(jié)構(gòu)，下鐵軛上端面水平面積較大，而此處的絕緣紙
板與下鐵軛上端面之間沒有設(shè)置散熱油道，易造成
該處的局部過熱；二是諧波污染原因，該變壓器主要
為鋼廠提供電源，經(jīng)測(cè)試諧波超標(biāo)嚴(yán)重，諧波的存在
導(dǎo)致鐵心過熱，也是造成絕緣紙板碳化主要原因。
1．2 區(qū)外短路引起變壓器故障
2006年4月，由于距變電所300 m處的10 kV
電纜發(fā)生三相短路，導(dǎo)致SFZ7—31500／66電力變壓
器線圈上壓板變形開裂；上、下鐵軛絕緣墊塊移位；
低壓線圈墊塊支撐部位導(dǎo)線變形、絕緣破損；在低壓
， 線圈上部發(fā)生匝問短路導(dǎo)線燒斷(見圖3)。
通過對(duì)故障變壓器解體分析發(fā)現(xiàn)低壓、高壓、調(diào)
壓線圈均沒有采用硬紙筒；沒有下壓板；上壓板采用
的是層壓木板；調(diào)壓線圈不帶外部鎖緊撐條；絕緣端
圈采用普通紙板粘接而成，機(jī)械強(qiáng)度低；壓裝結(jié)構(gòu)不
合理，相間沒有壓點(diǎn)，沒有填充撐板。
經(jīng)計(jì)算本次短路電流約為9 500 A，是額定電
流的5．48倍左右。在此短路電流的沖擊下，導(dǎo)致變
壓器線圈發(fā)生變形，匝間絕緣擊穿。
1．3 操作過電壓引起變壓器故障
2006年9月，在進(jìn)行10 kV 電容器合閘操作
時(shí)，發(fā)生SZ9—31500／66電力變壓器主、縱絕緣擊穿。
在對(duì)變壓器解體時(shí)發(fā)現(xiàn)，低壓w相上、下壓板有大
量銅瘤及碳化物，三相調(diào)壓線圈外觀可見變形、部分
絕緣墊塊脫落和移位。三相調(diào)壓線圈及內(nèi)、外紙板筒
有可見的變形、內(nèi)紙板筒絕緣鉚釘串位；三相高壓線
圈外表面有凸凹變形，相間下部第2、第3段線匝倒
摞；三相單螺旋式低壓線圈已嚴(yán)重變形，低壓w相
線圈上數(shù)第3匝與第4匝間的大部分線匝嚴(yán)重?zé)龘p
并產(chǎn)生大量銅瘤及碳化物(見圖4)。
經(jīng)分析，此次事故為投10 kV 電容器時(shí)產(chǎn)生的
過電壓導(dǎo)致該變壓器低壓線圈w相匝問絕緣擊穿、
匝問短路。
以上3起變壓器故障存在以下共同特點(diǎn)：
a．故障變壓器結(jié)構(gòu)落后，耐受短路強(qiáng)度不夠；
b．故障變壓器在運(yùn)行中多次承受來自10 kV
側(cè)的幅值不同的短路沖擊；
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2008年6月
第36卷 第3期(總第196期)
Jun．2008
Vo1．36 No．3 (Ser．No．196)
a．匝間絕緣擊穿部位
C．上壓板斷裂
b． 繞組幅向變形
d． 繞組軸向變形
圖3 SFZ7—31500／66變壓器燒損照片
c．故障變壓器線圈存在不同程度的變形積累， 變電所10 kV 側(cè)短路跳閘管理機(jī)制，加強(qiáng)10 kV線
變形積累導(dǎo)致匝間絕緣受損逐漸嚴(yán)重，同時(shí)耐受短
路能力逐漸降低，最終在幅值不大的短路電流沖擊
下或幅值不大的過電壓沖擊下匝間絕緣擊穿，變壓
器燒損；
d．嚴(yán)重?zé)龘p的2臺(tái)故障變壓器其中1臺(tái)與過電
壓有關(guān)，在操作投運(yùn)10 kV 電容器時(shí)發(fā)生故障。
2 存在隱患的66 kV變壓器運(yùn)行狀態(tài)調(diào)查
目前電網(wǎng)中運(yùn)行的與故障變壓器同生產(chǎn)廠家、
同生產(chǎn)時(shí)期、同型號(hào)的變壓器約占66 kV變壓器總
臺(tái)數(shù)的25 左右，均可能存在上述安全運(yùn)行隱患。
通常二次變電所10 kV配出線路由配電管理，
1O kV線路跳閘變電不進(jìn)行管理。目前所統(tǒng)計(jì)的短
路次數(shù)來自運(yùn)行記錄，而短路電流幅值數(shù)據(jù)為計(jì)算
結(jié)果。鑒于66 kV變壓器的運(yùn)行現(xiàn)狀，應(yīng)建立二次
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路的絕緣化工作，減少跳閘次數(shù)，采取對(duì)操作過電壓
的抑制措施，有計(jì)劃地測(cè)試電容器等設(shè)備投切過程
中產(chǎn)生的過電壓值，安裝避雷器限制過電壓幅值。對(duì)
存在隱患的變壓器應(yīng)結(jié)合運(yùn)行監(jiān)督、維護(hù)與檢修逐
漸進(jìn)行消缺工作。
3 防范措施
根據(jù)近年來所發(fā)生的66 kV 變壓器燒損故障，
結(jié)合吉林省電網(wǎng)運(yùn)行、檢修、維護(hù)等工作，提出以下
防范措施。
3．1 加強(qiáng)對(duì)66 kV變壓器短路的管理
66 kV變壓器1O kV配出線路，由于種種原因
經(jīng)常發(fā)生短路跳閘，以往對(duì)10 kV線路的跳閘不進(jìn)
行統(tǒng)計(jì)管理，既沒有1O kV 側(cè)短路次數(shù)、短路電流
的自動(dòng)記錄裝置，也不根據(jù)短路次數(shù)等因素進(jìn)行變
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第36卷 第3期(總第i96期)
Jun．2008
Vo1．36 No．3(Ser．No．196)
a．高壓w 相線圈下部變形線匝
c．低壓w相線圈端部燒損
b．低壓w相線圈嚴(yán)重變形
圖4 sz9—31 500／66變壓器燒損照片
壓器的狀態(tài)評(píng)估。為改變現(xiàn)狀建議如下：
a．對(duì)全省66 kV二次變電所安裝可以自動(dòng)記錄
10 kV側(cè)短路電流值的裝置；
b．建立變壓器10 kV側(cè)近區(qū)短路跳閘管理機(jī)
制。記錄短路前負(fù)荷情況、短路電流的大小、短路時(shí)
間、重合閘情況(重合閘次數(shù)，時(shí)間間隔)、變壓器保
護(hù)動(dòng)作情況；
C．規(guī)范發(fā)生1O kV側(cè)線路短路沖擊變壓器處理
程序，1O kV線路短路變壓器處理程序見圖5。
3．，． 對(duì)存在隱患變壓器的處理
對(duì)存在隱患和進(jìn)入檢修期的變壓器進(jìn)行狀態(tài)評(píng)
估，以確認(rèn)該變壓器的檢修等級(jí)。建議將評(píng)估檢修確
定為：升級(jí)檢修(A級(jí))、加固檢修(B級(jí))、一般檢修
(C級(jí))。評(píng)估程序見圖6。
對(duì)于被評(píng)為A、B級(jí)檢修的變壓器應(yīng)返廠檢修，
C級(jí)檢修可在現(xiàn)場(chǎng)吊心處理。各級(jí)檢修的具體的檢
修內(nèi)容，可由有關(guān)部門提出檢修評(píng)估細(xì)則。
3．3 新上變壓器的耐受短路能力要求
d．線圈端部匝間短路點(diǎn)片
對(duì)于新上66 kV變壓器，應(yīng)在結(jié)構(gòu)、材料、工藝
上提出具體要求，在監(jiān)造過程中嚴(yán)格監(jiān)督。
a．低壓內(nèi)襯筒采用玻璃鋼筒或5 mm硬紙筒，
鐵心拄用撐條圓周化，高壓線圈、調(diào)壓線圈采用T4
硬紙筒，增加撐條數(shù)量，高壓線圈采用外鎖緊墊塊，
器身裝配時(shí)用紙板將輻向間隙填實(shí)；采用 ． >
120 MPa的半硬銅導(dǎo)線，魏德曼紙板，墊塊經(jīng)過密化
處理，上、下壓板采用不小于45 mm 厚的整張紙板
壓制的整體層壓紙板，每相壓釘數(shù)量不少于8個(gè)；
b．線圈要采用帶有自動(dòng)鎖緊裝置的繞線機(jī)繞
制，采用恒壓干燥工藝；器身采用整體套裝工藝；
c．設(shè)計(jì)上要進(jìn)行動(dòng)態(tài)短路力計(jì)算，保證安匝平
衡；保證足夠的絕緣尺寸與裕度。
3．4 對(duì)易產(chǎn)生操作過電壓設(shè)備的要求
對(duì)電容器、電抗器、電纜等易產(chǎn)生操作過電壓的
設(shè)備，應(yīng)定期測(cè)試在投切過程中產(chǎn)生的過電壓幅值。
抑制超過標(biāo)準(zhǔn)要求的過電壓產(chǎn)生。
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2008年6月
第36卷 第3期(總第196期)
吉 林 電 力
Jilin Electric Power
Jun．2008
Vo1．36 No．3(Ser．No．196)
4 結(jié)論
圖5 10 kV線路短路變壓器處理程序
圖6 變壓器評(píng)估檢修等級(jí)程序
路次數(shù)，限制短路電流。
a．在吉林省電網(wǎng)中運(yùn)行的部分66 kV電力變壓
器耐受短路動(dòng)穩(wěn)定能力不足，應(yīng)開展對(duì)66 kV變壓
器的耐受短路能力的評(píng)估，結(jié)合變壓器的檢修予以
加強(qiáng)。
b．對(duì)66 kV 電力變壓器短路沖擊缺乏有效的
管理，應(yīng)對(duì)1 OkV側(cè)短路進(jìn)行預(yù)防和管理，減少短
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C．對(duì)新投運(yùn)的66 kV 電力變壓器，應(yīng)加強(qiáng)制造
過程中的質(zhì)量監(jiān)督，從設(shè)計(jì)、原材料、工藝過程和驗(yàn)
收投運(yùn)，形成行之有效的質(zhì)量控制管理。
d．加強(qiáng)系統(tǒng)中過電壓的管理，采取措施限制操
作過電壓。
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(編輯 劉文千)

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