提高110KV及以上變壓器抗短路能力的措施

（云南銅業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650102）

1 變壓器短路事故主要表現(xiàn)形式

通過對變壓器因外部短路損壞典型事故分析，變壓器短路事故主要有以下幾種表現(xiàn)形式：

繞組軸向失穩(wěn)變形，造成繞餅沿軸向彎曲變形，絕緣墊塊松動(dòng)脫落，線餅傾斜倒塌失穩(wěn)，壓釘松動(dòng)，鐵芯夾件支板變形或壓釘肢板脫落，壓釘螺栓彎曲、位移，壓釘碗碎裂，端部壓板斷裂等。

繞組輻向損壞，造成外繞組撐開，內(nèi)繞組成梅花形或曲翹，層間撐條被剪斷等。由于短路時(shí)間過長或?qū)Ь€焊接不良導(dǎo)致熱效應(yīng)破壞，造成線圈甚至鐵芯嚴(yán)重?zé)龘p。繞組端部和換位處絕緣存在初始缺陷導(dǎo)致?lián)p壞，造成絕緣燒損，形成匝問或餅間短路，導(dǎo)線燒斷或燒熔等。線圈采用單螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)可能引發(fā)繞組扭轉(zhuǎn)。

由于引線固定支點(diǎn)不夠，支架不牢固，引線焊接不良等造成引線支架開裂，膠木螺桿折斷，引線變形等。以上變壓器短路事故損壞形式往往不是以一種單獨(dú)形式出現(xiàn)的，更多時(shí)候是多種形式并存，變壓器的損壞往往也是在遭受多次短路故障的累積作用下發(fā)生的。

2 變壓器短路時(shí)電動(dòng)力分析

變壓器短路過渡過程中的電流是連續(xù)變動(dòng)的，而繞組及其部件在電動(dòng)力的作用下也會(huì)產(chǎn)生位移，因此短路時(shí)電動(dòng)力的分析是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程分析。下面簡要地定性敘述短路時(shí)電動(dòng)力在變壓器繞組及其部件的作用情況。

2.1 徑向電動(dòng)力

漏磁場的軸向分量與短路電流相互作用，對繞組產(chǎn)生徑向力。由于漏磁場感應(yīng)強(qiáng)度呈三角形分布，作用在繞組導(dǎo)線上的力與導(dǎo)線所在處的磁場感應(yīng)強(qiáng)度成正比。徑向力向內(nèi)作用在內(nèi)繞組上，力圖使導(dǎo)線長度縮短，在繞組導(dǎo)線中出現(xiàn)壓應(yīng)力；徑向力向外作用在外繞組上，力圖使導(dǎo)線伸長，在繞組中出現(xiàn)拉應(yīng)力，同時(shí)內(nèi)外繞組還會(huì)出現(xiàn)彎曲應(yīng)力。徑向合應(yīng)力為壓(拉)應(yīng)力與彎曲應(yīng)力之和。合應(yīng)力的大小與撐條數(shù)和撐條的材料彈性有關(guān)。

2.2 軸向電動(dòng)力

軸向電動(dòng)力由兩部分組成，一部分是由漏磁場的端部彎曲而呈現(xiàn)出的橫向分量與短路電流相互作用產(chǎn)生的軸向力，稱為軸向內(nèi)力，其作用方向?qū)?nèi)外繞組均是壓縮繞組，力圖使繞組高度降低，使繞組的線匝向豎直方向彎曲并壓縮線段間的墊塊。軸向電動(dòng)力的另一部分是由于一對內(nèi)、外繞組磁勢不均勻(安匝不平衡)而出現(xiàn)的橫向漏磁場與短路電流作用而產(chǎn)生的軸向力，一般稱為軸向外力。軸向外力的作用方向與橫向漏磁通的方向有關(guān)，在一對內(nèi)、外繞組上產(chǎn)生的作用力大小相等、方向相反。繞組上承受的軸向力為軸向內(nèi)力與軸向外力的矢量和。

2.3 周向電動(dòng)力

流經(jīng)變壓器繞組中的電流從首端到末端可視為一個(gè)等效的軸向電流矢量。等效軸向電流與橫向漏磁場相互作用產(chǎn)生周向電動(dòng)力而力圖使繞組中的線段產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)。通過分析可以知道，周向電動(dòng)力在繞組端部的作用方向使繞組出頭回彈。周向電動(dòng)力的作用在大電流的螺旋式低壓繞組和多個(gè)電流并行流過的螺旋式高壓調(diào)壓繞組上更為顯著。

3 提高變壓器抗短路能力的措施

提高變壓器抗短路能力涉及到設(shè)計(jì)過程、制造過程和運(yùn)行維護(hù)等方面，具體措施如下：

3.1 設(shè)計(jì)過程的措施

原產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中對機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)穩(wěn)定性能力方面的計(jì)算，不能完全反映短路沖擊狀態(tài)過程中構(gòu)件所受的沖擊力，所以必須對原靜態(tài)應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核方法增加補(bǔ)充內(nèi)容，在校核繞組強(qiáng)度的同時(shí)，增加對繞組抗失穩(wěn)能力的驗(yàn)算。

優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量使各個(gè)繞組安匝平衡，包括：器身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，所有繞組軸向?qū)ΨQ，并嚴(yán)格控制高度；單獨(dú)設(shè)置調(diào)壓繞組，而不是在主繞組上設(shè)置分接段；縮小安匝平衡的分布，合理布置油道，以方便制造過程控制。變壓器阻抗計(jì)算時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)盡量取最大值，以盡可能限制短路電流。出于提高導(dǎo)線的強(qiáng)度和剛度考慮，應(yīng)選用合適的導(dǎo)線寬厚比(h/b控制在5以下)，且具有一定堅(jiān)硬度(半硬銅)的自粘換位導(dǎo)線，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)合理增大內(nèi)繞組導(dǎo)線截面，以增大抗彎截面系數(shù)和慣性矩。外繞組采用雙面撐條，內(nèi)繞組除采用雙面撐條外，還應(yīng)適當(dāng)增加墊塊和撐條數(shù)量或考慮增加副撐條，以提高繞組強(qiáng)度和輻向線段的剛性。軟紙筒極易變形使支撐失效導(dǎo)致繞組損壞，這已被大量事實(shí)所證明，因此，從設(shè)計(jì)上考慮提高支撐的有效性，內(nèi)外繞組均采用硬紙筒作骨架。鑒于預(yù)壓絕緣紙板的機(jī)械性能優(yōu)于層壓木板，繞組端壓板應(yīng)采用高密成型預(yù)壓紙壓板。繞組壓板采用整壓板，并加副壓板，以減小壓釘作用在主壓板上的壓強(qiáng)，并使繞組均勻壓緊。增加選擇壓釘數(shù)量，高低壓繞組均勻布置壓釘，以保證均勻壓緊，同時(shí)可以考慮采用彈簧壓釘，使得當(dāng)繞組產(chǎn)生軸向收縮或位移時(shí)，由于彈簧的作用，仍能保持一定的壓力。變壓器內(nèi)部裸露的導(dǎo)體都應(yīng)加包絕緣，要加強(qiáng)引線支架及油箱強(qiáng)度。

3.2 制造過程的措施

選用高密紙板制作墊塊，并經(jīng)密化干燥處理，使墊塊的收縮率降到最低限度，并存放于恒溫室中以備使用。

對線圈撐條墊塊進(jìn)行預(yù)穿配，同時(shí)對撐條墊塊總高度和各安匝平衡分區(qū)墊塊高度進(jìn)行串壓預(yù)測控制，如此可有效地控制線圈軸向高度的公差，否則將影響到設(shè)計(jì)原有安匝平衡區(qū)域的劃分。

導(dǎo)線使用前進(jìn)行干燥處理，使用中每隔一天更換一次。經(jīng)過干燥處理的導(dǎo)線，可避免絕緣受潮，便于把線餅繞緊。繞組繞制采用有效的拉緊導(dǎo)線裝置，使線餅緊密。高壓繞組繞制所有并聯(lián)導(dǎo)線都要經(jīng)拉緊裝置引出，低壓繞組繞制時(shí)最上面的6根導(dǎo)線也要經(jīng)拉緊裝置引出，使用時(shí)，以導(dǎo)線繃緊而不損傷絕緣為宜。繞組繞制時(shí)要保證圓度和同心度，線餅不應(yīng)出現(xiàn)傘形。每繞制8-10段進(jìn)行一次軸向壓緊，以保證軸向緊實(shí)及線餅整齊。繞組端部及出頭綁扎用收縮帶，綁扎采用拉緊扣的方法，一個(gè)間隔一綁扎，連續(xù)綁扎4～8餅，以保證端部的機(jī)械強(qiáng)度。導(dǎo)線及引線焊接采用斜搭焊，并用無水酒精清洗焊接部位。同時(shí)引線的固定包扎一定要緊實(shí)，邊包扎邊用榔頭敲打。內(nèi)繞組的支撐是以鐵芯為骨架，通過紙筒和撐條實(shí)現(xiàn)的，因此應(yīng)保證鐵芯的圓度、垂直度、同心度和級(jí)差。采用恒壓干燥工藝，尤其在繞組組裝后，進(jìn)行恒壓干燥，以保證各個(gè)繞組受壓力均勻。繞組整裝時(shí)，要求裝配公差小、間隙量小，鐵芯級(jí)間用圓棒填充以使鐵心與低壓紙筒接觸面積增大，填實(shí)撐緊。

在總裝時(shí)采用先進(jìn)工藝，先用小型油壓千斤頂對繞組壓緊，然后靠壓釘把壓緊后的尺寸固定下來，放松油壓后，繞組就處于規(guī)定的壓力之下，這樣可以使繞組的軸向壓緊得到可靠的保證。

3.3 運(yùn)行方面的措施

采取有效措施，減少近區(qū)短路的發(fā)生次數(shù)；對事故頻發(fā)的配電線路要加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)并及時(shí)消除缺陷；對絕緣水平低的開關(guān)柜要限期進(jìn)行完善化改造；對高壓室的所有孔洞要全部堵塞，嚴(yán)防小動(dòng)物進(jìn)入；為抑制10kV系統(tǒng)內(nèi)部過電壓引發(fā)的事故，應(yīng)設(shè)法測試10kV系統(tǒng)電容電流，必要時(shí)應(yīng)加裝消弧線圈；此外，不論事故原因如何，凡變壓器開關(guān)跳閘，均應(yīng)對變壓器進(jìn)行電氣試驗(yàn)和檢查，判斷無問題后方可投運(yùn)，嚴(yán)禁只根據(jù)外部跡象盲目將已存在故障的變壓器再次投運(yùn)。

加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，提高直流電源、繼電保護(hù)、開關(guān)動(dòng)作的可靠性，防止開關(guān)越級(jí)跳閘。對直流電源加以重視，定期進(jìn)行開關(guān)分一合一分操作循環(huán)試驗(yàn)，以考核直流電源是否可靠，確保重合閘動(dòng)作后仍能正確切斷故障，防止變壓器長時(shí)間帶短路電流而燒壞。同時(shí)加強(qiáng)日常維護(hù)檢查，消除設(shè)備閃絡(luò)放電隱患，防止變壓設(shè)備污閃和雷擊閃絡(luò)。

對10kV線路重合閘投入進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。開展變壓器繞組變形測量，普查變壓器頻響特性。當(dāng)發(fā)生近區(qū)短路而存在異議時(shí)，對事故后變壓器進(jìn)行頻響特性測量，經(jīng)過判斷將變形嚴(yán)重的變壓器及時(shí)退出并作檢修處理。

4 結(jié)束語

l10kV及以上電力變壓器低壓側(cè)穿越性短路是經(jīng)常發(fā)生的，近年來全國因近區(qū)短路而損壞變壓器的數(shù)量顯著上升，制造部門與運(yùn)行單位應(yīng)密切配合，積極采取以上措施，不斷提高變壓器的制造及管理水平，變壓器短路事故將會(huì)得到有效的防止，造成的損壞也將會(huì)大大減輕。

[1]王曉剛.提高電力變壓器抗短路能力措施.電工技術(shù)2003年