有關變壓器出口短路相關問題的思考

【摘要】本文首先論述了變壓器在日常的運行中發生出口短路對變壓器的危害，然后從變壓器發生出口短路的危害角度出發，分析了變壓器出現出口短路的原因，最后探究了預防出口短路的相應措施，本文提出了自己的一些觀點和看法，可供同行參考。

【關鍵詞】變壓器；出口短路；繞組絕緣；電動力

一、變壓器出口短路的危害問題分析

1、電動力對變壓器的危害。變壓器在運行的過程中，本身存在著電流和漏磁場，在變壓器繞組上將產生電動力，變壓器中的電流大小和樓磁場的密度與產生的電動力是成正比的。不僅如此，電動力也與通過電流的平方成正比。在正常運轉中的變壓器導線上的電動力是很小的，由于突然發生短路，會產生十幾倍至幾十倍的電流，將產生幾百甚至上千倍的與額定電流的電動力。極易造成變壓器的繞組變形，導致變壓器損壞。電動力對電壓器的破壞表現有：繞組壓緊件變形和損壞，嚴重時會使上夾件的鋼支板被頂彎、壓釘的彎曲移位、壓釘板的脫落、引線的木支架斷裂、端部的紙壓包環崩裂等，同時會造成繞組的變形：內側繞組被壓彎、外側繞組被拉松或拉斷、線餅間的油間隙變小、繞組線餅沿軸向發生形變、破壞匝間絕緣、引起絕緣擊穿等等。變壓器在多次承受了出口短路的沖擊后，即使沒有發生絕緣擊穿和變壓器掉閘，但是繞組已經了多次的累積形變，這些形變會導致繞組絕緣強度大大降低，當再次受到電流或電壓沖擊時，甚至在正常的鐵磁諧振過的電壓作用下都可能造成內部的絕緣擊穿，導致變壓器的損壞。

2、過熱對變壓器的危害。變壓器繞組的電阻損耗和通過電流的平方、時間成正比所以在變壓器發生短路時，幾十倍的額定的短路電流就會產生幾百倍的繞組的電阻損耗，這些損耗就會產生熱能導致繞組的溫度快速上升。由于短路的時間一般只有幾秒，所產生的熱量根本來不及向外擴散，全部都會使繞組的溫度升高。變壓器在設計時，繞組上的銅導線允許的溫度一般為250℃，設計的起始溫度為 105℃。只要斷路器和保護裝置可靠運作，短路的電流時間一般也不會超過變壓器的熱穩定要求，只有保護裝置拒動或者短路電流長時間通過繞組時才會燒壞變壓器。

二、變壓器出口短路的原因

1.使用中采用了普通的換位導線。普通換位導線的抗機械強度較差，在承受短路機械力時很容易出現散股、變形和露銅等現象。采用普通換位導線時，由于短路時電流大，換位爬坡陡，導致該部位產生較大的扭矩，而處在繞組二端的線餅，由于軸向和幅向漏磁場的共同作用，也會產生較大的扭矩，致使扭曲變形。

2.變壓器生產商在計算程序中是在線匝直徑相同、漏磁場的均勻分布、等相位的力等理想化的模型基礎上而編制的，而實際上變壓器的漏磁場并非分布均勻，在鐵軛部分相對比較集中，所以在這個區域的電磁線所受到機械力也相對較大，換位導線在換位處由于爬坡會改變力的傳播方向，而產生扭矩，由于墊塊彈性模量的因數、軸向墊塊不等距分布，會使交變漏磁場所產生的交變力延時共振，這也是處在換位處、鐵心軛部、有調壓分接的對應部位的線餅首先變形的根本原因。

3.在運行變壓器抗短路能力的計算時，沒有考慮到溫度對電磁線的抗彎和抗拉強度的影響。因為按常溫下設計的抗短路能力根本不能反映變壓器的實際運行情況，根據試驗結果，電磁線的溫度對其屈服極限的影響很大，隨著電磁線的溫度提高，其抗彎、抗拉強度及延伸率均會下降，在 250℃以下抗彎、抗拉強度要比在 50℃時下降，延伸率則下降 40% 以上。而實際運行中的變壓器，在額定負荷下，其繞組的平均溫度可以達到 105℃，甚至最高的熱點溫度可達 118℃。一般變壓器再運行過程中均會有重合閘過程，因此，短路沒有在很短的時間內消失的話，會在很短的時間內承受第二次短路電流沖擊。由于在受到第一次短路電流沖擊后，繞組溫度已經急劇上升，根據（GBl094）的規定，最高允許 250℃，這時的繞組抗短路能力已經大大的降低，這就是變壓器在重合閘后容易發生短路事故的主要原因。

4.采用了軟導線。這也是造成變壓器抗短路能力變差的主要原因之一。由于早期對采用軟導線的認識不足，或是繞線裝備以及工藝上的一些難度等，變壓器制造商均不使用半硬導線或對變壓器設計初期根本沒有這方面的要求，從發生故障的變壓器來看大多數都是采用了軟導線。

三、變壓器出口短路的防治策略

1.在變壓器的中、低壓側加裝絕緣熱縮套。變壓器的中、低壓側電壓等級是指 35kV 及以下的，只要變壓器的中、低壓側出線采用硬母線，就可以從變壓器出口接線樁頭到開關柜的母線，包括開關室內的高壓開關柜底部母排，全部都加裝上絕緣熱縮套。相反，如果其采用的是軟母線，則可以在變壓器出口接線樁頭和穿墻套管附近加裝絕緣熱縮套。這樣可以有效防止小動物等造成變壓器的出口短路。

2.對于變壓器的中、低壓側為 35kV 或 10kV 電壓等級的變壓器，由于其屬于中性點和小電流接地系統，所以要采取以下有效措施來防止單相接地時發生的諧振過電壓，引起絕緣擊穿，從而造成變壓器的出口短路。防止單相接地時發生諧振過電壓的措施主要有：在電壓互感器的二次開口三角處加裝消諧器，比如加裝微電腦控制的電子消諧器。一般使用的是 WNX III 型系列微電腦多功能消諧裝置，它是控制鐵磁諧振過電壓、保護高壓熔絲和電壓互感器的比較理想的自動保護裝置。

3.對變壓器的中、低壓側的支柱瓷瓶，包括高壓開關柜，可以更換爬距比較大的防污瓷瓶，或涂刷常溫固化硅橡膠防污閃涂料，所使用的常溫固化硅橡膠防污閃涂料應符合 DL/T627-1997 標準，使用后可防止絕緣擊穿造成的變壓器出口短路。

4.不斷得更新和完善變壓器的保護配置。變壓器的繼電保護要采用微機化，雙重化，盡量的去安裝母線差動保護和失靈保護，以此來提高保護裝置的可靠性、靈敏性和速動性。變壓器的中、低壓側應配置限時速斷保護，動作反應時間應小于 0.5 秒。以確保在變壓器發生出口短路時，快速的完成切除故障，把出口短路對變壓器的沖擊和損害減小到最小程度。

5.要科學的計算保護定值，對流過變壓器的故障電流進行快速的切除。例如，對于變壓器的過流保護，應該盡可能的縮短動作時間，在滿足與下一級保護相配合的條件下，越短越好，最長也不能超過 2 秒，盡可能的去減小過電流對變壓器的沖擊。對于終端變電所而言，電源測線路保護定值可以延伸到終端變的變壓器內部，來增加保護動作的可靠性。

6.對于抗外部短路強度較弱的變壓器或受過出口短路沖擊發生變形的變壓器，在系統短路跳閘后的自動重合或強行投運情況下，應該看到不利的因素。因此，應根據變壓器發生短路故障時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自動重合閘，或采用適當延長合閘間隔時間來減小因重合閘帶來的危害，一定要對短路跳閘的變壓器進行仔細的試驗檢查。否則有可能會加重變壓器的損壞程度，甚至使變壓器無法重新修復。

7.對于新使用的變壓器或者是沒有作過變形測試的變壓器應做一次全面的變形測試，保留測試后的相關數據。因此，可以在變壓器受到出口短路沖擊后，以此數據為基礎，快速判斷變壓器的變形程度，認定變壓器能否繼續運行。及時地使未發生明顯繞組變形的變壓器投入運行，這樣不僅節省了大量的人力、物力，而且還大大得縮短了變壓器的檢修周期。

參考文獻

[1]康萬銀.變壓器出口短路的危害及預防措施[J].中小企業管理與科技，2009.