淺議變壓器抗短路能力

魏力云

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)西銘礦，山西 太原 030052）

變壓器在運(yùn)行中與輸電線路連在一起，經(jīng)常受到來自線路的過電壓、過電流的侵襲，是傳輸、分配電能的樞紐，是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的可靠運(yùn)行不僅關(guān)系到廣大用戶的可持續(xù)性，也關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性能。

我國電力變壓器產(chǎn)品可按容量大小分為大型變壓器（容量大于或等于8000 kVA）和中小型變壓器（容量小于或等于6 300 kVA）；也可按電壓等級(jí)分為 6 kV、10 kV、35 kV、60 kV、110 kV、220 kV、330 kV和500 kV等。作為電壓變換設(shè)備，特別是10 kV和35 kV電壓等級(jí)的變壓器被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域，在電力、工業(yè)和商業(yè)等領(lǐng)域中被廣泛使用，且數(shù)量巨大。1999年，我國變壓器年產(chǎn)約33.8萬臺(tái)，其中10 kV和35 kV級(jí)約31.3萬臺(tái)，占92.6%。據(jù)估計(jì)，目前在電網(wǎng)上運(yùn)行的10 kV和35 kV級(jí)變壓器約有10億kVA以上。由于使用量大，運(yùn)行時(shí)間長，變壓器在選擇時(shí)必須考慮其抗短路的能力，特別是使用量大，運(yùn)行時(shí)間長的10 kV和35 kV級(jí)變壓器。

1 變壓器概述

變壓器是利用導(dǎo)磁系數(shù)高的硅鋼片插成鐵芯組，初級(jí)繞組根據(jù)初級(jí)額定電壓和鐵芯的截面積以及次級(jí)的輸出電壓，計(jì)算出每伏匝數(shù)和初級(jí)電流，就可以計(jì)算出繞組的截面積。然后處理好初級(jí)和次級(jí)繞組的絕緣問題，將初級(jí)和次級(jí)繞組繞好后進(jìn)行通電試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后再做絕緣浸漆和烘干處理。電力變壓器主要是利用電磁感應(yīng)原理，在原方將工頻信號(hào)通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，然后通過中間高頻隔離變壓器升壓、降壓、自偶等形式耦合到副方，再還原成工頻信號(hào)。通過控制變壓器的電力電子裝置，將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能的裝置。

2 對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)

由于惡劣天氣、誤操作、誤動(dòng)作等情況可能使電網(wǎng)電流迅速升高造成短路，使變壓器必須承受短路電流的極大沖擊，在這一電流的沖擊下，變壓器本身的制造、平時(shí)的維護(hù)等原因可能使變壓器損壞，為此提高變壓器的抗短路能力一方面必須配備可靠的繼電保護(hù)，盡可能地減少短路的發(fā)生，從而減少短路電流的沖擊；另一方面對(duì)變壓器進(jìn)行絕緣、耐壓、短路等各種試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，不可靠的環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，保證變壓器安全可靠運(yùn)行。

3 繼電保護(hù)

3.1 繼電保護(hù)

繼電保護(hù)是指在正常用電的過程中，能夠?qū)﹄娐饭收线M(jìn)行及時(shí)的警報(bào)，并能夠有效地防止事故發(fā)生的一項(xiàng)技術(shù)，其核心是繼電保護(hù)的裝置。繼電保護(hù)的裝置隨著現(xiàn)代電力的發(fā)展變化也由原先的機(jī)電整流式向集成微機(jī)處理式過渡。尤其是近30年以來，將計(jì)算機(jī)運(yùn)用技術(shù)融入繼電保護(hù)裝置，使得微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，也使得保護(hù)的性能得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。

3.2 繼電保護(hù)的主要特點(diǎn)和對(duì)保護(hù)工作者的要求

（1）電力系統(tǒng)是由很多復(fù)雜的一次主設(shè)備和二次保護(hù)、控制、調(diào)節(jié)、信號(hào)的輔助設(shè)備組成的有機(jī)整體。每個(gè)設(shè)備都有它獨(dú)特的運(yùn)行作用和故障時(shí)的工作行為。任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題都將引起系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變，給其他設(shè)備以及整個(gè)系統(tǒng)造成不同程度的損壞。因此，這就要求繼電保護(hù)工作者具有廣泛的生產(chǎn)運(yùn)行知識(shí)和能深刻地理解這些設(shè)備的工作原理、性能、參數(shù)計(jì)算和故障分析等的能力。

（2）電力系統(tǒng)繼電保護(hù)不僅基于電工理論、電機(jī)學(xué)和電力系統(tǒng)等基礎(chǔ)理論，還與電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科學(xué)等新理論、新技術(shù)密切聯(lián)系。電力系統(tǒng)通訊技術(shù)的發(fā)展和新電子元件的出現(xiàn)都引起了繼電保護(hù)裝置的革命。計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)的迅速發(fā)展和實(shí)用化在電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用，使繼電保護(hù)技術(shù)的面貌發(fā)生根本性變化。在繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行方面出現(xiàn)了一些新的理論、新的概念和新的方法。由此可見，繼電保護(hù)工作者應(yīng)密切注意相鄰學(xué)科中新理論、新技術(shù)、新材料的發(fā)展情況，積極而謹(jǐn)慎地運(yùn)用各種新技術(shù)成果，不斷發(fā)展繼電保護(hù)的理論，提高其技術(shù)水平和可靠性指標(biāo)，改善保護(hù)裝置的性能，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（3）為了掌握繼電保護(hù)裝置的性能及其在電力系統(tǒng)故障時(shí)的動(dòng)作行為，既要運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析，還要對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)。只有實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析基本一致，并滿足預(yù)定的要求，才能在實(shí)踐中采用。因此，要搞好繼電保護(hù)工作要善于對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行和保護(hù)性能問題進(jìn)行理論分析，掌握科學(xué)的試驗(yàn)技術(shù)。

（4）繼電保護(hù)工作稍有差錯(cuò)，就可能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來不可估量的損失。這就要求繼電保護(hù)工作者具有高度的責(zé)任感，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)，在工作中樹立安全第一的思想。

3.3 裝設(shè)保護(hù)

（1）電力變壓器應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。對(duì)變壓器溫度升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行電力變壓器標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，裝設(shè)信號(hào)。

（2）對(duì)變壓器油箱內(nèi)的各故障以及油面的降低應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。

（3）對(duì)變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應(yīng)根據(jù)容量的不同，裝設(shè)能斷開變壓器各電源側(cè)的斷路器的縱差動(dòng)保護(hù)或電流速短保護(hù)。

（4）變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中防止勵(lì)磁涌流的方法：①采用具有速飽和鐵心的差動(dòng)繼電器；②鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流波形的差別；③利用二次諧波制動(dòng)等。

（5）對(duì)變壓器外部的相間短路時(shí)，應(yīng)采用的保護(hù)：①過電流保護(hù)；②復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)；③負(fù)序電流及單相式低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)；④阻抗保護(hù)。

（6）多繞組變壓器外部相間短路的保護(hù)：①變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)；②中性點(diǎn)不接地的變壓器帶接地故障運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)具體情況，裝設(shè)專用的保護(hù)裝置；③直接接地的三繞組變壓器，有選擇要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)零序方向元件。

4 變壓器運(yùn)行中的檢查維護(hù)

（1）變壓器發(fā)生事故一般都是由輕微故障發(fā)展為嚴(yán)重事故的，一般都會(huì)有預(yù)兆。值班人員應(yīng)對(duì)變壓器的運(yùn)行聲音、震動(dòng)等情況的進(jìn)行監(jiān)視，以便維護(hù)人員在判斷分析處理變壓器運(yùn)行故障時(shí)提供依據(jù)，采取有效的措施，縮短停電時(shí)間。

（2）變壓器檢查：①變壓器的聲音是否正常；②變壓器油溫是否在允許范圍；③變壓器油質(zhì)是否為正常顏色；④套管是否潔凈，有無閃絡(luò)現(xiàn)象；⑤天氣有變化時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行檢查。

5 加強(qiáng)現(xiàn)場施工和運(yùn)行維護(hù)中的檢查

現(xiàn)場進(jìn)行變壓器的安裝時(shí)，必須嚴(yán)格按照廠家說明和規(guī)范要求進(jìn)行施工，對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患必須及時(shí)進(jìn)行處理。維護(hù)人員應(yīng)經(jīng)常詢問值班人員變壓器的運(yùn)行狀況以便在檢查維護(hù)時(shí)采取相應(yīng)有效的措施對(duì)變壓器進(jìn)行隱患處理和薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，從而降低變壓器短路故障發(fā)生的概率。

總而言之，提高變壓器的抗短路能力應(yīng)從變壓器的設(shè)計(jì)、工藝、運(yùn)行等各方面進(jìn)行考慮，采取有效的控制措施減少變壓器短路的發(fā)生，保證變壓器的安全可靠運(yùn)行。

[1]謝毓城主編，電力變壓器手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003

[2]劉傳彝，電路變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法與實(shí)踐[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002

[3]顧永輝.范廷瓚主編，煤礦電工手冊（修訂本），煤炭工業(yè)出版社，2007