變壓器繞組短路接地故障的保護(hù)探討

【摘要】變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)設(shè)備，其良好運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全有著非常重要的意義。近年來隨著電力設(shè)備的不斷提升，其性能也逐漸完善，但仍不可避免設(shè)備的故障頻發(fā)。變壓器的心臟是繞組，一旦變壓器的繞組發(fā)生故障，可能會(huì)引起這個(gè)電網(wǎng)的癱瘓。本文對(duì)變壓器中最為嚴(yán)重的短路接地故障進(jìn)行重點(diǎn)探討。

【關(guān)鍵詞】變壓器；繞組短路；繞組短路接地故障；保護(hù)策略

隨著電網(wǎng)容量的逐漸增大，電力設(shè)備的故障也逐年增多，而在所有故障當(dāng)中占有最大比例的就是變壓器故障。在變壓器繞組故障當(dāng)中有一個(gè)非常特別的案例，便為繞組短路接地故障。專家們運(yùn)用了各種原理進(jìn)行分析，運(yùn)用安匝平衡原理分析出了星形繞組短路的接地故障的原因，即當(dāng)接地點(diǎn)靠近中性點(diǎn)附近時(shí)，零差保護(hù)的靈敏度特別高，這與平時(shí)資料中記載的零差保護(hù)普遍較低現(xiàn)象相違背，因此對(duì)于繞組接地故障的問題值得探討。

1.變壓器繞組短路常見故障分析

變壓器的核心就是繞組，所以變壓器的常見故障是離不開繞組問題的。簡單的說，繞組構(gòu)成了變壓器的輸出電能和輸入電能的電氣回路。常見的變壓器繞組故障主要有繞組短路故障、變壓器斷相運(yùn)行、繞組過熱、繞組變形等故障。雖然電力設(shè)備的品質(zhì)在逐年提升，但不可避免的故障還是時(shí)有發(fā)生，在這些頻發(fā)的電力故障當(dāng)中，重復(fù)性最高的當(dāng)屬短路故障。而其中的繞組短路故障又有很多不同的類別，比如說匝間短路、繞組股間短路、相間短路等，這些故障現(xiàn)象是在電力人員工作中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。

上述故障的表現(xiàn)形式也有很多不同的類型，比如繞組發(fā)熱就會(huì)直接導(dǎo)致變壓器發(fā)熱，一旦變壓器出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象就會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全帶來很大的影響；繞組短路會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成局部電流過大，造成相對(duì)應(yīng)的變壓器的振動(dòng)幅度過大，而導(dǎo)致變壓器的壽命大大縮短，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全造成一定程度的破壞，當(dāng)在短時(shí)間內(nèi)局部電流強(qiáng)度得不到控制時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的繞組短路現(xiàn)象，這種情況是相當(dāng)危險(xiǎn)的，因?yàn)樵摤F(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象，而變壓器會(huì)直接燒毀。而對(duì)于不常見的繞組短路接地故障更是有非常危險(xiǎn)的情況出現(xiàn)。

2.發(fā)生接地故障的原因分析

經(jīng)專家對(duì)接地故障進(jìn)行分析得出，接地故障有很大一部分原因是因?yàn)樵验g短路而引起的。匝間短路是變壓器繞組短路中最常見的一種故障，而該故障大多數(shù)是在多股線并繞的變壓器線圈中才會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象，也就是說在一、二詞繞組間是不經(jīng)常發(fā)生的。

而造成該短路現(xiàn)象的原因有很多方面，較為常見的主要有：操作技術(shù)工人操作不當(dāng)，對(duì)工作不是特別認(rèn)真，因此會(huì)導(dǎo)致部分匝絕緣損壞，匝絕緣非常的薄弱，在處理不當(dāng)?shù)那闆r下會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)問題，而該現(xiàn)象經(jīng)常被工作人員疏忽；另一個(gè)容易被忽視的原因就是使用的年限太久，不注意更換新的線圈，導(dǎo)致匝絕緣自動(dòng)脫落進(jìn)而使導(dǎo)線相連出現(xiàn)短路現(xiàn)象；另外，由于導(dǎo)線接頭的焊接不是很牢靠，在重負(fù)載之下也會(huì)出現(xiàn)接頭過熱，也會(huì)出現(xiàn)匝間短路；最后，當(dāng)變壓器的油箱內(nèi)油較少時(shí)，裸露部分因不能通過變壓器油循環(huán)及時(shí)散熱，而會(huì)出現(xiàn)局部過熱與冷卻出現(xiàn)的溫度差會(huì)造成變壓器過熱，出現(xiàn)匝間短路。以上原因是在研究匝間短路的現(xiàn)象時(shí)總結(jié)出來的較為常見的故障緣由。

對(duì)于接地故障發(fā)生的原因與匝間短路發(fā)生的原因有很多的相似之處。接地故障發(fā)生的原因一般是因?yàn)榫€路導(dǎo)線或臺(tái)架的引下線在某些情況下發(fā)生斷線落地現(xiàn)象或者是搭掛在橫擔(dān)上；另外，有些電力公司為了節(jié)省開支，將部分電線接在樹木與樹木之間，殊不知該做法會(huì)導(dǎo)致單相接地故障，為整個(gè)電網(wǎng)的安全造成更大的損失；或者在惡劣的天氣下，也較容易出現(xiàn)接地故障，當(dāng)線路遭遇雷電天氣時(shí)或是配電變壓器高壓繞組單相絕緣被擊穿接地時(shí)，短接現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生等等，這些只是外部環(huán)境對(duì)電線的不同程度的損壞，這些損壞會(huì)導(dǎo)致電路內(nèi)部出現(xiàn)不同類型的匝間短路，從而造成繞組短路，對(duì)電網(wǎng)造成破壞。因此對(duì)該接地故障的保護(hù)是勢在必行的。

3.變壓器繞組短路接地故障的保護(hù)

變壓器繞組短路接地故障對(duì)居民的生活和用電安全都會(huì)有不同程度的危害。據(jù)調(diào)查顯示，在2000年一年之內(nèi)，我國的200～500kv的變壓器一共是3000臺(tái)左右，發(fā)生故障的次數(shù)是85次，這些發(fā)生的故障中因本體發(fā)生的故障有27次、因匝間而發(fā)生的故障有15次、因套管發(fā)生的故障有4次、因分接頭發(fā)生的故障有2次、而因外部引線發(fā)生的故障有38次，可見匝間故障之多，嚴(yán)格來說分接頭故障也是屬于匝間短路的，輸電線故障中單相故障大約占了百分之九十，而變壓器單相故障較少的原因是因?yàn)樽儔浩骼@組的正常對(duì)地電位為零，在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)中性電位會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，又有放電間隙的保護(hù)，尤其是在靠近中性點(diǎn)附近時(shí)極少可能發(fā)生接地故障。而變壓器單相故障的很少一部分原因是因?yàn)樽儔浩餍切卫@組的中性點(diǎn)接地。因此對(duì)接地故障的保護(hù)也是有法可循的，切不可盲目。

對(duì)于變壓器繞組短路接地故障的保護(hù)主要是通過對(duì)零差保護(hù)的作用?？v差保護(hù)能夠保護(hù)高低壓兩側(cè)變壓器引線以及本體的內(nèi)部故障，而且縱差保護(hù)的基本動(dòng)作原理不是建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)上，而是建立在正常各側(cè)繞組安匝只和近似為零的基礎(chǔ)之上的，所以說縱差保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠保護(hù)繞組的匝間短路。當(dāng)接地點(diǎn)無限接近中性點(diǎn)時(shí)，接地故障和匝間故障對(duì)縱差的保護(hù)在性質(zhì)上完全相同，因?yàn)樽儔浩髟验g故障的計(jì)算非常復(fù)雜，當(dāng)高壓系統(tǒng)容量不到，高壓母線電壓會(huì)下降很多，可以說輕微的匝間故障的故障電流基本不受運(yùn)行方式的結(jié)論，可以說縱差保護(hù)能夠靈敏的切除故障。

除了縱差保護(hù)還有零差保護(hù)對(duì)接地故障的作用，雖然縱差保護(hù)能夠保護(hù)高低壓兩側(cè)變壓器引線以及本體故障，但是對(duì)變壓器的接地故障作用卻不是那么明顯，反而是零差保護(hù)的作用對(duì)接地故障的保護(hù)不容小覷。專家學(xué)者通過分析和比較零差保護(hù)和縱差保護(hù)，得出了兩種保護(hù)對(duì)單相接地故障的靈敏度。在一個(gè)閉合回路里，當(dāng)單側(cè)電源供電發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)負(fù)荷側(cè)電流一般可以忽略，縱差保護(hù)的比率制動(dòng)能夠滿足，問題是當(dāng)雙側(cè)電源同時(shí)開啟發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)電流的相位相差度數(shù)將會(huì)使得縱差保護(hù)的靈敏度大大降低，可見對(duì)于接地故障的保護(hù)還是有把握的、有針對(duì)性的進(jìn)行才可以。

結(jié)語

綜上所述，變壓器在電網(wǎng)中的作用是不言自明的，通過變壓器能夠保護(hù)電網(wǎng)的安全并保證其安全運(yùn)行，為人們的生活提供便利。但是，變壓器的故障常常令人憂心，由于變壓器的種種故障經(jīng)常導(dǎo)致電網(wǎng)無法正常使用，為我國的電力工作也產(chǎn)生了非常不良的影響，而在眾多變壓器故障中，存在最多爭議的當(dāng)屬繞組短路接地故障，通過對(duì)接地故障的原因和問題分析，也得出了非常多的解決方案，其中對(duì)變壓器繞組短路接地故障增加零差保護(hù)的方案是目前為止最值得商議的，希望在不久的將來能夠得到更加準(zhǔn)確的答案。

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作者簡介

高娜（1982-），女，漢族，寧夏銀川人，本科，助理工程師，畢業(yè)于長沙理工大學(xué)，先后獲得授權(quán)5項(xiàng)國家實(shí)用新型專利，期間參與國家火炬計(jì)劃項(xiàng)目和國家重點(diǎn)新產(chǎn)品項(xiàng)目。