變壓器抗短路能力核算與治理

吳建濤

摘要：變壓器是電力能源輸送過程中非常重要的一個設備，變壓器裝置是否安全穩定關系到安全用電。文章通過對變壓器抗短路能力核算進行分析，探討提高變壓器抗短路能力的方法措施。

關鍵詞：變壓器;抗短路能力;能力核算;短路治理

1變壓器抗短路能力評估

在運110kV變壓器抗短路能力的綜合評估主要從運行情況、抗短路校核和繞組變形試驗測試情況三大方面展開。變壓器運行情況評價，即主要考慮歷史沖擊情況對變壓器繞組的影響，并伴隨累積效應。抗短路校核情況是變壓器承受短路能力重要的因素，它是短路損壞的源頭。針對有結構參數的變壓器，采用專業變壓器短路軟件進行校核。主要過程包括：首先進行變壓器短路電流計算，然后進行繞組模型建立，再進行繞組漏磁計算，最后進行短路強度核算，得到變壓器的耐受短路電流值。對沒有結構參數的變壓器進行推測評估，采用三同原則：在同期、同容量、同阻抗的前提下，參考有結構參數變壓器校核的結果進行折中評估。變壓器繞組變形測試是比較直觀反映變壓器狀態的重要指標。變壓器繞組變形測試包括：頻率響應分析法（FRA）、低電壓阻抗法和部分電容測量法，充分利用各單位現有條件，進行繞組變形測試，作為在運110kV老舊變壓器抗短路能力評估手段的重要補充，本次評價主要考慮頻率響應分析法（FRA）測試結果。

2計算方法

按照系統的具體運行方式，110kV以上大型電力變壓器以及全部110kV的大型電力變壓器，使用系統等值阻抗方法實施短路電流水平的具體計算。計算中壓、中高、側母線的具體短路電流，會按照所在地區電力調度部門所供應的具體年度運行報告實施計算，系統等值結構及變換過程如圖1、2所示。其中jXH、jXM分別為高、中壓系統等值阻抗;jXH1、jXM1分別為高、中壓系統正序等值阻抗;jXH0、jXM0分別為高、中壓系統零序等值阻抗;jXTH、jXTM、jXTL分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗;jXΔH、jXΔM分別為星角變換后變壓器高、中壓等值阻抗;jXTH-M、jXΔH-M分別為星角變換前后變壓器高—中壓等值阻抗;EH為系統高壓側等值電勢，EM為系統中壓側等值電勢。計算變壓器高、中壓母線三相短路電流可根據圖2a）的正序網絡進行，若令等值電勢EH=EM=1.0，則有式（1）成立。

式中：IFH1、IFM1分別為高、中壓母線三相短路正序電流;jXHE1、jXME1分別為從故障點看入的系統等值阻抗。

3變壓器抗短路能力治理措施

3.1有結構參數產品的抗短路能力校核

在ELDINST專業變壓器短路機械力配套軟件以及計算軟件的基礎上實施計算，首先可以利用TOK驗證軟件，完成變壓器短路電流的精確化計算，然后可以把該結果與系統阻抗相結合，進而計算出各個分接情況之下的具體非對稱短路電流以及穩態短路電流。然后，完成變壓器的整體建模，并且認為所有變壓器都屬于一個彈性系統。其次在YOKEBEAM軟件的基礎上完成出壓釘、壓板、器身墊塊以及托板等承壓結構的具體剛度系數計算。最后使用ELDINST，對變壓器軸向以及幅向的具體漏磁分布、出變壓器的固有頻率等進行計算，計算驗證主要包含：幅向剛度、幅向抗短路能力、幅向穩定性、幅向彎曲抗短路能力、以及軸向抗短路能力等方面，同行業或者較早期考慮的比較全面。

3.2使用可靠性高的繼電保護

造成變壓器短路故障的因素有很多，比如說外力破壞、異物侵入以及操作失當等。想要完全杜絕這些問題是非常困難的，因此工作人員要轉變思路，使用科學合理的繼電保護裝置提升供電線路的穩定性。針對已經投入運行的變壓器，使用保護系統提供的直流電源來維持繼電保護裝置的正常運行。就目前的技術能力而言，已經投入使用的變壓器抵抗外部短路的能力不高，在跳閘之后可能出現強行投運或者自動合閘等問題。想要解決這一問題，相關部門要根據短路故障是否會自動消除的概率，在近區架空線以及電纜線路中取消重合閘的運用，同時也可以通過延長間隔時間的方式來降低自動重合閘所帶來損失[1]。

3.3高、低壓線圈繞制過程控制

第一，低壓線在圈繞制時，兩端需要預置檔板，關于線圈繞制中的整體軸向高度需要進行控制。第二，需要將線圈層間絕緣部分由之前的點膠紙換成全膠紙，使得繞組出烘后的具體機械強度得到增加。第三，線圈繞制需要使用拉緊導線裝置，保障端面線匝具備緊密性。第四，高壓線圈兩端面需要使用雙H膠預烘實施定型，高壓線圈外表面需要使用一層無緯粘帶實施半疊繞，最終保障線圈機械強度得到增加。第五，高低壓線圈繞制完畢后，使用液壓千斤頂對線圈進行軸向壓緊，然后使用恒壓干燥工藝完成線圈烘裝，最終對高以及低壓線圈高度差進行控制。

3.4重視變壓器繞組變形的測試工作

一般情況下，短路故障電流沖擊變壓器后其繞組會發生變形的現象，即使當時未發生任何問題，也會留有一定的隱患，主要包括以下兩方面：一方面，變壓器絕緣距離會有所改變，固體絕緣性會受到不同程度的損傷，導致發生局部放電的情況;另一方面，在雷擊過電壓影響下出現匝間和餅間增加擊穿的可能性，導致發生突發性的絕緣故障。因此，變壓器繞組變形測試工作的重要性不言而喻，電力企業應安排專業人員定時展開此項工作，通過測試對變壓器有無故障問題或者安全隱患進行判斷，降低變壓器發生故障的概率。傳遞函數零點、極點分布與二端口網絡內部的元件和連接方法存在一定的聯系相關研究證實當變壓器繞組介于10kHz—1MHz時諧振點較多，在頻率不超過10kHz時繞組電感作用較強，諧振點較少，分布電容變化敏感性相對較差;在頻率大于1MHz時繞組電感會被分布在電容所旁路，諧振點同樣會有所減少，電容變化不敏感，在頻率增大的情況下測試回路雜散電容會影響整體測試結果。變壓器繞組變形測試設備價格較高，對操作人員的專業水平有著較高的要求，為了保證繞組變形測試工作的順利進行，工作人員可將變壓器繞組電容變化量作為依據對其是否發生變形的情況進行判斷，用其對頻率響應法進行補充，在頻率響應法不滿足有關條件時可使用橫向對比積累和縱向對比積累的方法對電容量進行測試。

結語

綜上所述，隨著電力事業快速發展，變壓器的抗短路能力高低也受到更多關注，抗短路能力關系到整個供電線路能否穩定運行。對于電力工作者而言，想要確保變壓器裝置的安全穩定還需要從多方面提高裝置的抗短路能力，以提高電力系統運行水平。

參考文獻

[1]李小蓉，歐強，張曉斌，等.電力變壓器真型模型突發短路試驗研究與分析[J].變壓器，2018，55（9）：39-43.