220kV變壓器短路故障問題及對策

鄭慶偉（廣東電網公司惠州供電局，廣東　惠州　516000）

?

220kV變壓器短路故障問題及對策

鄭慶偉（廣東電網公司惠州供電局，廣東惠州516000）

在電力系統的正常運行中，變壓器是一項較為重要的組成部分。但由于受到一些因素的影響，變壓器會出現一系列問題。尤其是變壓器的短路問題較為嚴重，對于電力系統的運行產生了嚴重的影響。為了解決這一問題，相關的技術人員提出了諸多解決辦法。

變壓器；短路故障；對策

1　引言

變壓器是電力系統的主要設備之一，在電能的傳輸和轉化過程中起著至關重要的作用。變壓器作為變電站的核心設備，變壓器的質量對電網的安全運行起著重要的作用。變壓器是由鐵心和線圈組成，線圈是變壓器電路的主要部分，是變壓器的心臟。變壓器線圈內流通的電流受環境和負荷影響，也在不斷發生變化，也就是說電網環境的優劣也直接影響變壓器的可靠運行，電網受天氣狀況的影響，也會出現不同程度的波動，如果電網遭受惡劣天氣，電網就會發生明顯波動，將會給變壓器的安全運行產生危害。

2　案例分析

某變電站運行的兩臺變壓器，產品型號SFPSZ9-180000/ 220，變壓器自2004年投運以來運行狀況一直良好，2011年變壓器所處的地區突然遭受惡劣天氣，一到晚上該地區發生強降雨，降雨速度較快且較猛烈，當時隨著降雨還伴有大風，風力幾乎達到9級強度，當地的部分大樹受風力影響被連根拔起，且變電站圍墻受影響被嚴重損壞，220kV送電母線鐵塔被大風吹倒，線路受到損壞。在此惡劣環境下電網受影響發生明顯波動。在電網波動的影響下，變壓器多次遭受超過額定電流的沖擊電流作用，并且也經歷了多次斷電重合閘的過程，最終受電網波動影響，變壓器故障退出運行。變壓器遭受短路沖擊電流情況如表1。

表1　故障沖擊電流倍數

從表1可以看出，1#變壓器高、中壓繞組共承受5次超過額定電流的短路力，在第5次承受短路力時發生故障退出運行。成功承受前4次短路力的沖擊，最大短路電流達到4.53倍額定電流，此時A相中壓成功承受一次較大沖擊的對地短路故障，變壓器沒有故障，第5次在系統自動重合閘后發生三相對地短路故障，最大短路電流達到6.62倍額定電流，導致1#變壓器內部故障，變壓器退出運行。

2#變壓器先后也共承受5次短路力的沖擊，成功承受了前4次短路的沖擊，在第5次承受短路力時發生故障退出運行。變壓器成功承受前4次短路力的沖擊，其中短路電流最高為8.52倍額定電流，最后一次短路力發生在中壓線路自動重合后，在Am對地短路故障上，達到了9.22倍的額定電流，最終導致變壓器繞組發生內部故障，變壓器退出運行。

3　變壓器短路故障的原因分析

3.1新產品承受短路可靠性低

近年來，我國變壓器行業通過不斷引進國內外先進技術，產品技術性能和產品質量有一定提高，如變壓器損耗下降已接近國際水平，絕緣性能改善，使其事故率大大下降，受到用戶普遍好評。但是總的來看，近年來全國變壓器損壞事故居高不下局面仍未根本好轉。主要是一種新產品出臺，制造部門注意力往往集中在損耗、重量下降多少這些技術經濟指標上，而對產品的質量可靠性則缺少足夠的注意，實際上制造部門對產品可靠性也無考核指標，這幾年新產品抗短路強度急劇下降，便是設計注意力錯位所致。設計一種新產品以更新老產品時，帶有許多隨意性，往往連老產品許多行之有效的正確部分也被拋棄了。目前新產品設計為了降低附加報耗，或為減少鐵芯尺寸，將壓板改為絕緣壓板，這種改型設計制造廠又未對材質、尺寸，受力類型等進行認真試驗研究，加上壓釘位置與數目也不恰當，因而一經短路，壓板就被沖擊，無一例外，這種新產品毫無可靠性可言。

3.2低壓線圈強度差

目前采用的低壓線圈如螺旋繞組結構，軸向彈性大，短路時易產生強烈振動，24股導線并繞其單股強度差，在線圈振動時端部線板易松散并振動沖出，內側線般在振動時則為撐條摩擦，破壞匝間絕緣，因而常引起匝間或對地（鐵芯）短路，股線多還使繞組難以緊固，繞組與鐵芯柱伺絕緣為相紙筒等使線圈幅向可壓縮量增大，在短路輻向力作用下，易發生繞組輻向變形而損壞。總之不論軸向或輻向強度，目前質量均很差。

3.3線圈軸向壓緊裝置不良

目前線圈軸向壓緊大都采用絕緣壓板，采用層壓線板或層壓木板作成，高低壓線圈共用一塊，壓襯每相為4～6個，壓釘位置常位于高壓線圈中心，這種結構對低壓線圈壓緊很為不利。同時低壓線圈因位于內側，裝配時低壓線圈壓緊程度難以控制，易形成內高外低的高差，如前所述低壓線圈將產生向上的沖擊力，對壓板形成彎曲力矩，使壓板折斷。目前某些制造廠為節約或其他原因還將絕緣壓板作成二個半圓形，其整體性、剛度、強度比整圓板更差，實不可取。

3.4重合閘投入不合理

變壓器短路次數多，與目前10kV線路重合閘投入不當相關，如電纜出線或短架空線路永久性故障多，重合閘增加了不應有的重復沖擊。

3.5變壓器運行維護不良

導致繼電保護失靈，油開關拒動，甚至直流操作電源容量不足等等，造成事故長期不能切斷，越級跳閘，大大延長了短路電流通過變壓器的時間，有的故障甚至長達數分鐘之久，這種情況下變壓器燒壞是必然的。

4　變壓器短路故障的處理對策

4.1認真進行短路狀態下變壓器力學計算研究

從多臺事故變壓器吊檢線圈情況來看，雖然設計計算當中軸向力計算值并不大，遠小于夾件允許受力值，但實際上線圈及壓緊裝置破壞卻很嚴重，使人懷疑其電動力理論計算公式及各種系數選取是否正確，實際上變壓器線圈是由導線和絕緣材料組成的彈性系統，而電動力是正比于短路電流平方呈雙倍工頻變動的沖擊力，這種受力系統應如何進行實用計算？目前通用的假定短路電流最大值引起的電磁力作用于靜止的線圈上的狀況是否與之等效？值得深入研究，以便作出較正確的計算。

4.2大力提高低壓線圈強度

為提高幅向強度，低壓內支撐應采用高強度的厚硬紙筒，繞線力求緊固，少留裕度，以控制幅向在短路作用下的壓縮量，減少幅向變形損壞，為提高軸向強度，設計時對低壓線圈應加大股線尺寸，減少股數、提高導線強度。線圈設內外撐條，增加撐條數量以減小等分，采用整塊密化處理，線圈浸漆加固工藝及恒溫干燥處理工藝等從各方面設法提高線圈剛度，降低線圈軸向彈性。此外盡可能不用螺旋繞組結構而選用其他強度更好的繞組結構。

4.3線圈壓緊裝置設計

應牢記應以可靠性為大前提，當要求的參數與之矛盾時，應服從于可靠性要求，產品設計要適應工廠的實際工藝條件和我國材質情況，適應電網運行工況要求和安裝維護的需要。我們要求壓緊裝置應恢復老型變壓器行之有效的結構，廢除絕緣壓板，恢復鋼壓板。在新的高短路強度變壓器設計出臺之前，可暫用經過機械強度試驗的加厚絕緣板，并采用整圓片板取代強度甚差的半圓形壓板，壓釘位置應在低壓線圈中心與高壓線圈中心均有布置，以取代目前壓高不壓低的錯誤作法。應用力矩搬手或其他監視壓力強度的工藝確實達到線圈充分壓緊以滿足設計壓力要求等等。采取有效措施徹底解決線圈干燥不徹底和器身干燥后存在低壓線圈難以再壓緊等工藝問題。

4.4對10kV線路重合閘投入進行適當調整

必須指出：10kV電纜線路或短架空線的瞬時故障少，永久故障多，重合閘投入對提高其運行可靠性作用不大，似無投入必要。而永久故障對變壓器重復短路沖擊其危害性是明顯的，為確保變壓器安全，線路運行可靠性稍作犧牲也是必要的。

4.5重視變壓器維護工作

應該要加強變壓器的維護工作，提高保護動作開關和直流電源的可靠性，現在很多的越級跳閘事例，變壓器短路損壞統計表列數據所占1/3左右，不可忽視。原因是多方面的，應該需要重點關注直流電源，技術人員每隔一段時間需要操作開關“分-合-分”的循環操作，檢測直流電源的可靠性，保障重分閘以后依舊可以對短路故障做出處理，以免變壓器因長時間短路而破壞。

5　結束語

變壓器是電力系統中非常重要的一部分，承擔著電力運輸的功能，因此要及時的分析出變壓器短路故障的原因所在，及時做出處理，提高電力系統的穩定性。

［1］王向前.關于處理變壓器短路事故的幾點思考［J］.技術與市場，2011 （06）.

［2］劉宏亮，劉海峰，高樹國，等.一起220kV變壓器短路故障的診斷與分析［J］.變壓器，2011，48（10）：68～71.

［3］李建軍.淺析電力變壓器短路故障原因及預防方法［J］.赤峰學院學報：自然科學版，2009，25（11）：149～150.

鄭慶偉（1973-），男，工程師，大學本科，主要從事變電運行工作。

TM406

A

2095-2066（2016）11-0062-02

2016-3-8