變壓器繞組變形失穩(wěn)分析

吳長波

（國網(wǎng)能源寶清煤電化有限公司，黑龍江 寶清 155660）

一、引言

一臺雙卷油浸式變壓器在一次廠用電短路事故中燒損，造成很大損失。此變壓器1992年投入運行，事故前處于正常供電狀態(tài)，在啟動大容量設(shè)備時，10kV母線絕緣對地擊穿，弧光引起母線三相短路，變壓器10kV低壓側(cè)進線開關(guān)發(fā)生觸頭燃熔、粘連，保護動作又未能直接跳開此變壓器高壓側(cè)進線開關(guān)，使故障切除時間延長達3s之久。吊芯發(fā)現(xiàn)高低壓繞組嚴重變形，低壓繞組有一處絕緣擊穿，繞組上下有竄動，墊板損壞，壓環(huán)碎裂。

二、短路時，繞組電磁力分析

在發(fā)生短路事故時，作用在變壓器繞組上的短路電磁力一方面隨短路電流的大小不斷變化；另一方面在短路電磁力的作用下，變壓器繞組要承受輻向電磁力與軸向電磁力聯(lián)合作用，使繞組沿軸向上下振動，同時輻向拉伸力使外側(cè)繞組直徑增大，輻向壓縮力使內(nèi)側(cè)繞組直徑減小，這必然會引起漏磁場也隨著發(fā)生變化，而漏磁分布的改變又將引起繞組受力也隨著發(fā)生變化。由于保護未能及時切除此變壓器，這種不斷變化的短路電磁力作用時間越長，對變壓器繞組變形破壞力就越大。據(jù)統(tǒng)計，在短路引起的繞組損壞事故中，輻向壓縮力比輻向拉伸力更有破壞性，往往是繞組絕緣擊穿的主要原因。

通過觀察發(fā)現(xiàn)，此變壓器繞組除其外部嚴重變形外，與鐵心窗口接觸處的內(nèi)側(cè)繞組也有嚴重的變形，且有擊穿現(xiàn)象。這一方面是由于鐵心窗口內(nèi)部區(qū)域的漏磁場比鐵心窗口外部區(qū)域的漏磁場要強，所以此部分繞組所受的短路電磁力相對比較大；另一方面是由于鐵心窗口內(nèi)部的繞組軸向壓緊比較薄弱，因此繞組相應(yīng)部位變形比較大。

查找此變壓器跳閘記錄，從投運以來已經(jīng)發(fā)生過兩次短路保護動作跳閘事故。在這次短路事故中，因繞組支撐結(jié)構(gòu)強度不足，發(fā)生輻向失穩(wěn)變形，使繞組相間和對地、匝間絕緣強度都隨著失穩(wěn)而發(fā)生了改變，其中匝絕緣強度變化最大（即絕緣層可能會出現(xiàn)破裂），出現(xiàn)絕緣擊穿。如保護不能及時切除故障電流，將會進一步導(dǎo)致更嚴重的局部繞組擊穿。

三、引起輻向失穩(wěn)的主要原因

引起變壓器繞組輻向失穩(wěn)變形因素主要有以下方面。

（1）制造廠在設(shè)計時沒有充分考慮安全裕度，使實際繞組承受的輻向穩(wěn)定力不能滿足現(xiàn)場短路電流的沖擊。

（2）由于生產(chǎn)工藝差，造成繞組裝配間隙過大，在大短路電流時，可能造成繞組內(nèi)某些支撐結(jié)構(gòu)失效。

（3）繞組外圍的邊界不一致造成繞組漏磁場不是軸對稱磁場，導(dǎo)致繞組所受的輻向壓縮力沿圓周方向不均勻分布。短路時結(jié)構(gòu)上較薄弱的撐條間隔處最先失穩(wěn)而破壞。

（4）多次短路事故可能在繞組上形成變形積累，在以后某次短路力作用時可能超過其支撐結(jié)構(gòu)實際承受能力，而造成失穩(wěn)變形。

這次損壞的雙卷式油浸變壓器已連續(xù)運行多年，在發(fā)生兩次短路事故后，沒有及時進行頻率響應(yīng)分析了解繞組實際變形情況，也沒有進行吊芯檢查。在發(fā)生母線三相短路時，變壓器繞組變形已經(jīng)達到支撐結(jié)構(gòu)不能承受的程度，因此發(fā)生變形失穩(wěn)、擊穿、燒損。

四、預(yù)防措施

為防止變壓器繞組變形失穩(wěn)，除嚴格控制變壓器制造質(zhì)量外，對已投運的大型變壓器需要考慮以下幾個方面。

（1）采取有效措施，減少母線發(fā)生短路的機會。一旦母線側(cè)發(fā)生短路，保護應(yīng)盡快切除母線供電變壓器，同時在母線短路未切除前，廠用備用電源不能自投于故障母線。

（2）對110kV（66kV）及以上電壓等級的變壓器要有故障錄波在線監(jiān)視裝置，掌握短路故障電流大小以及故障持續(xù)時間，作為判斷繞組變形情況的參考。

（3）對運行中的大型變壓器要進行頻率響應(yīng)分析的測量，以便與事故發(fā)生后的頻率響應(yīng)分析結(jié)果進行比較，合理判斷變壓器繞組變形程度。

（4）大型變壓器出口短路后，應(yīng)該進行繞組變形試驗，與制造廠提供的原始頻率響應(yīng)比較，作為繞組有無變形及變形程度的判斷依據(jù)，未經(jīng)任何試驗和檢查不允許試投。

（5）對那些通過頻率響方式測量發(fā)現(xiàn)繞組變形較嚴重卻仍在運行著的變壓器，應(yīng)在最短時間內(nèi)，有計劃地進行吊芯檢查和檢修。

五、結(jié)論

變壓器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備，發(fā)生故障對電力系統(tǒng)安全、企業(yè)生產(chǎn)影響很大。通過以上分析可知，防止變壓器繞組變形失穩(wěn)損壞，需要加強對變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測，時時了解繞組變形情況，當繞組變形較大時應(yīng)及時停電維修,可減少變壓器燒損的幾率，避免不可預(yù)計的電力中斷事故。

[1]王曉鶯.變壓器故障與監(jiān)測[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004，3.

[2]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械機柜工業(yè)出版社，2003，2.