内蒙古巴彦淖尔地区某110 kV变电站主变压器由哈尔滨变压器有限责任公司制造，出厂日期为1976年12月，型号为SFSZ9-31500/110，高、中、低压三侧绕组的额定电压分别为110 kV、35 kV、10 kV。

2013-08-26T13：31，110 kV变压器35 kV侧发生跳闸故障，35 kV侧353矿业线L1相接地，0.7 s后发生L1、L2相短路故障。故障发生时气象条件为6级大风和沙尘暴。从主控制室故障录波器中数据发现，13：31：07，主变压器35 kV侧发生L1相接地故障，0.7 s后主变压器高、中、低压三侧断路器跳开，同时主变压器差动保护和本体重瓦斯保护动作。

正常运行状态下，主变压器110 kV 侧带28MVA 负荷，35 kV 侧带22 MVA 负荷、10 kV 侧带5MVA负荷。从后台监测数据来看，主变压器没有发生绕组温度过高等其他异常工况。

故障发生后，经现场检查未发现主变压器外壳有异常变形现象，高、中、低压三侧引线连接正常，主变压器油位和油温正常，压力释放阀未发生动作喷油现象，高压有载分接开关可以正常调压，变压器本体瓦斯继电器内有300 mL混合气体（点燃该气体，火焰呈蓝色），各零部件完好。

故障发生后，分别采用油色谱分析、绕组变形测试、直流电阻测试、绕组电容量测试4种试验方法判断主变压器受损部位及受损程度。

对主变压器本体及分接开关油样进行油色谱分析，采用2013-04-20的例行试验结果进行比对。2013-08-26现场测量主变压器有载分接开关试验数据一致，主变压器本体油样测试结果列于表 1。

表1(Table 1)

表 1 主变压器本体油色谱分析各气体体积分数

表 1 主变压器本体油色谱分析各气体体积分数

从表 1可以看出，2013-04-20测量结果符合规程要求^{[1, 2, 3]}，2013-08-26故障发生后主变压器本体产生大量的H₂、CO₂、C₂H₂（这3种气体的体积分数是判断变压器内部存在故障的主要依据）。正常运行条件下，要求H2的体积分数小于150×10^-6，C₂H₂的体积分数小于5×10^-6[3]。CO₂的体积分数大幅度增高，说明主变压器本体内部固体老化，分析对比得到三比值特征代码为102，判断主变压器本体曾在短时间内产生大量热量，即发生电弧放电。

频率响应法是判断变压器绕组变形程度的主要测试方法。通过测试三相绕组在不同频率下的传递函数及相关系数，可以判断变压器绕组变形程度，确定变压器是否具备投入运行的条件。本文采用保定和威电力电子有限公司生产的HW-R200型变压器绕组变形测试仪分析高、中、低压三侧绕组的频率响应特性，频率响应特性曲线如图 1所示。

图1(Figure 1)

图1 高、中、低压三侧绕组频率响应特性曲线

由于100~1000 kHz是主变压器绕组变形程度最明显的范围，因此高、中、低压三侧均在该频率范围进行测试。纵坐标为传递函数曲线H（f）=20log[U₁（f）/U₂（f）]（其中，U₁（f）和U₂（f）为当频率为f 时响应端和激励端电压的峰值或有效值，V）。相关系数由测试仪内部软件自动计算得出，当相关系数大于1.3且低频部分谐振点无明显偏移时，变压器绕组无明显变形；当相关系数在0.9~1.3，变压器绕组发生轻微变形；相关系数在0.6~0.9，绕组发生一般变形；当相关系数小于0.6时，绕组发生严重变形^[3]。

采用频率响应法对主变压器进行绕组变形测试，高、中、低压三侧绕组频率响应特性曲线的相关系数分别为1.54、0.79、1.43。对比相同电压绕组条件下，U、V、W三相的频率响应特性曲线，发现变压器高、低压两侧绕组低频部分无明显偏移，中压侧绕组中频段一致性较差，由此可以判断中压侧绕组变形，线圈绕组之间匝间放电；高压线圈、高压调压线圈、低压线圈未见异常。

为进一步判断主变压器绕组的受损部位，分别测量了2013-04-20例行试验和2013-08-26故障发生后主变压器中压侧绕组直流电阻值，测试数据如表 2所示。

表2(Table 2)

表 2 主变压器中压侧绕组直流电阻

表 2 主变压器中压侧绕组直流电阻

通过测试发现，高、低压侧绕组直流电阻的互差及初值差（初值差为换算到统一温度下测试值与出厂值的比较值，初值差一般小于6%）均在允许范围内。中压侧绕组直流电阻的互差均不超标，但与2013-04-20例行试验结果比较后，发现中压侧绕组三相直流电阻明显增大，其中V相在故障发生后变为直流电阻最大相，初值差为三相最大值的8.17%，判断中压侧V相绕组发生故障。

因此判断在U相发生接地故障后，导致V、W相电压升高，U、V相短路，V相绕组受到冲击造成绕组变形。

故障发生后，现场测量铁心绝缘电阻值为6000MΩ，铁心上夹件绝缘电阻值为700 MΩ，与3 a前例行检查的测试结果相比没有明显变化。

在测试主变压器的整体介损时，发现高压绕组对中、低压绕组及地（简称高/中低地），中压绕组对高、低压绕组及地（简称中/高低地），低压绕组对高、中压绕组及地（简称低/高中地）的介损数据均正常，但电容量偏差较大，测试数据如表 3所示。

表3(Table 3)

表 3 3次试验绕组电容量及误差

表 3 3次试验绕组电容量及误差

2013-08-27，试验人员更换仪器进行复测，试验结果与2013-08-26测试结果一致。通过数据对比排除了天气等外界环境因素的影响，对所测数据进行分析，发现介损正常，说明主变压器内部绝缘没有老化或受潮，而电容量与原数据相比，远远超出了±5%的误差要求^[3]。主变压器绕组等值电路如图 2所示。换算后电容量及变化率如表 4所示。

图2(Figure 2)

图2 主变压器绕组等值电路图

从表 3可以看出，2013-04-20故障发生前绕组电容量与出厂值比较误差均小于5%。从测试误差的分布规律来看，低压侧对其他两相及地的绕组电容量由2013-04-20的28 670 pF增大至2013-08-26的31 460 pF，增大9.7%；中压侧绕组电容量由2013-04-20 的22 390 pF 降低至2013-08-26 的22060 pF，减小1.5%，表明低压侧绕组发生压紧变形，导致低压绕组的直径趋于减小，低压侧对地电容量增加，同时低压侧对中压侧的距离增大，导致电容量减小^[4]。从表 4的计算结果可以看出C₁和C₂的变化与表 3一致。

表4(Table 4)

表 4 换算后的电容量及变化率

表 4 换算后的电容量及变化率

由此可见，根据电容量变化率可以判断主变压器绕组的损伤程度。这种方法可以作为检验变压器绕组变形程度的有效手段。

试验人员与主变压器生产厂家联系后，厂家试验人员现场做短路阻抗试验，判断主变压器存在严重缺陷，不能投入运行，须返厂处理。2013-08-30，在主变压器吊罩过程中发现中压侧绕组V相引线在距端部1.24 m处有明显放电痕迹，局部导线已被烧熔断股（约1/3截面积），如图 3所示。

图3(Figure 3)

图3 主变压器中压绕组放电痕迹

对主变压器进行解体检查，发现高压侧绕组V相部分绝缘垫块松动移位，上部线圈有些松散。高压线圈没有烧毁^[5]，但电动力引起高压线圈松动，U、V相无异常；低压侧绕组V相中部换位位置发生匝间短路，3股绕组烧损，烧损痕迹如图 4所示。

图4(Figure 4)

图4 主变压器低压绕组烧损痕迹

针对内蒙古巴彦淖尔地区某110 kV变电站主变压器跳闸故障，通过现场油色谱试验、绕组变形及直流电阻测试、绕组电容量测试，确定了变压器受损部位、受损程度。在主变压器返厂吊罩和解体检查后，确认受损部位、受损程度与试验结论一致。本文采用的多种试验方法可为主变压器故障的判断提供参考。