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[摘 要] 区外故障是引起运行中变压器故障的重要原因之一，通过两起变压器短路故障原因分析，对区外短路故障造成变压器损害进行讨论，并提出了预防区外短路故障对变压器造成危害的措施。
[关键词] 区外故障 变压器 损害 原因分析 预防措施
1.故障情况举例
1.1某厂#01启备变压器故障
1.1.1故障简况
某厂#01启备变（SFFZ8—50000/220，230/6.3—6.3KV）××年10月出厂，次年12月投运，一年半后因故障损坏。
××年5月13日9时58分，由于断路器未断开，合上接地刀闸（误操作，带负荷合接地刀闸），发生故障。#01启备变差动保护动作，本体轻瓦发信，重瓦保护动作；变压器三侧断路器跳闸。
1.1.2故障后检查情况
（1）外观检查情况：变压器外部无任何变形及异常情况。
（2）绝缘电阻：LV1/LV2为零兆欧。其余各绝缘电阻正常（LV1与LV2为变压器的两个低压绕组）。
（3）直流电阻：LV1绕组中b1_o1的直流电阻为0.004326欧，几乎是另外两相a1_o1，c1_o1的两倍。220KV高压绕组及6KV低压LV2绕组阻值正常。
（4） 绝缘油色谱分析：上部油样乙炔含量达590uL/L，由于油中溶解的特征气体主要为乙炔，远远超过导则规定的5 uL/L的注意值，三比值代码为102，可以判定变压器内部发生了高能量的电弧放电。下部油样各组分析正常。
（5）放油后，吊罩检查，发现油箱底部有部分烧焦绝缘纸，B相围屏上有铜粉附着。其余部位均正常。
（6）变压器器身解体检查情况。B相低压线圈b1的第一饼引出线至第五饼严重受损，其中第二饼16股线（每股导线截而为3×7.5mm）全部烧断，引出线十片1×50 mm铜片烧断五片。b1和b2线圈间的中间绝缘圈局部炭化，靠近线圈的第一层转屏也有局部烧损、炭化。其余围屏，撑条及端圈未发生变形和位移。从断口的截面可以看出线圈受到多次冲击，且损坏部位接近线圈尾部，分布电位较低。
1.1.3故障原因分析
经现场与厂家技术人员共同分析，判断变压器绕组经受过多次短路大电流冲击，最终导致绕组损坏。
除了变压器本身的质量问题，故障也暴露出运行单位在人员素质和设备管理上的漏洞。经调查后分析，运行操作人员违反安规，在合接地刀闸前未进行“验电”。其次，由于施工安装不细致，致使1A除尘变高压侧与电缆接地线距离过近引起弧光短路。由于开关质量问题引起接地故障。这些都说明了在设备订购，验收及管理上的不足。而接地刀闸与断路器之间的防带电合地刀的电气闭锁装置，由于建设中未按要求接好，也是导致5.13故障发生的一个原因。
这起变压器故障的直接原因是运行人员带电误合接地刀闸，造成变压器区外三相短路，由于该变压器从投运至本次故障累计经历了五次近区短路电流冲击，而多次短路电流冲击的累积效应是这次变压器故障的重要原因。
2.区外短路故障对变压器的损害分析
对以上变压器故障的分析，区外短路故障造成变压器损害的原因还有以下几点：
2.1短路电动力引起绕组变形。变压器受短路电流冲击时，若短路电流很小，继电保护动作正确，绕组变形应是轻微的；但如果短路电流很大，继电保护动作延时甚至拒动，变压器绕组变形将会很严重，甚至造成绕组损坏。
由于绕组中漏磁的存在，载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在绕组突然短路时，电动力最严重。漏磁通常可分解为纵向分量和横向分量。纵向磁场使绕组产生辐向力，而横向磁场使绕组受轴向力。轴向力使整个绕组受到张力,在导线中产生拉伸应力。而内绕组受到压缩力，导线受到挤压应力。
因此，当出口短路时，变压器绕组将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩，这种因电动力产生的机械应力，可能影响绕组匝间绝缘，对绕组的匝间绝缘造成损伤；而辐向电动力使绕组向外扩张，可能失去稳定性，造成相间绝缘损坏。电动力过大，严重时可能造成绕组扭曲、变形或导线断裂。
2.2短路应力的累积效应。变压器多次承受出口短路电流的冲击，造成绕组塑性变形，但还未达到形成事故的程度。由于绕组多次累积变形，使得绕组的机械强度和绝缘强度下降，当再次短路时，绕组在原有的变形基础上会进一步加剧，直至引发故障。
经验表明，运行中的变压器绕组一旦发生变形，将导致累积效应而出现恶性循环。因此，对于绕组已有变形但仍在运行的电力变压器来说，虽然并不意味着会立即发生绝缘击穿事故，但根据变形情况不同，当再次遭受并不大的电流或过电压、甚至在正常运行的铁磁振动作用下，也可能导致绝缘击穿事故。因此，在一些所谓的“雷击”或“突发”事故中，很可能隐藏着绕组变形这一故障因素。
由于短路应力的累积效应与短路故障有很大关系，因此变压器在遭受外部短路后，都应作详细记录，必要时应进行分析，并做出处理。在发生短路故障，进行故障分析时，应了解以往发生过的外部短路情况，并充分考虑累积效应的不良后果。
2.3短路故障持续时间越长，引起的损害越严重。统计结果表明，变压器在经受区外短路故障，因保护失灵，不能及时跳闸而发生损坏的，约占变压器损坏故障的30%。事实证明短路持续时间长短，也是引起变压器损坏的一个重要因素。
3.预防外部短路故障对变压器造成危害的有效措施
3.1按实测或计算的短路电流进行短路应力的计算。变压器发生短路后，应根据故障录波装置的记录来确定短路电流的大小。如果录波装置未能取得实测电流，则应根据实际短路点的阻抗，计算可能通过变压器绕组的最大电流。根据短路电流值的大小以对变压器可能遭受的损害进行准确的评估。
3.2对于经受过区外短路故障的变压器，应尽快判断绕组是否变形、绝缘是否损坏，以便确定变压器能否继续投运。通常采用的判断方法有：
（1）油色谱分析。根据气体组分含量进行分析，一旦C2H2急剧上升，说明绕组可能烧坏或烧断，线包绝缘遭到破坏。
（2）对变压器进行全面电气试验，排除绕组绝缘损坏的可能，测量直流电阻是发现绕组是否损坏的最有效手段之一。
（3）对新投运的变压器和未作过变形测试的变压器全部做一次变形测试，保留测试数据。这样在变压器遭受出口短路冲击后，可以此作为基础数据判断变压器变形程度，确定变压器能否继续运行。对未发生明显绕组变形的变压器，应将其及时投入运行，不仅可节省大量的人力、物力和财力，还可以大大缩短检修周期。
经过计算分析或绕组变形测量认为有可能发生较严重的塑性变形时，应进行吊罩检查处理，以防止变形累积，演变成短路故障。对经受过三次近区短路故障的变压器应进行吊罩检查。
实践表明，对受过短路电流冲击的变压器进行事实求是的分析，对判定变压器承受短路电流的能力是很有帮助的，这应该看作是一项必要的预防措施。
3.3不断完善变压器的保护配置，尽可能实现保护微机化，提高继电保护的可靠性和速动性，保证在发生外部故障时，尽快切除故障，而且不带故障重合。这对预防区外短路故障对变压器的损害是十分重要的。
3.4加强变压器保护的定期校验以及继电保护的定值、保护压板的管理，杜绝故障时因保护拒动而对变压器造成的损害。
3.5对全封闭的开关室，加强排气通风，始终保持开关室的干燥，防止设备凝露及污闪事故造成的变压器出口短路。
3.6严格按照变压器管理的有关规程、规定执行，保证运行中的变压器油始终处在一个纯净的环境，防止变压器内部发生故障。
3.7运行单位应确实提高人员素质，加强设备管理，保证开关“五防”装置的可靠，杜绝误操作事故的发生。
4.结束语
区外故障，特别是发生紧靠变压器出口的区外故障，巨大的短路电流可能对变压器留下隐患甚至造成严重损害，直接影响到电网的安全运行。发供电单位要深入分析、检查及试验，采取有效防范措施如减少该类型故障的发生几率、限制通过变压器绕组的短路电流；而制造厂家也应从设计及制造方面提高变压器自身的抗短路冲击能力，以确保变压器的安全运行。
参考文献：
[1]董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]姜益民.变压器运行中短路损坏的常见部位及原因分析[J].变压器，2005(4).
作者简介：
吴佩雄（1953－），男，教师，主要研究方向：电气一次系统。
蔡志猛（1972－），男，工程师，主要研究方向：集控运行。
颜黎明（1957－），男，副教授，主要研究方向：电工技术。
[关键词] 区外故障 变压器 损害 原因分析 预防措施
1.故障情况举例
1.1某厂#01启备变压器故障
1.1.1故障简况
某厂#01启备变（SFFZ8—50000/220，230/6.3—6.3KV）××年10月出厂，次年12月投运，一年半后因故障损坏。
××年5月13日9时58分，由于断路器未断开，合上接地刀闸（误操作，带负荷合接地刀闸），发生故障。#01启备变差动保护动作，本体轻瓦发信，重瓦保护动作；变压器三侧断路器跳闸。
1.1.2故障后检查情况
（1）外观检查情况：变压器外部无任何变形及异常情况。
（2）绝缘电阻：LV1/LV2为零兆欧。其余各绝缘电阻正常（LV1与LV2为变压器的两个低压绕组）。
（3）直流电阻：LV1绕组中b1_o1的直流电阻为0.004326欧，几乎是另外两相a1_o1，c1_o1的两倍。220KV高压绕组及6KV低压LV2绕组阻值正常。
（4） 绝缘油色谱分析：上部油样乙炔含量达590uL/L，由于油中溶解的特征气体主要为乙炔，远远超过导则规定的5 uL/L的注意值，三比值代码为102，可以判定变压器内部发生了高能量的电弧放电。下部油样各组分析正常。
（5）放油后，吊罩检查，发现油箱底部有部分烧焦绝缘纸，B相围屏上有铜粉附着。其余部位均正常。
（6）变压器器身解体检查情况。B相低压线圈b1的第一饼引出线至第五饼严重受损，其中第二饼16股线（每股导线截而为3×7.5mm）全部烧断，引出线十片1×50 mm铜片烧断五片。b1和b2线圈间的中间绝缘圈局部炭化，靠近线圈的第一层转屏也有局部烧损、炭化。其余围屏，撑条及端圈未发生变形和位移。从断口的截面可以看出线圈受到多次冲击，且损坏部位接近线圈尾部，分布电位较低。
1.1.3故障原因分析
经现场与厂家技术人员共同分析，判断变压器绕组经受过多次短路大电流冲击，最终导致绕组损坏。
除了变压器本身的质量问题，故障也暴露出运行单位在人员素质和设备管理上的漏洞。经调查后分析，运行操作人员违反安规，在合接地刀闸前未进行“验电”。其次，由于施工安装不细致，致使1A除尘变高压侧与电缆接地线距离过近引起弧光短路。由于开关质量问题引起接地故障。这些都说明了在设备订购，验收及管理上的不足。而接地刀闸与断路器之间的防带电合地刀的电气闭锁装置，由于建设中未按要求接好，也是导致5.13故障发生的一个原因。
这起变压器故障的直接原因是运行人员带电误合接地刀闸，造成变压器区外三相短路，由于该变压器从投运至本次故障累计经历了五次近区短路电流冲击，而多次短路电流冲击的累积效应是这次变压器故障的重要原因。
2.区外短路故障对变压器的损害分析
对以上变压器故障的分析，区外短路故障造成变压器损害的原因还有以下几点：
2.1短路电动力引起绕组变形。变压器受短路电流冲击时，若短路电流很小，继电保护动作正确，绕组变形应是轻微的；但如果短路电流很大，继电保护动作延时甚至拒动，变压器绕组变形将会很严重，甚至造成绕组损坏。
由于绕组中漏磁的存在，载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在绕组突然短路时，电动力最严重。漏磁通常可分解为纵向分量和横向分量。纵向磁场使绕组产生辐向力，而横向磁场使绕组受轴向力。轴向力使整个绕组受到张力,在导线中产生拉伸应力。而内绕组受到压缩力，导线受到挤压应力。
因此，当出口短路时，变压器绕组将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩，这种因电动力产生的机械应力，可能影响绕组匝间绝缘，对绕组的匝间绝缘造成损伤；而辐向电动力使绕组向外扩张，可能失去稳定性，造成相间绝缘损坏。电动力过大，严重时可能造成绕组扭曲、变形或导线断裂。
2.2短路应力的累积效应。变压器多次承受出口短路电流的冲击，造成绕组塑性变形，但还未达到形成事故的程度。由于绕组多次累积变形，使得绕组的机械强度和绝缘强度下降，当再次短路时，绕组在原有的变形基础上会进一步加剧，直至引发故障。
经验表明，运行中的变压器绕组一旦发生变形，将导致累积效应而出现恶性循环。因此，对于绕组已有变形但仍在运行的电力变压器来说，虽然并不意味着会立即发生绝缘击穿事故，但根据变形情况不同，当再次遭受并不大的电流或过电压、甚至在正常运行的铁磁振动作用下，也可能导致绝缘击穿事故。因此，在一些所谓的“雷击”或“突发”事故中，很可能隐藏着绕组变形这一故障因素。
由于短路应力的累积效应与短路故障有很大关系，因此变压器在遭受外部短路后，都应作详细记录，必要时应进行分析，并做出处理。在发生短路故障，进行故障分析时，应了解以往发生过的外部短路情况，并充分考虑累积效应的不良后果。
2.3短路故障持续时间越长，引起的损害越严重。统计结果表明，变压器在经受区外短路故障，因保护失灵，不能及时跳闸而发生损坏的，约占变压器损坏故障的30%。事实证明短路持续时间长短，也是引起变压器损坏的一个重要因素。
3.预防外部短路故障对变压器造成危害的有效措施
3.1按实测或计算的短路电流进行短路应力的计算。变压器发生短路后，应根据故障录波装置的记录来确定短路电流的大小。如果录波装置未能取得实测电流，则应根据实际短路点的阻抗，计算可能通过变压器绕组的最大电流。根据短路电流值的大小以对变压器可能遭受的损害进行准确的评估。
3.2对于经受过区外短路故障的变压器，应尽快判断绕组是否变形、绝缘是否损坏，以便确定变压器能否继续投运。通常采用的判断方法有：
（1）油色谱分析。根据气体组分含量进行分析，一旦C2H2急剧上升，说明绕组可能烧坏或烧断，线包绝缘遭到破坏。
（2）对变压器进行全面电气试验，排除绕组绝缘损坏的可能，测量直流电阻是发现绕组是否损坏的最有效手段之一。
（3）对新投运的变压器和未作过变形测试的变压器全部做一次变形测试，保留测试数据。这样在变压器遭受出口短路冲击后，可以此作为基础数据判断变压器变形程度，确定变压器能否继续运行。对未发生明显绕组变形的变压器，应将其及时投入运行，不仅可节省大量的人力、物力和财力，还可以大大缩短检修周期。
经过计算分析或绕组变形测量认为有可能发生较严重的塑性变形时，应进行吊罩检查处理，以防止变形累积，演变成短路故障。对经受过三次近区短路故障的变压器应进行吊罩检查。
实践表明，对受过短路电流冲击的变压器进行事实求是的分析，对判定变压器承受短路电流的能力是很有帮助的，这应该看作是一项必要的预防措施。
3.3不断完善变压器的保护配置，尽可能实现保护微机化，提高继电保护的可靠性和速动性，保证在发生外部故障时，尽快切除故障，而且不带故障重合。这对预防区外短路故障对变压器的损害是十分重要的。
3.4加强变压器保护的定期校验以及继电保护的定值、保护压板的管理，杜绝故障时因保护拒动而对变压器造成的损害。
3.5对全封闭的开关室，加强排气通风，始终保持开关室的干燥，防止设备凝露及污闪事故造成的变压器出口短路。
3.6严格按照变压器管理的有关规程、规定执行，保证运行中的变压器油始终处在一个纯净的环境，防止变压器内部发生故障。
3.7运行单位应确实提高人员素质，加强设备管理，保证开关“五防”装置的可靠，杜绝误操作事故的发生。
4.结束语
区外故障，特别是发生紧靠变压器出口的区外故障，巨大的短路电流可能对变压器留下隐患甚至造成严重损害，直接影响到电网的安全运行。发供电单位要深入分析、检查及试验，采取有效防范措施如减少该类型故障的发生几率、限制通过变压器绕组的短路电流；而制造厂家也应从设计及制造方面提高变压器自身的抗短路冲击能力，以确保变压器的安全运行。
参考文献：
[1]董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2]姜益民.变压器运行中短路损坏的常见部位及原因分析[J].变压器，2005(4).
作者简介：
吴佩雄（1953－），男，教师，主要研究方向：电气一次系统。
蔡志猛（1972－），男，工程师，主要研究方向：集控运行。
颜黎明（1957－），男，副教授，主要研究方向：电工技术。