变压器故障诊断分析

2 试验数据初步分析

　　从绝缘电阻、介损、直流耐压及泄漏电流的试验数据看，低压侧主绝缘水平明显降低，且铁心对地短路。从变压比试验数据看，涉及低压绕组的变压比测不出，说明低压侧电压幅 值有明显变化，低压绕组可能存在匝间故障。从直流电阻试验数据看，低压侧绕组三相不衡 率达46%，说明低压绕组有明显故障。但故障是哪一相或哪几相的问题，此处不能得出结论。从色谱数据分析，前2次均未发现故障迹象，这与上述电气试验结论相悖。按常理色谱试验反应故障的能力应更灵敏些，此次是差动、瓦斯保护均动作，直流电阻严重不平衡，变压器内 部明显存在 严重故障，色谱试验应能反应出来。

3 进一步诊断分析

3.1 色谱数据未能反映出故障的原因分析
　　取油样详细情况:取样人为非色谱专业人员，第1次色谱取样是在变压器底部放油阀处，取样前曾将放油阀导管的死体积油放了一些，当时没有在本体取样阀处取样的原因是没有足够大的扳手来松开取样阀的盖帽;第2次色谱取样是在变压器本体下方的放气取样盒处，该取样盒与气体继电器顶部用铜管相连，这样设计的目的是为了方便运行中工作人员安全地取样。取样盒本身约有800mL的容积，加上铜管还有一定的容积，如取样前放油不够，取油样极有可能为取样盒和铜管内的死体积油，不能代表本体油;为了弄清色谱试验结论与电气试验结论不相符的原因，又分别在变压器的气体继电器处及本体取样阀处提取了油样，这2次色谱分析结论与前2次完全不同，氢气、乙炔、总烃明显吴现故障特征，乙烯、甲烷也有一定反应，2个油样品色谱分析后的结论均为严重故障，且本体油样比气体继电器油样的特征更为明显。前2次油样未能反应本体故障特征的原因是由于取样部位不对，或者说取样前放出死体积油的数量不够造成的。
3.2 绕组线间直流电阻值反映故障相问题的分析
　　从故障后所测得的直流电阻试验数据可以看出，低压绕组b、c间的直流电阻值最大，而a、b及b、c间的直流电阻值相对较小且差别 不大，由于低压绕组是三角形接法，所测得的只是线电阻，尽管三相不平衡系数46%已表明严重超标，但却无法直接判定故障的相别及单相绕组阻值变化的严重程度。
　　现查得2003年10月 16日，即故障前交接试验中油温30℃时低压绕组的直流电阻数据ab、bc、ca分别18.31、18.17、18.30mΩ，按温度系数（235+10）/（235+30）=0.9245换算至现在10℃时的数据ab、bc
、ca分别16.93、16.80、16.91mΩ。故障后直流电阻值与故障前相比，线电阻ab、bc、ca分别相对增加了25.75%、97.08%、26.79%。一般来说，突发的内部绕组故障多为某一相绕组的故障，多相绕组同时发生故障的可能性较少，究竟是哪一相绕组的发生了故障呢。
    Y，d11组接线中三角形绕组的实际接线见图1，三角形接线中外部测得的线电阻与内部单相绕组电阻的关系见图2。

图1 Y，d11组接线中三角形绕组实际接线

图2 三角形接线中外部线电阻与内部单相绕组电阻的关系

    从图2看出，线电阻ra 实为b相绕组电阻rb与a、c相绕组电阻之和（ra +rc）的并联值，且正常时rb支路电阻值比（ra+rc）支路电阻值小一半，由于并联电路总电阻的数值变化主要取决于小电阻支路电阻值的变化，故线电阻rab的变化主要取决于相电阻rb 的变化。相应地，线电阻rbc的变化主要取决于相电阻rc的变化，线电阻rca的变化主要取决于相电阻ra 的变化。而故障后主要是线电阻rbc增加了97.08%，故反映出的应是c相绕组故障，即rc一定有了比97.08%不同程度的变化。为了求出c相电阻故障前后相对变化倍数究竟为多少，现设三相正常时的单相绕组电阻值为R，故障相（小电阻支路相）c相电阻值的变化倍数为X，所引起对应的线间电阻rbc的变化倍数为Y，所引起非对应的线间电阻rab、rca的变化倍数为Y，则正常时，线电阻为

    （1）公式（1）中，当X=1时，即小支路相电阻没有变化时，Y也等于1，即线电阻不会有变化;当X=0时，即小支路相电阻减小到完全短接时，Y也等于0，即线电阻随小支路电阻一起变化到0;当X→∞时，即小支路相电阻增大到完全开路时有

也就是说，即使小支路相电阻增大到完全开路时，对应线电阻的变化倍数Y也不会大于3，事实也是如此，故障相开路时，线间电阻实际变为2R，刚好是正常线电阻（2/3）R的3倍。
　　 （2）公式（2）中，当X=1时，即小支路相电阻没有变化时，Y1也等于1，即非对应的 线电阻也不会有变化;当X=0时，即小支路相电阻完全短接时，Y1等于3/4，即随小支路电阻 变化到0时，非对应线电阻的变化只变到原来正常值的3/4，说明非对应的线电阻反映小支路 电阻变化的灵敏度相对要小些;当X→∞时，即小支路相电阻增大到完全开路时有

也就是说，小支路相电阻增大到完全开路时，非对应的线电阻变化倍数Y1不会大于1.5倍，与上述对应线电阻变化倍数3相比，灵敏度要小一半。
　　（3）将式（1）变形有1/Y=（X+2）/3X
　　可得 X=2Y/（3-Y） （3）
故障后实测数据中，对应的线电阻r bc 增加了97.08%，即Y为1.9708，将其代入式（3），可求得X=（2×1.9708）/（3-1.9708）=3.8297。即故障后c相绕组电阻值是故障前正常电阻值的3.8297倍，也即增加了282.97%。
　　（4）将X=3.8297代入式（2），可求得Y 1 =1.5（3.8291+1）/（3.8291+2）=1.2426。
也就是说，按公式计算，本次故障在非对应线电阻上增加的百分数应为24.26%，这与前面实测得到的非对应线电阻rab、rca 的增加百分数25.75%、26.79%能基本吻合证明本次故障完全可以定性为单一的c相绕组故障，且相电阻增加百分数为282.97%。

4 吊罩检查情况

　　该变压器在制造厂车间的吊罩检查情况是:低压绕组b相上侧的连接铜排向上隆起呈“人字形”，但未形成短路点，明显是短路电流电动力所致;高中压绕组及低压a、b相绕组均无故障及绕组变形迹象;低压c相绕组也无绕组变形迹象，但低压c相绕组下起第2～3饼靠铁心侧的铜导体部分均被烧熔烧坏，7根并绕的扁铜线中有3～4根烧熔烧坏及开路（低压绕组型式为连续式7根扁铜线换位并绕，每饼2匝）;相应铁心处有一点放电痕迹，内纸筒的相应部位变黑及碳化;绕组第2饼绕组外侧有烧坏开路的情况;铁心对地绝缘电阻接近于0，但用一薄纸板在夹件与铁心之间走过一遍以后，铁心对地绝缘电阻上升至5000MΩ，说明铁心绝缘电阻为0是铜熔化的粉末所至。
　　该变压器绕组抗短路变形能力没有问题，但低压连接铜排固定强度需进一步加强;低压c相绕组的局部隐患使之在过电压过电流情况下短路烧坏并波及三饼绕组的相同部位损坏，从而使电流通道几处大大变窄，使c相绕组的电阻值有一定程度增加。

5 启示

　　（1）绝缘电阻、介损、直流泄漏这3种绝缘试验手段对有问题绕组的绝缘诊断具有一定的作用，但主要是作为参考手段，其灵敏度不高，这次故障后测得数据有的甚至还没有超过规程标准，必须将稍有偏大的数据与其他良好绝缘的数据对照分析方可。
　　（2）色谱试验对油浸变压器的内部故障或潜伏性故障的诊断十分有效，灵敏度特别高。但注意所取样油样必须能代表本体油的情况，对死体积的油必须充分放尽后才能取样，否则就会误判断。建议 最好不要在自气体继电器引下来的放气取样盒处取样，应从本体取样阀处或气体继电器的放气塞处取样。制造厂家应重点设计好气体继电器的装设位置，以方便人员在运行中能安全地从气体继电器放气塞处取样和检查气体，由于运行中这样的机率并不多，设计引下来的放气取样盒究竟有无必要，值得商榷。
　　（3）直流电阻试验对绕组回路诊断的有效性是人所共知的，但对三角形接法的绕组只能测得3个线电阻数据，不能直接得知故障相别信息。当所测线电阻的三相不平衡系数明显增加（不一定必须超过2%的规程标准）时，应首先分析这3个线电阻数据是属于套管内接头接触不良的情况还是属于内部单个绕组因故障其电阻发生变化的情况。当其中2个线电阻数据异常大且相近，而另1个线电阻数据与前一次测得值（换算至同一温度）没有多大变化时，必定是套管内接头接触不良所至，且2个异常大数据所属相别中的共同相必定是故障相。当3个线电阻数据中1个数据异常大而另2个数据稍大且相近时（或1个数据异常小而另2个数据相近且与前一次换算至同一温度的值比稍小时），必定是某相单个绕组因故障其电阻增大（或小）的情况，电阻异常大（或异常小）的那个线电阻所对应的小支路电阻的相别必定是故障相。此时还可按3.2中所述方法求出该相单个绕组电阻的相对变化量，再进一步计算出另2个线电阻的相对变化量，将计算出的这个相对变化量与另2个实测的线电阻相对前一次值的相对变化量进行比较，如基本吻合，则所得结论是正确的。

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