變壓器抗短路能力不足分析與運維措施

摘要：電力變壓器在運行過程中遭受各種短路危害是人們極力避免而又無法絕對避免的，特別是抗短路能力不足變壓器受短路沖擊后損壞程度較高。為有效加強事故前主動防御，從變壓器抗短路能力不足的原因分析入手，結合短路故障對變壓器的危害形式，即熱效應和電動力的分析，分別從變壓器運行管理、維護措施及試驗三個方面提出提高變壓器抗短路能力的主要措施。

關鍵詞：抗短路能力不足；熱效應和電動力；運維措施

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0209-02

變壓器是電網中最重要的電氣設備之一，俗稱“電網的心臟”，變壓器的安全可靠直接關系到電網的安全穩定運行。然而，近五年來對國家電網公司電網110kV及以上電壓等級變壓器事故統計分析表明，變壓器抗短路能力不夠是引起變壓器損壞的主要原因之一。[1]

變壓器的發展基本可分為三個階段：[2]第一階段是20世紀90年代初期以前的產品，當時對變壓器損耗方面要求不高，其線圈的導線厚度比較大，抗短路能力較高；另外，當時電網及變壓器容量比較小，因此，受短路破壞較少。第二階段是90年代至2002年左右，鑒于第一階段制造的變壓器短路事故不高，人們開始強調變壓器經濟運行，各線圈導線尺寸取得很薄，忽視了短路強度要求，尤其是大量普通換位導線的采用，使這一階段制造的變壓器在抗短路能力上較第一階段有了很大的降低。第三階段是2003年后期，由于變壓器短路事故大量出現，各變壓器廠家加大了抗短路能力的研究，采取很多相關措施，使該階段生產的變壓器抗短路能力大幅提高。

為了預防運行中變壓器短路損壞事故，國家電網公司制定了相應的反事故措施，取得了很大的成果。但是，目前各省、地市系統還存在一大部分在運變壓器抗短路能力不足，而這些變壓器正遭受短路電流及雷電沖擊損壞的威脅。[3]如何有效加強事故前主動預防，需要進一步對變壓器抗短路能力不足的原因及短路事故對變壓器危害形式進行研究，才能有針對性、實效性的提出提高運行中變壓器抗短路能力的措施。本文就以上問題對變壓器抗短路能力進行分析。

一、變壓器抗短路能力不足原因

變壓器抗短路能力不足，主要體現在變壓器內部各部件機械強度不夠，如繞組軸向加緊不夠、引線固定支點不夠及內繞組與鐵心柱間支撐不夠等等。抗短路能力不足將導致變壓器在運行過程中經受不住各種短路電流的沖擊，尤其低壓側、出口處短路。究其原因主要包括以下幾個方面：一是目前在運的抗短路能力不足變壓器主要是90年代出廠產品，當時在變壓器一些主要的結構設計方面還延續前蘇聯的一些設計理念；并且對作用在變壓器繞組上的電動力，僅用靜力學的理論計算，該方法不能正確反映變壓器承受突發短路電流沖擊的能力。二是制造工藝不規范或線圈導線材質不符合要求。如繞組的軸向壓緊力不夠、導線焊接不良及壓板、導線材質不合格等，都會對變壓器帶來質量上的缺陷。三是隨著電網的發展，早期投運的變壓器短路容量也不滿足要求，這也是造成變壓器短路損壞的客觀原因。四是運行溫度、絕緣老化也導致變壓器抗短路能力下降。五是不能忽略繞組變形的累積效應所造成的嚴重故障隱患。經驗表明，短路電流的持續時間及短路沖擊次數對繞組變形的危害比電流峰值更可怕。

二、短路事故對變壓器危害形式

國家標準GB1094.5-2003《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》中明確規定：變壓器及其組件和附件應設計制造成能在外部短路故障引起的電流作用下應能承受外部短路的熱和動穩定效應而無損傷。也就是說，變壓器在運行過程中，當外部發生各種短路故障時，應有承受短路的耐熱能力和動穩定能力，而不至于由于短路引起的過電流，導致變壓器內部載流部件的溫度在短時間內升溫過高，將各部件及其絕緣損壞；或使變壓器繞組的壓緊構件、繞組、引線等部件受到很大的電動力作用而變形損壞。因此，變壓器外部短路故障時，短路沖擊電流對變壓器的危害形式主要包括兩個方面：熱效應和電動力。

1.熱效應

變壓器在正常運行過程中，內部產生的損耗主要包括空載損耗和負載損耗。變壓器產生的損耗，均以熱的形式使各個部件和變壓器油的溫度升高向周圍散熱

三、提高變壓器抗短路能力措施

對于在運抗短路能力不足變壓器，應優先考慮返廠大修，更換變形的繞組，在返廠之前應盡量避免或減少短路電流的沖擊。另外，考慮到繞組變形的累積效應，還應該重視運行時間超過20年的變壓器運行狀況和試驗結果。具體防范措施如下：

1.設備檢修方面

（1）加強變壓器運行維護管理，在變壓器低壓側母線橋上裝設絕緣熱縮管保護材料進行分相絕緣，避免發生出口短路故障。

（2）排查抗短路能力不足及運行時間超過20年變壓器遭受短路及雷電沖擊情況，對排查結果進行記錄，建立變壓器遭受短路電流及雷電沖擊檔案。根據沖擊檔案分析各短路故障的主要原因及存在的突出問題，根據具體情況制定相應措施進行綜合治理。

（3）對于抗短路能力不足及運行時間超過20年的變壓器，若近期內未列入返廠大修計劃，考慮到變壓器繞組變形的累積效應，應結合變壓器遭受短路電流及雷電沖擊檔案，論證在相關變壓器低壓側出口處加裝限流電抗器限制短路電流的必要性。以限制短路電流，減少短路沖擊危害。

（4）對高壓開關柜內部電氣絕緣問題進行綜合治理。結合開關柜停電檢修，對停電開關柜絕緣條件進行排查，對于采用熱縮套管包裹導體結構，應滿足一下空氣絕緣凈距離要求：[6]

空氣絕緣凈距離：≥125mm（對于12kV），≥300mm（對于40.5kV）；爬電比距：≥18mm/kV（對瓷質絕緣），≥20mm/kV（對有機絕緣）。

不滿足要求的及時整改，防止絕緣距離不夠發生近區短路故障，使變壓器遭受近區短路沖擊。

（5）加強對變壓器開關設備動作性能檢測，提高動作可靠性，防止因設備缺陷造成短路拒動，導致變壓器受短路沖擊時間過長。

（6）提高變壓器保護動作的可靠性、靈敏性，縮短繼電保護動作時間，其時間應與變壓器短路承受能力試驗時間相匹配。

（7）檢修工作中，加強變壓器套管防污閃管理工作，嚴格按標準清掃、涂覆防污閃涂料，避免局部防污閃漏洞和死角，防污閃涂料宜優先選用加強RTV-II型涂料，防止變壓器套管污閃事故發生。

2.設備運行管理方面

（1）對于抗短路能力不足及運行年限超過20年的變壓器應加強設備巡視，縮短設備巡視周期，尤其是大霧等復雜天氣。建立變壓器巡視檔案，詳細記錄變壓器運行狀態；對溫度偏高、變壓器滲漏油等異常情況及時上報、消缺。

（2）設備運行管理單位加強開關柜運行管理，在開關柜室加裝通風除濕防潮設備，防止凝露導致絕緣事故；采取有效措施防止小動物進入開關柜室造成變壓器近區短路故障。

3.試驗管理方面

（1）按照“逢停必試”的原則，對110kV及以上變壓器開展繞組變形和低電壓短路阻抗普測工作，建立試驗檔案，積累詳實數據。

（2）加強抗短路能力不足、運行年限超過20年及遭受短路電流和雷電沖擊變壓器的帶電測試。變壓器帶電測試手段主要有紅外測溫、變壓器超聲波局放、鐵心接地電流等。按變壓器等級及運行現狀，分級制定相應的帶電測試計劃，縮短帶電測試周期。

（3）利用現有技術，開展變壓器狀態遠程診斷，實時監控變壓器運行狀態。目前變壓器遠程診斷技術包括：變壓器在線油色譜遠程監控系統、IES-700調度自動化系統、WAVEEX等系統或軟件實施監控抗短路能力不足變壓器實施全面在線狀態檢測。

（4）對運行有抗短路能力不足及運行年限超過20年變壓器的變電站開關柜開展超聲波局部放電檢測、暫態低電壓檢測、溫度檢測，及早發現開關柜內絕緣缺陷，防止由開關柜內部發熱或放電演變成短路故障。

參考文獻：

[1]中國電力科學研究院.國家電網公司變壓器抗短路研究報告[R].2006.

[2]趙靜月.變壓器制造工藝[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]羅軍川，張星海.電力變壓器反事故措施解析[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4]胡啟凡.變壓器試驗技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[5]胡虔生.電機學[M].北京：中國電力出版社，2005.

[6]國家電網公司運維檢修部.國家電網公司十八項電網重大反事故措施[M].北京：中國電力出版社，2012.

（責任編輯：孫晴）