淺談電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力提高的方法

張華

電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐，是電力網(wǎng)的核心元件，其可靠運行不僅關(guān)系到廣大用戶的電能質(zhì)量，也關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全程度。電力變壓器的可靠性由其健康狀況決定，不僅取決于設(shè)計制造、結(jié)構(gòu)材料，也與檢修維護(hù)密切相關(guān)。本文就電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力的提高的問題進(jìn)行了探討。

一、電力變壓器概述

電子電力變壓器主要是采用電力電子技術(shù)實現(xiàn)的，其實現(xiàn)過程所示。其基本原理為在原方將工頻信號通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號，即降頻。通過采用適當(dāng)?shù)目刂品桨竵砜刂齐娏﹄娮友b置的工作，從而將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能。由于中間隔離變壓器的體積取決于鐵芯材質(zhì)的飽和磁通密度以及鐵芯和繞組的最大允許溫升，而飽和磁通密度與工作頻率成反比，這樣提高其工作頻率就可提高鐵芯的利用率，從而減小變壓器的體積并提高其整體效率。

二、提高電力變壓器抗短路能力的措施

1.規(guī)范設(shè)計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝

制造廠家在設(shè)計時，除要考慮變壓器降低損耗，提高絕緣水平外，還要考慮到提高變壓器的機(jī)械強(qiáng)度和抗短路故障能力。在制造工藝方面，由于很多變壓器都采用了絕緣壓板，且高低壓線圈共用一個壓板，這種結(jié)構(gòu)要求要有很高的制造工藝水平，應(yīng)對墊塊進(jìn)行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進(jìn)行恒壓干燥，并測量出線圈壓縮后的高度；同一壓板的各個線圈經(jīng)過上述工藝處理后，再調(diào)整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規(guī)定的壓力，最終達(dá)到設(shè)計和工藝要求的高度。在總裝配中，除了要注意高壓線圈的壓緊情況外，還要特別注意低壓線圈壓緊情況的控制。由于徑向力的作用，往往使內(nèi)線圈向鐵心方向擠壓，故應(yīng)加強(qiáng)內(nèi)線圈與鐵心柱間的支撐，可通過增加撐條數(shù)目并采取厚一些的紙筒作線圈骨架等措施來提高線圈的徑向動穩(wěn)定性能。

2.對變壓器進(jìn)行短路試驗

以防患于未然大型變壓器的運行可靠性，首先取決于其結(jié)構(gòu)和制造工藝水平，其次是在運行過程中對設(shè)備進(jìn)行各種試驗，及時掌握設(shè)備的工況。要了解變壓器的機(jī)械穩(wěn)定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，以確保對變壓器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計時做到心中有數(shù)。

3. 使用可靠的繼電保護(hù)與自動重合閘系統(tǒng)

系統(tǒng)中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故，特別是10KV線路因誤操作、小動物進(jìn)入、外力以及用戶責(zé)任等原因?qū)е露搪肥鹿实目赡苄詷O大。因此對于已投入運行的變壓器，首先應(yīng)配備可靠的供保護(hù)系統(tǒng)使用的直流電 源，并保證保護(hù)動作的正確性。結(jié)合目前運行中變壓器杭外部短路強(qiáng)度較差的情況，對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強(qiáng)行投運，應(yīng)看到其不利的因素，否則有時會加劇變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復(fù)的可能。目前已有些運行部門根 據(jù)短路故障是否能瞬時自動消除的概率，對近區(qū)架空線（如2km以內(nèi)）或電纜線路取消使用重合間，或者適當(dāng)延長合間間隔時間以減少因重合閘不成而帶來的危害，并且應(yīng)盡量對短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗檢查。在運行中應(yīng)對遭受短路電流沖擊的變壓器進(jìn)行記錄，并計算短路電流的倍數(shù)。

4. 積極開展變壓器繞組的變形測試診斷

通常變壓器在遭受短路故障電流沖擊后，繞組將發(fā)生局部變形，即使沒有立即損壞，也有可能留下嚴(yán)重的故障隱患。首先，絕緣距離將發(fā)生改變，固體絕緣 受到損傷，導(dǎo)致局部放電發(fā)生。當(dāng)遇到雷電過電壓作用時便有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，導(dǎo)致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用 也可能引發(fā)絕緣擊穿事故。其次，繞組機(jī)械性能下降，當(dāng)再次遭受短路事故時，將承受不住巨大的電動力作用而發(fā)生損壞事故。

由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴，且對人員的素質(zhì)要求高，在生產(chǎn)運行中不易普遍開展。因此，在實際工作中，依據(jù)變壓器繞組電容變化量來判斷繞組是否變形的方法，可以作為頻率響應(yīng)法的有益補(bǔ)充。

5. 加強(qiáng)現(xiàn)場施工和運行維護(hù)中的檢查，使用可靠的短路保護(hù)系統(tǒng)

現(xiàn)場進(jìn)行變壓器的安裝時，必須嚴(yán)格按照廠家說明和規(guī)范要求進(jìn)行施工，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對發(fā)現(xiàn)的隱患必須采取相應(yīng)措施加以消除。運行維護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)變壓器的檢查和維護(hù)保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應(yīng)措施，降低出口和近區(qū)短路故障的幾率。為盡量避免系統(tǒng)的短路故障，對于己投運的變壓器，首先配備可靠的供保護(hù)系統(tǒng)使用的直流系統(tǒng)，以保證保護(hù)動作的正確性；其次，應(yīng)盡量對因短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗檢查，可用頻率響應(yīng)法測試技術(shù)測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據(jù)測試結(jié)果有目的地進(jìn)行吊罩檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發(fā)生。

變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝，且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方面有很大的關(guān)系，變壓器短路事故對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行危害極大，為避免事故的發(fā)生，應(yīng)從多方面采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

三、增強(qiáng)變壓器抗短路能力，建議采取以下幾點措施

1.改良變壓器的機(jī)械力計算與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。變壓器的物理結(jié)構(gòu)決定著它的使用性能，因此需要通過對變壓器機(jī)械力的計算以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化改良，使其內(nèi)部線的機(jī)械力分配更加符合實際要求，提升其抗短路能力。2.采用單獨調(diào)壓線圈的結(jié)構(gòu)，有利于安匝平衡，提高抗短路能力。 3.線圈墊塊采用HPB材質(zhì)紙板制造，預(yù)密化處理，根據(jù)壓密情況加減墊塊，保證線圈軸向高度符合設(shè)計要求。4.所有線圈采用內(nèi)外撐條的結(jié)構(gòu)并用熱縮帶綁扎加固。5.只要不是最外一個線圈的其他線圈均稱為內(nèi)線圈（最外一個線圈是調(diào)壓線圈的除外），凡內(nèi)線圈及調(diào)壓線圈均盡可能繞在厚度為5 mm的硬紙筒上，以加強(qiáng)線圈的內(nèi)部支撐。6.所有線圈采用半硬銅導(dǎo)線繞制。7.螺旋式線圈的端部及所有線圈的出頭均采用收縮帶綁扎牢固。8.所有線圈端圈為實心紙圈，有利于力的傳遞，增強(qiáng)線圈端部穩(wěn)定度。9.線圈采用恒壓干燥。10.器身出爐后用油壓機(jī)壓緊線圈，上緊壓釘。11.套裝完后整體壓緊線圈。12.相間位置線圈與鐵軛間的空隙用斜板打入填實，保證三相線圈相間位置充分壓緊，防止短路時變形。13.加強(qiáng)變壓器鐵心夾件結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度。14.盡量減小變壓器分接數(shù)是加強(qiáng)動穩(wěn)定能力的一個措施。運行經(jīng)驗證明絕大多數(shù)變壓器線圈損壞都發(fā)生在調(diào)壓線圈上。特別是主線圈和調(diào)壓線圈在同一心柱上時更容易損壞。15.在鐵心的梯角處尤其是小級側(cè)適當(dāng)放置撐條，提高鐵心圓整度，以更好地支撐線圈。

以上措施，從設(shè)計及工藝上大大加強(qiáng)了線圈穩(wěn)定性，從而提高了變壓器的短路沖擊能力。

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