西南某水电站4主变故障事故

1、故障发现的经过

2016年12月19日，西南某电厂按检修计划完成了#4主变年度检修和预防性试验后，向调度申请将#4主变恢复送电， 5021和5022断路器已转为热备用。

15:08 56 99 运行值班人员在中控室操作合闸5021断路器时，主变保护动作，保护动作情况如下：

15:08 57 542 4号主变保护A屏差动动作跳闸

15:08 57 542 4号主变保护B屏差动动作跳闸

15:08 57 572 5021断路器保护动作跳闸

15:08 57 718 4号主变保护C屏重瓦斯动作跳闸

设备现场人员发现在5021断路器合闸瞬间，#4主变大量喷油，立即将情况汇报给当班值长。当班值长下令停止一切操作，立即将事故情况汇报给当值调度人员。

事件发生时，变压器上部和底部均出现喷油情况。

2.故障原因分析

2.1 变压器检查结果及色谱

检查结果：

1）高压线圈最下部8饼导线匝绝缘破坏击穿变形，高压线圈其他部位表面熏黑，线圈内部在800mm高处沿撑条爬电对地(中性点)击穿。

2）低压线圈除部分熏黑外，正常。

3）油箱变形。

绝缘油色谱在线监测数据

根据三比值法代码判断，其比值编码组合102，故障类型判断属于电弧放电。2.2可能的短路故障类型分析

从上述分析得知，本次短路故障为高压A相内部故障，此时运行时的空载和负载电流可以忽略，提取高压的接线，对可能的短路故障类型进行分析。

本台变压器高压绕组为首端中部出线，上下并联结构，短路故障可能出现在上部或下部（上下部同时出现的概率很小），为方便说明，以下部故障为例进行说明，下部故障可能出现三种故障类型，正常运行与故障示意图分别如下图2~图4所示。

考虑形成短路故障前可能出现绕组对地击穿、饼间或匝间击穿等故障，短路过程中同时伴随着短路电流的力学振动冲击与热效应可能引起机械与电气降低等问题，本节分析有如下几点简化：

（1）以下部短路故障分析为例进行分析，实际故障可能为下述三种故障的3倍，即有6种以上可能的短路故障；

（2）分析短路故障电流时未考虑力场、热场、电场的综合作用；

（3）高压电源按额定电压计算，暂不考虑短路接触电阻。

图2 正常运行下高压绕组接线图 图3某线饼对对击穿短路示意图

图4饼间或匝间击穿短路示意图   图5饼间或匝间击穿短路并形成接地示意图

返厂解体检查发现，高压绕组无明显对地击穿放电点，判断上述分析中如图5所示的故障类型可能性最大。

结合解体现象，采用衡变专业的变压器短路阻抗与短路电流仿真计算软件进行仿真分析，假设图5所示的短路点出现在从下部开始的8段至首端位置，短路环的高度每增加100mm进行仿真分析，提取高压短路电流有效值与录波电流对如下：

图6不同短路环位置对应短路电流对比

考虑短路工况下存在一定的接触电阻，只要短路电流仿真结果大于录波电流值就有可能是本次短路故障发生的实际情况，所以判断现场出现了类似于图5所示的短路故障，形成击穿短路，短路点距离高压首端出线不大于300mm的位置，与实际解体现象一致。

2.3故障原因分析

1)变压器若本身内部存在缺陷均有产生-发展-扩大一系列过程，运行中各项指标参数异常情况可由在线监测装置得到实时监控，变压器正常检修前运行正常，所有日常化验项目、在线监测、变压器油均正常，可基本排除变压器存在明显缺陷可能。

2)变压器检修投运前各项指标一切正常，进一步证明变压器不存在明显缺陷。

3)变压器投切过程中，根据波形图可看出合闸励磁涌流数据为设计抗短路电流的35%，电动力与电流平方成正比关系，涌流电动力为短路电动力的12.3%，多次合闸累积机械作用可以忽略。

4)变压器铁心材料磁特性具有非线性、饱和性的特点，因此励磁阻抗受变压器铁心工作点的变化呈现非线性，通过励磁支路的电流大都具有丰富的谐波含量。而变压器发生匝间短路或饼间短路时，其阻抗为漏电抗，是一线性元件，通过漏电抗支路的电流主要为基波电流。从录波数据来看，4号主变合闸后40ms内，A相主变电流波形呈半波偏置，具有明显的偶谐特征，是一典型的励磁涌流波形，并不符合短路电流特征，因此在40ms以前并不存在匝间或饼间短路,排除事故是线圈下部匝间40ms以前短路引起可能。

#4主变A相电流波形

5)变压器正常常规预防性试验后复电过程中，在变压器内外部无异常情况下，仅60ms高压A相故障产生，无明显故障产生-发展-扩大过程，经吊芯事故解体检查发现故障位于高压线圈下半支路500kV首端1至12饼及尾端1至8饼之间，高压线圈下半支路内侧发现较大面积放电烧蚀痕迹，尾端线饼有变形，低压线圈及铁芯无异常，未发现绕组对铁芯放电痕迹。

6) )此次事故原因分析为：高压线圈绝缘薄弱点在投产冲击试验及运行期复电过程中，多次合闸冲击的累积作用下逐渐劣化，停运复电时冲击合闸过程中出现击穿放电，且故障点瞬间迅速扩大。

7)在投切过程中出现超过变压器绝缘承受能力的VFTO可能性较小。

8)该产品为衡变公司成熟设计，此故障属于偶发性故障。

9)故障发展情况见下图：