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【摘要】500kV福山变电站是海南联网系统四站点之一，其承担着连接南方电网500kV主网和海南电网220kV主网架的重要任务，其安全稳定运行意义重大，又由于500kV福山变电站现阶段为单一主变运行，因此对设备的可靠性要求非常高。在2013年5月一次主变220kV侧短路跳闸事故中有穿越电流经过主变，事故发生后立即开展了油中溶解气体色谱分析，发现了乙炔痕量存在，现场检修人员通过通过计算对比本次故障电流与变压器容许穿越电流进行比较，来对本次短路电流对变压器的损害程度进行衡量。
【关键词】变压器;接地故障;变电检修;穿越电流;乙炔气体
海南联网系统500kV福山变电站#1主变，型号ODFPS-250000/500，于2009年6月投运。三侧额定电流：824.8/1882.7/2285.7A，阻抗电压百分数如表1所示：
表1 500kV福山变电站#1主变阻抗电压百分数
阻抗电压百分数 Uk（%）
A相 B相 C相
高压/中压 12.1 12.1 12.1
高压/低压 43.5 43.5 43.5
中压/低压 28.2 28.2 28.2
主变三相绕组联接方式为Yn，a0，d11。其中，高压侧和中压侧是自耦连接方式的中性点直接接地系统，低压侧采用第三绕组组成的三角形接线方式。500kV侧通过不完整3/2串接1回出线，主变220kV侧双母线5回出线，35kV侧接抵抗、低容无功补偿设备。
2013年5月21日，福山站#1主變220kV侧母线相继对地短路跳闸，致主变220kV侧失去全部负荷，220kV侧负荷甩掉后，500kV母线电压升高，导致500kV侧线路过电压保护动作跳闸，造成全站失压。利用故障时的二次值推算一次短路电流值如下：
1）故障时主变高压侧故障电流二次值：A相 0.26A，B相0.31A，C相1.78A;
高压侧CT变比1500：1，一次值：A相 0.39kA，B相0.465kA，C相2.67kA。
2）中压测故障电流二次值：A相0.59A，B相0.62A，C相3.34A;
中压测CT变比2500：1，一次值：A相1.475kA，B相1.55kA，C相8.35kA。
3）公共绕组故障电流二次值：A相0.32A，B相0.29A，C相0.98A;
公共绕组CT变比1500：1，一次值：A相0.48kA，B相0.435kA，C相1.47kA。
低压绕组故障电流二次值：A相3.01A，B相3.03A，C相2.92A;
低压侧绕组CT变比3000：1，一次值：A相9.03kA，B相9，09kA，C相8，76kA。
故障后次日取样进行主变油中色谱分析，并没有发现特征气体异常现象，主变三相乙炔为0μL/L，故障后一个月后再次试验发现了主变B相乙炔0.21μL/L，此后5个月5次试验一直保持稳定，且均小于注意值1μL/L，其中9月试验中还减少为0.03μL/L，10月又恢0.21μL/L。其他故障信息特征参量，如氢气、总烃等均保持稳定且一直处于正常范围远远低于注意值，综上来看#1主变内部没有故障、运行稳定。因此在主变没有停电的情况下，单单从油样数据很难看出#1主变在本次跳闸中是否发生了内部放电或者绕组变形、绝缘损害等故障，以下将通过对比本次故障电流与变压器容许穿越电流进行比较，来对本次短路电流对变压器的损害程度进行衡量。
一、最大故障电流与各绕组最大允许穿越电流进行比较
根据超高压输电公司生（2012）73号文《关于开展500kV主变抗短路能力校核的通知》，要求主变供货商天威保变（合肥）变压器有限公司提供了《变压器短路强度计算报告》也就是变压器抗短路能力校核报告。其中对于主变高、中、低压测绕组最大容许穿越电流进行了粗略的工程估算，最终得出主变抗短路能力如表2所示。
然后将各个绕组最大故障电流与各绕组最大允许穿越电流进行比较如下：
高压绕组C相故障电流最大，为2.67kA，高压绕组最大允许穿越电流为6.10kA。
图1
中压测C相故障电流最大，为8.35kA，由于对于自偶变压器存在如下关系：
中压侧电流为Im，这个电流是通过中压套管的电流。
中压绕组，即公共绕组C中的电流为Ic，Ic是计算中压绕组损耗和短路力的电流。
中压绕组C相的故障电流则为：
中压绕组最大允许穿越电流为7.92kA：
低压绕组A相故障电流最大为9.09kA，低压绕组最大允许穿越电流为21.87kA：
根据超高压输电公司生（2012）73号文《关于开展500kV主变抗短路能力校核的通知》的要求：500kV主变超过0.7倍容许穿越电流下，立即组织进行绕组变形测试（绕组频响或低电压短路阻抗试验）和色谱分析，超过0.5倍容许穿越电流情况下，应加强色谱分析，结合停电检修尽快开展绕组变形测试。而本次故障中高压、中压、低压绕组故障电流都没有达到其相应绕组最大容许穿越电流的0.5倍，因此不属于强制进行绕组变形测试的范畴，可以继续按照公司要求的常规电气和油样试验周期进行试验跟踪。
二、验证计算
接下来，根据《GB 1094.5-2008 电力变压器 第5部分 承受短路的能力》有关规定及《陈汝英.关于预防变压器短路损坏事故的思考-2012.11》有关计算方法，进行验证计算如下：
#1主变为单相三绕组自耦变压器，该变压器组500kV、220kV侧均有电源，35kV侧无电源。与变压器连接的500kV系统和220kV系统短路容量比为： 电压比为：
短路容量比大于电压比，且变压器：
所以穿越500kV、220kV侧绕组最大短路电流应发生在220kV侧短路时。并考虑220kV侧绕组是自耦变压器的公共绕组，此种故障下算取的穿越500kV、220kV侧绕组的短路电流值，应为500kV、220kV侧绕组的短路承受能力。计算如下：
500kV侧绕组承受短路能力：
式中：U1S-500kV系统平均电压取525kV;
ZS1-500kV系统短路阻抗（）：
式中US1-500kV系统标称电压，取500kV;
S1-500kV系统短路容量，取60000MVA
算出ZS1=4.167（）
Zt-变压器高压-中压短路阻抗（）
因此：
220kV侧绕组承受短路能力按照下式进行计算：
穿越35kV侧绕组最大短路电流发生在500kV系统和220kV系統共同供电，35kV侧绕组输出线端短路时，据此故障情况，并考虑35kV绕组为三角形接线，按照下式计算取得的穿越35kV侧绕组的短路电流值，此值应为35kV侧绕组的承受短路能力：
其中：U1S-500kV系统平均电压，取525kV;U2S-220kV系统平均电压，取230kV;UN高-高压绕组额定电压，取525kV;UN中-中压绕组额定电压，取230kV;UN低-低压绕组额定电压，取35kV;
ZS1-500kV系统短路阻抗（）：
式中US1-500kV系统标称电压，取500kV;
S1-500kV系统短路容量，取60000MVA
算出ZS1=4.167（）
ZS2-220kV系统短路阻抗（）：
式中US2-220kV系统标称电压，取220kV;
S2-220kV系统短路容量，取18000MVA算出ZS2=2.69（）
Zt1-变压器高压-低压短路阻抗（）：
Zt2-变压器中压-低压短路阻抗（W），
=12.98kA。
用以上方法得出高压绕组容许最大穿越电流为6.23kA与厂家工程估算值6.10kA相符，中压绕组容许最大穿越电流为7.99kA与厂家工程估算值7.92kA相符，继而再次验证了上述结论：
本次故障中高压、中压绕组故障电流都没有达到其相应绕组最大容许穿越电流的0.5倍，因此不属于强制进行绕组变形测试的范畴，可以继续按照公司要求的常规电气和油样试验周期进行试验跟踪。
参考文献
[1]天威保变（合肥）变压器有限公司.变压器短路强度计算报告[R].2009.
[2]陈汝英.关于预防变压器短路损坏事故的思考[C].2012.11.
[3]GB 1094.5-2008电力变压器 第5部分 承受短路的能力[Z].
[4]GB/T 6451-2008油浸式电力变压器技术参数和要求[Z].
[5]中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局.500kV福山变电站运行规程（第三版）[Z].2013.06
[6]超高压输电公司.生（2012）73号文关于开展500kV主变抗短路能力校核的通知[Z].2012.
[7]张全元.变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2009.
[8]朱显富，鞠英俊.变电检修[M].北京：中国水利水电出版社，2010，02.
作者简介：董男（1988—），男，黑龙江哈尔滨人，大学本科，助理工程师，现供职于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局海口分局，主要研究方向：变电检修一次。
【关键词】变压器;接地故障;变电检修;穿越电流;乙炔气体
海南联网系统500kV福山变电站#1主变，型号ODFPS-250000/500，于2009年6月投运。三侧额定电流：824.8/1882.7/2285.7A，阻抗电压百分数如表1所示：
表1 500kV福山变电站#1主变阻抗电压百分数
阻抗电压百分数 Uk（%）
A相 B相 C相
高压/中压 12.1 12.1 12.1
高压/低压 43.5 43.5 43.5
中压/低压 28.2 28.2 28.2
主变三相绕组联接方式为Yn，a0，d11。其中，高压侧和中压侧是自耦连接方式的中性点直接接地系统，低压侧采用第三绕组组成的三角形接线方式。500kV侧通过不完整3/2串接1回出线，主变220kV侧双母线5回出线，35kV侧接抵抗、低容无功补偿设备。
2013年5月21日，福山站#1主變220kV侧母线相继对地短路跳闸，致主变220kV侧失去全部负荷，220kV侧负荷甩掉后，500kV母线电压升高，导致500kV侧线路过电压保护动作跳闸，造成全站失压。利用故障时的二次值推算一次短路电流值如下：
1）故障时主变高压侧故障电流二次值：A相 0.26A，B相0.31A，C相1.78A;
高压侧CT变比1500：1，一次值：A相 0.39kA，B相0.465kA，C相2.67kA。
2）中压测故障电流二次值：A相0.59A，B相0.62A，C相3.34A;
中压测CT变比2500：1，一次值：A相1.475kA，B相1.55kA，C相8.35kA。
3）公共绕组故障电流二次值：A相0.32A，B相0.29A，C相0.98A;
公共绕组CT变比1500：1，一次值：A相0.48kA，B相0.435kA，C相1.47kA。
低压绕组故障电流二次值：A相3.01A，B相3.03A，C相2.92A;
低压侧绕组CT变比3000：1，一次值：A相9.03kA，B相9，09kA，C相8，76kA。
故障后次日取样进行主变油中色谱分析，并没有发现特征气体异常现象，主变三相乙炔为0μL/L，故障后一个月后再次试验发现了主变B相乙炔0.21μL/L，此后5个月5次试验一直保持稳定，且均小于注意值1μL/L，其中9月试验中还减少为0.03μL/L，10月又恢0.21μL/L。其他故障信息特征参量，如氢气、总烃等均保持稳定且一直处于正常范围远远低于注意值，综上来看#1主变内部没有故障、运行稳定。因此在主变没有停电的情况下，单单从油样数据很难看出#1主变在本次跳闸中是否发生了内部放电或者绕组变形、绝缘损害等故障，以下将通过对比本次故障电流与变压器容许穿越电流进行比较，来对本次短路电流对变压器的损害程度进行衡量。
一、最大故障电流与各绕组最大允许穿越电流进行比较
根据超高压输电公司生（2012）73号文《关于开展500kV主变抗短路能力校核的通知》，要求主变供货商天威保变（合肥）变压器有限公司提供了《变压器短路强度计算报告》也就是变压器抗短路能力校核报告。其中对于主变高、中、低压测绕组最大容许穿越电流进行了粗略的工程估算，最终得出主变抗短路能力如表2所示。
然后将各个绕组最大故障电流与各绕组最大允许穿越电流进行比较如下：
高压绕组C相故障电流最大，为2.67kA，高压绕组最大允许穿越电流为6.10kA。
图1
中压测C相故障电流最大，为8.35kA，由于对于自偶变压器存在如下关系：
中压侧电流为Im，这个电流是通过中压套管的电流。
中压绕组，即公共绕组C中的电流为Ic，Ic是计算中压绕组损耗和短路力的电流。
中压绕组C相的故障电流则为：
中压绕组最大允许穿越电流为7.92kA：
低压绕组A相故障电流最大为9.09kA，低压绕组最大允许穿越电流为21.87kA：
根据超高压输电公司生（2012）73号文《关于开展500kV主变抗短路能力校核的通知》的要求：500kV主变超过0.7倍容许穿越电流下，立即组织进行绕组变形测试（绕组频响或低电压短路阻抗试验）和色谱分析，超过0.5倍容许穿越电流情况下，应加强色谱分析，结合停电检修尽快开展绕组变形测试。而本次故障中高压、中压、低压绕组故障电流都没有达到其相应绕组最大容许穿越电流的0.5倍，因此不属于强制进行绕组变形测试的范畴，可以继续按照公司要求的常规电气和油样试验周期进行试验跟踪。
二、验证计算
接下来，根据《GB 1094.5-2008 电力变压器 第5部分 承受短路的能力》有关规定及《陈汝英.关于预防变压器短路损坏事故的思考-2012.11》有关计算方法，进行验证计算如下：
#1主变为单相三绕组自耦变压器，该变压器组500kV、220kV侧均有电源，35kV侧无电源。与变压器连接的500kV系统和220kV系统短路容量比为： 电压比为：
短路容量比大于电压比，且变压器：
所以穿越500kV、220kV侧绕组最大短路电流应发生在220kV侧短路时。并考虑220kV侧绕组是自耦变压器的公共绕组，此种故障下算取的穿越500kV、220kV侧绕组的短路电流值，应为500kV、220kV侧绕组的短路承受能力。计算如下：
500kV侧绕组承受短路能力：
式中：U1S-500kV系统平均电压取525kV;
ZS1-500kV系统短路阻抗（）：
式中US1-500kV系统标称电压，取500kV;
S1-500kV系统短路容量，取60000MVA
算出ZS1=4.167（）
Zt-变压器高压-中压短路阻抗（）
因此：
220kV侧绕组承受短路能力按照下式进行计算：
穿越35kV侧绕组最大短路电流发生在500kV系统和220kV系統共同供电，35kV侧绕组输出线端短路时，据此故障情况，并考虑35kV绕组为三角形接线，按照下式计算取得的穿越35kV侧绕组的短路电流值，此值应为35kV侧绕组的承受短路能力：
其中：U1S-500kV系统平均电压，取525kV;U2S-220kV系统平均电压，取230kV;UN高-高压绕组额定电压，取525kV;UN中-中压绕组额定电压，取230kV;UN低-低压绕组额定电压，取35kV;
ZS1-500kV系统短路阻抗（）：
式中US1-500kV系统标称电压，取500kV;
S1-500kV系统短路容量，取60000MVA
算出ZS1=4.167（）
ZS2-220kV系统短路阻抗（）：
式中US2-220kV系统标称电压，取220kV;
S2-220kV系统短路容量，取18000MVA算出ZS2=2.69（）
Zt1-变压器高压-低压短路阻抗（）：
Zt2-变压器中压-低压短路阻抗（W），
=12.98kA。
用以上方法得出高压绕组容许最大穿越电流为6.23kA与厂家工程估算值6.10kA相符，中压绕组容许最大穿越电流为7.99kA与厂家工程估算值7.92kA相符，继而再次验证了上述结论：
本次故障中高压、中压绕组故障电流都没有达到其相应绕组最大容许穿越电流的0.5倍，因此不属于强制进行绕组变形测试的范畴，可以继续按照公司要求的常规电气和油样试验周期进行试验跟踪。
参考文献
[1]天威保变（合肥）变压器有限公司.变压器短路强度计算报告[R].2009.
[2]陈汝英.关于预防变压器短路损坏事故的思考[C].2012.11.
[3]GB 1094.5-2008电力变压器 第5部分 承受短路的能力[Z].
[4]GB/T 6451-2008油浸式电力变压器技术参数和要求[Z].
[5]中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局.500kV福山变电站运行规程（第三版）[Z].2013.06
[6]超高压输电公司.生（2012）73号文关于开展500kV主变抗短路能力校核的通知[Z].2012.
[7]张全元.变电运行现场技术问答[M].北京：中国电力出版社，2009.
[8]朱显富，鞠英俊.变电检修[M].北京：中国水利水电出版社，2010，02.
作者简介：董男（1988—），男，黑龙江哈尔滨人，大学本科，助理工程师，现供职于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局海口分局，主要研究方向：变电检修一次。