試論電力系統中變壓器抗短路能力提高的辦法

【摘 要】針對試論電力系統中變壓器抗短路能力提高的辦法，文中從電力變壓器概述，包括電力變壓器的基本結構和電力變壓器的工作方式，探討了電力變壓器的短路能力，主要是變壓器的規范設計、變壓器與短路試驗、可靠的繼電保護與自動重合閘、變壓器繞組與變形測試和運行維護與短路保護系統。

【關鍵詞】電力系統；變壓器；抗短路能力；運行環境

0.引言

電力變壓器是發電廠和變電所的主要設備之一。變壓器的作用是多方面的不僅能升高電壓把電能送到用電地區，還能把電壓降低為各級使用電壓，以滿足用電的需要。電力變壓器是電力系統的核心元件，是傳導、分配電力能量的樞紐，廣大電力用戶的電能質量和整個系統的安全程度，和變壓器的安全可靠運行是分不開開的。電力變壓器的健康狀況決定其可靠性，與變壓器的設計構造、材料結構，以及檢修維護密切相關。本文從電力系統中變壓器抗短路能力的提高方法進行探討。電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐，是電力網的核心元件，其可靠運行不僅關系到廣大用戶的電能質量，也關系到整個系統的安全程度。電力變壓器的可靠性由其健康狀況決定，不僅取決于設計制造、結構，也與檢修維護密切相關。

1.電力變壓器概述

1.1電力變壓器的基本結構

通常的電力變壓器大部分為油浸式。鐵芯和繞組都浸放在盛滿變壓器油的油箱之中，各繞組的端點通過絕緣套管而引至油箱的外面，以便與外線路連接。因此，電力變壓器主要由五個部分組成：①鐵芯；②帶有絕緣的繞組；③變壓器油；④油箱；⑤絕緣套管。

（1）鐵芯：變壓器的鐵芯是變壓器的磁路。由于變壓器鐵芯中的磁通為一交變磁通，為了減小渦流損耗，變壓器的鐵芯用電工鋼片疊成。

（2）繞組：按照繞組在鐵芯中的排列方法分類，變壓器可分為鐵芯式和鐵殼式兩類。變壓器繞組的基本形式有同芯式和交疊式兩種，鐵芯式變壓器常用同芯式繞組，鐵殼式變壓器常用交疊式繞組。

（3）變壓器油：變壓器油的作用是雙重的：①可以增強絕緣；②鐵芯和繞組中由于損耗而發出熱量，通過油在受熱后的對流作用把熱量傳送到鐵箱表面，再由鐵箱表面散到四周。

1.2電力變壓器的工作方式

電子電力變壓器主要是采用電力電子技術實現的，其基本原理是在原方將工頻信號通過電力電子電路轉化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號，即降頻。通過采用適當的控制方案來控制電力電子裝置的工作，從而將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能。由于中間隔離變壓器的體積取決于鐵芯材質的飽和磁通密度以及鐵芯和繞組的最大允許溫升，而飽和磁通密度與工作頻率成反比，這樣通過提高其工作頻率，就提高了鐵芯的利用率，最終減小了變壓器的體積，而且提高了整體效率。

2.電力變壓器的短路能力

變壓器本身的制造質量和運行環境以及檢修質量，決定著變壓器的安全、經濟與可靠運行。本文主要論述在變壓器運行維護過程中，預防變壓器突發性故障的有效方法。電網經常會由于雷擊、繼電保護誤動或拒動等造成短路，短路電流的強力沖擊可能會使變壓器受損，所以應從各方面努力提高變壓器的耐受短路能力。從變壓器短路沖擊事故的統計結果表明，制造原因引起的占80%左右，而運行、維護原因引起的僅占10%左右。有關設計、制造方面的措施在其他地方已經有所論述，本文著重就運行維護過程中應采取的措施加以說明。運行維護過程中，一方面應盡量減少短路故障，從而減少變壓器所受沖擊的次數；另一方面應及時測試變壓器繞組的形變，防患于未然。

2.1變壓器的規范設計

重視線圈制造的軸向壓緊工藝。制造廠家在設計時，除要考慮變壓器損耗的降低，提高絕緣水平外，還要考慮到提高變壓器的機械強度以及抗短路故障的能力。在制造工藝方面，由于很多變壓器都采用了絕緣壓板，且高低壓線圈共用一個壓板，這種結構要求要有很高的制造工藝水平，應對墊塊進行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進行恒壓干燥，并測量出線圈壓縮后的高度；同一壓板的各個線圈經過上述工藝處理后，再調整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規定的壓力。在總裝配中，除了要注意高壓線圈的壓緊情況外，還要特別注意低壓線圈壓緊情況的控制。

2.2變壓器與短路試驗

對于大型變壓器的運行可靠性，取決于其結構和制造工藝水平，然后是在運行過程中對設備進行各種試驗，及時掌握設備的工況。通過短路的承受試驗，了解變壓器的機械穩定性，針對其薄弱環節加以改善，以確保對變壓器結構強度進行設計時，做到心中有數，胸有成竹。

2.3可靠的繼電保護與自動重合閘

系統中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故，特別是10KV線路因誤操作、小動物偶然進入、外力以及用戶責任等原因導致短路事故的可能性極大。因此對于已投入運行的變壓器，首先應配備可靠的供保護系統使用的直流電源，并保證保護動作的正確性。結合目前運行中變壓器杭外部短路強度較差的情況，對于系統短路跳閘后的自動重合或強行投運，應看到其不利的因素，否則有時會加劇變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復的可能。目前已有些運行部門根據短路故障是否能瞬時自動消除的概率，對近區架空線或電纜線路取消使用重合問，或延長間隔時間，減少因重合閘不成而帶來的危害。

2.4變壓器繞組與變形測試

通常變壓器在遭受短路故障電流沖擊后，繞組將發生局部變形，即使沒有立即損壞，也有可能留下嚴重的故障隱患。首先，絕緣距離將發生改變，固體絕緣受到損傷，導致局部放電發生。當遇到雷電過電壓作用時便可能發生匝間或餅間擊穿，導致突發性的絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用也可能引發絕緣擊穿事故。因此，積極開展變壓器繞組變形的診斷工作，及時發現有問題的變壓器，并有計劃地進行吊罩驗證和檢修，不但可節省大量的人力、物力，對防止變壓器事故的發生也有極其重要的作用。傳遞函數H（jw）的零、極點分布情況與二端口網絡內的元件及連接方式等密切相關。由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴，且對人員的素質要求高，在生產運行中不易普遍開展。因此，在實際工作中，依據變壓器繞組電容變化量來判斷繞組是否變形的方法。尤其是在頻率響應法不具備條件的情況下，可以通過橫向、縱向對比積累的實際測得的電容量，及時掌握變壓器繞組的工作狀態，確保電網安全穩定的運行。

2.5運行維護與短路保護系統

在變壓器安裝時，應嚴格按照廠家的說明和規范要求進行施工，嚴把質量關，對發現的隱患必須采取相應措施加以消除。運行維護人員應加強變壓器的檢查和維護保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應措施，降低出口和近區短路故障的幾率。為盡量避免系統的短路故障，對于己投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統使用的直流系統，以保證保護動作的正確性；其次，應盡量對因短路跳閘的變壓器進行試驗檢查，可用頻率響應法測試技術測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據測試結果有目的地進行吊罩檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發生。

3.結語

在電力系統中變壓器能否承受各種短路電流，主要取決于變壓器的結構設計和制造工藝，而且與變壓器的運行管理運行條件及施工工藝技術水平等方面都有很大的相互關系，由于變壓器如果發生短路事故會對電網系統的運行造成極大危害，為避免事故的發生，應從多方面采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網系統的安全穩定運行。

【參考文獻】

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