電力變壓器是供電生産的(de)主要設備之一，造價高(gāo)，制造周期長(cháng)。一旦發生故障，将對(duì)整個(gè)供電系統及電力用(yòng)戶造成極大(dà)的(de)影(yǐng)響，而影(yǐng)響變壓器安全運行的(de)主要因素之一是短路沖擊，變電站出口或近距離短路對(duì)變壓器危害極爲嚴重。通(tōng)過曆年對(duì)全國電力變壓器運行情況和(hé)事故的(de)統計分(fēn)析,發現因外部短路故障引起的(de)設備損壞事故逐年增多(duō)。扼制此類事故的(de)上升勢頭,已成爲提高(gāo)電力變壓器安全運行水(shuǐ)平的(de)關鍵。
1 變壓器短路故障的(de)原因
變壓器本身抗短路能力不夠是引起變壓器短路損壞的(de)主要原因。除此之外,運行管理(lǐ)不當也(yě)是一個(gè)不可(kě)忽視的(de)因素。變壓器抗短路能力不夠,主要表現在一部分(fēn)變壓器在遭受低于規定強度的(de)短路電流沖擊且保護速動下(xià),仍然發生繞組變形,甚至絕緣擊穿。例如河(hé)南(nán)開封濱河(hé)站1台SFL6-31500/110變壓器,因低壓側所帶線路母線電纜三相短路爆炸,引起主變重瓦斯保護動作跳閘,造成變壓器低壓側A相斷線,鐵芯移位。但其短路電流僅爲額定電流的(de)4.5倍,保護動作時(shí)間爲0.08s。
變壓器動穩定性能差,經受不住各種短路,究其原因大(dà)緻有以下(xià)幾點: (1)在變壓器結構設計中,對(duì)作用(yòng)在變壓器繞組上的(de)電動力,僅按靜力學計算(suàn)是不能正确反映變壓器突發短路電流沖擊時(shí)所承受的(de)各種應力的(de)。(2)選擇導線不恰當,存在重視熱(rè)性能而忽視機械應力的(de)現象。(3)繞組軸向壓緊力不夠。(4)引線固定支點不夠、支架不牢固、引線焊接不良等。 (5)内繞組與鐵芯柱間支撐不夠。(6)制造過程中工藝條件不規範,質量控制不嚴。
由以上分(fēn)析看出,變壓器的(de)抗短路能力主要取決于結構設計和(hé)制造工藝,當然與運行管理(lǐ)和(hé)運行條件也(yě)有一定的(de)關系。如有一些事故就是因保護失靈、開關拒動、失去直流等原因,緻使短路故障切除時(shí)間過長(cháng),而在電、熱(rè)的(de)共同作用(yòng)下(xià)導緻變壓器繞組損壞。統計事故中還(hái)有一些是運行中人(rén)爲誤操作引發的(de)變壓器短路事故。另外運行溫度、絕緣老化(huà)等也(yě)是一些變壓器發生短路損壞事故的(de)原因。所以在變壓器運行管理(lǐ)上也(yě)有需要總結和(hé)改進之處。例如山西太原新店(diàn)站一台SFSZ7-31500/110變壓器,因10kV系統故障導緻直流消失,由手動操作跳閘,變壓器由于受長(cháng)時(shí)間短路電流作用(yòng)而損壞。統計事故中還(hái)有一些是運行中人(rén)爲誤操作引發的(de)變壓器短路事故。另外運行溫度、絕緣老化(huà)等也(yě)是一些變壓器發生短路損壞事故的(de)原因。所以在變壓器運行管理(lǐ)上也(yě)有需要總結和(hé)改進之處。
還(hái)有一點值得(de)運行和(hé)制造部門重視的(de)是,繞組變形的(de)累積效應所造成的(de)嚴重故障隐患。最典型的(de)實例是上述山西太原某變電站的(de)SFZ7-31500/110變壓器。據調查,該變壓器在運行的(de)7年間曾遭受多(duō)次短路沖擊(開關速斷動作64次,過流保護動作8次,跳閘後重合閘動作17次),但在運行或常規試驗中沒有發現任何異常,在停止運行前仍帶滿負荷運行。如果不是用(yòng)頻(pín)響法及時(shí)測試出低壓繞組發生變形,那麽很難說什(shén)麽時(shí)候會發生事故。從中不難看出,變壓器在運行中經多(duō)次短路沖擊後,即使不立即發生擊穿,也(yě)會因繞組的(de)殘餘變形帶來(lái)嚴重的(de)故障隐患。因此,對(duì)于繞組已有變形而仍在運行的(de)變壓器來(lái)說,雖然并不意味著(zhe)會立即發生絕緣擊穿事故,但根據變形情況的(de)不同,當再次遭受并不大(dà)的(de)過電流或過電壓、甚至在正常運行的(de)鐵磁振動作用(yòng)下(xià),也(yě)很可(kě)能導緻絕緣擊穿事故。所以,有些“雷擊”或“突發”事故很可(kě)能隐藏著(zhe)繞組變形的(de)故障隐患。爲此,運行和(hé)制造部門對(duì)此都應有充分(fēn)的(de)認識而不能存僥幸心理(lǐ)。
2 變壓器短路故障後二次保護的(de)動作
當變壓器發生短路故障後，若故障發生在外部線路上，則主保護中的(de)縱差保護動作使變壓器跳閘，繼而退出電網運行。
3 變壓器短路故障的(de)表現形式和(hé)危害
3.1 變壓器繞組短路故障的(de)主要形式
在變壓器短路電磁力作用(yòng)下(xià)，繞組損壞和(hé)引線位移是變壓器短路故障最可(kě)能的(de)後果。試驗研究和(hé)運行實踐均表明(míng)，變壓器繞組的(de)短路電磁力作用(yòng)下(xià)的(de)損壞模式主要有以下(xià)幾種形式：
(1) 繞組變形導緻匝絕緣破裂引起匝間短路，這(zhè)種故障形式是直徑較小的(de)小型配電變壓器受幅向拉伸電磁力作用(yòng)在短路事故中損壞的(de)主要形式。
(2) 繞組變形導緻主絕緣強度降低而造成主絕緣擊穿，繞組變形導緻主絕緣強度降低，從而造成主絕緣的(de)擊穿事故，這(zhè)是受幅向拉伸短路力作用(yòng)的(de)中型以上電力變壓器繞組的(de)主要損壞模式。因此，在進行變壓器繞組短路強度設計時(shí)，必須考慮繞組在短路電磁力作用(yòng)下(xià)殘餘變形的(de)積累效應。
(3) 繞組的(de)幅向失穩，由于緊靠鐵心放置的(de)變壓器内繞組或多(duō)繞組變壓器的(de)中間繞組，在短路狀況下(xià)，可(kě)能受到幅向短路電磁力所引起的(de)周向壓縮作用(yòng)。中型以上變壓器内繞組的(de)幅向失穩是變壓器在幅向短路電磁力作用(yòng)下(xià)損壞的(de)主要表現形式。
(4) 繞組的(de)軸向失穩，繞組的(de)軸向失穩是受短路軸向電動力和(hé)短路幅向電動力共同作用(yòng)的(de)繞組損壞的(de)主要形式。
(5) 三相變壓器繞組的(de)整體位移與傾斜，變壓器繞組的(de)整體位移與傾斜發生在三相對(duì)稱短路故障的(de)情況下(xià)。
3.2 變壓器繞組短路故障的(de)危害
短路損壞變壓器按照(zhào)設備損壞程度統計結果。輕度損壞是指設備的(de)繞組有變形,引線被燒斷,但絕緣未損壞;中度損壞是指繞組明(míng)顯變形,繞組或引線被燒斷,絕緣受到一定程度損壞;重度損壞是指繞組嚴重變形、壓闆被沖斷、繞組燒斷、絕緣被擊穿或燒壞,嚴重的(de)則爆炸起火,變壓器被燒毀。
變壓器内部故障導緻油流加速，可(kě)能導緻重瓦斯動作，斷路器跳閘，變壓器退出電網運行。
4 變壓器停運後的(de)電氣試驗項目
在電網中運行的(de)變壓器，經常受到各種運行條件下(xià)的(de)短路沖擊。目前，有些國産大(dà)型變壓器還(hái)達不到完全适應電網短路事故的(de)要求，所以，由短路沖擊造成的(de)變壓器故障時(shí)有發生。
變壓器由于短路故障停止運行後，要做(zuò)的(de)試驗項目有：變壓器油的(de)色譜分(fēn)析;變壓器繞組變形試驗;變壓器所有分(fēn)接的(de)直流電阻試驗;變壓器變比試驗。
3 變壓器短路故障的(de)表現形式和(hé)危害
3.1 變壓器繞組短路故障的(de)主要形式
在變壓器短路電磁力作用(yòng)下(xià)，繞組損壞和(hé)引線位移是變壓器短路故障最可(kě)能的(de)後果。試驗研究和(hé)運行實踐均表明(míng)，變壓器繞組的(de)短路電磁力作用(yòng)下(xià)的(de)損壞模式主要有以下(xià)幾種形式：
(1) 繞組變形導緻匝絕緣破裂引起匝間短路，這(zhè)種故障形式是直徑較小的(de)小型配電變壓器受幅向拉伸電磁力作用(yòng)在短路事故中損壞的(de)主要形式。
(2) 繞組變形導緻主絕緣強度降低而造成主絕緣擊穿，繞組變形導緻主絕緣強度降低，從而造成主絕緣的(de)擊穿事故，這(zhè)是受幅向拉伸短路力作用(yòng)的(de)中型以上電力變壓器繞組的(de)主要損壞模式。因此，在進行變壓器繞組短路強度設計時(shí)，必須考慮繞組在短路電磁力作用(yòng)下(xià)殘餘變形的(de)積累效應。
(3) 繞組的(de)幅向失穩，由于緊靠鐵心放置的(de)變壓器内繞組或多(duō)繞組變壓器的(de)中間繞組，在短路狀況下(xià)，可(kě)能受到幅向短路電磁力所引起的(de)周向壓縮作用(yòng)。中型以上變壓器内繞組的(de)幅向失穩是變壓器在幅向短路電磁力作用(yòng)下(xià)損壞的(de)主要表現形式。
(4) 繞組的(de)軸向失穩，繞組的(de)軸向失穩是受短路軸向電動力和(hé)短路幅向電動力共同作用(yòng)的(de)繞組損壞的(de)主要形式。
(5) 三相變壓器繞組的(de)整體位移與傾斜，變壓器繞組的(de)整體位移與傾斜發生在三相對(duì)稱短路故障的(de)情況下(xià)。
3.2 變壓器繞組短路故障的(de)危害
短路損壞變壓器按照(zhào)設備損壞程度統計結果。輕度損壞是指設備的(de)繞組有變形,引線被燒斷,但絕緣未損壞;中度損壞是指繞組明(míng)顯變形,繞組或引線被燒斷,絕緣受到一定程度損壞;重度損壞是指繞組嚴重變形、
壓闆被沖斷、繞組燒斷、絕緣被擊穿或燒壞,嚴重的(de)則爆炸起火,變壓器被燒毀。
變壓器内部故障導緻油流加速，可(kě)能導緻重瓦斯動作，斷路器跳閘，變壓器退出電網運行。
4 變壓器停運後的(de)電氣試驗項目
在電網中運行的(de)變壓器，經常受到各種運行條件下(xià)的(de)短路沖擊。目前，有些國産大(dà)型變壓器還(hái)達不到完全适應電網短路事故的(de)要求，所以，由短路沖擊造成的(de)變壓器故障時(shí)有發生。
變壓器由于短路故障停止運行後，要做(zuò)的(de)試驗項目有：變壓器油的(de)色譜分(fēn)析;變壓器繞組變形試驗;變壓器所有分(fēn)接的(de)直流電阻試驗;變壓器變比試驗。
