變壓器繞組短路接地故障的保護探討

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

【關(guān)鍵詞】變壓器；繞組短路；繞組短路接地故障；保護策略

隨著電網(wǎng)容量的逐漸增大，電力設備的故障也逐年增多，而在所有故障當中占有最大比例的就是變壓器故障。在變壓器繞組故障當中有一個非常特別的案例，便為繞組短路接地故障。專家們運用了各種原理進行分析，運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，即當接地點靠近中性點附近時，零差保護的靈敏度特別高，這與平時資料中記載的零差保護普遍較低現(xiàn)象相違背，因此對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、變壓器斷相運行、繞組過熱、繞組變形等故障。雖然電力設備的品質(zhì)在逐年提升，但不可避免的故障還是時有發(fā)生，在這些頻發(fā)的電力故障當中，重復性最高的當屬短路故障。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)熱就會直接導致變壓器發(fā)熱，一旦變壓器出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象就會對整個電網(wǎng)的安全帶來很大的影響；繞組短路會在短時間內(nèi)造成局部電流過大，造成相對應的變壓器的振動幅度過大，而導致變壓器的壽命大大縮短，也會對電網(wǎng)安全造成一定程度的破壞，當在短時間內(nèi)局部電流強度得不到控制時，就會產(chǎn)生非常嚴重的繞組短路現(xiàn)象，這種情況是相當危險的，因為該現(xiàn)象會產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象，而變壓器會直接燒毀。而對于不常見的繞組短路接地故障更是有非常危險的情況出現(xiàn)。

2.發(fā)生接地故障的原因分析

經(jīng)專家對接地故障進行分析得出，接地故障有很大一部分原因是因為匝間短路而引起的。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，對工作不是特別認真，因此會導致部分匝絕緣損壞，匝絕緣非常的薄弱，在處理不當?shù)那闆r下會經(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，導致匝絕緣自動脫落進而使導線相連出現(xiàn)短路現(xiàn)象；另外，由于導線接頭的焊接不是很牢靠，在重負載之下也會出現(xiàn)接頭過熱，也會出現(xiàn)匝間短路；最后，當變壓器的油箱內(nèi)油較少時，裸露部分因不能通過變壓器油循環(huán)及時散熱，而會出現(xiàn)局部過熱與冷卻出現(xiàn)的溫度差會造成變壓器過熱，出現(xiàn)匝間短路。以上原因是在研究匝間短路的現(xiàn)象時總結(jié)出來的較為常見的故障緣由。

對于接地故障發(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)生的原因一般是因為線路導線或臺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，殊不知該做法會導致單相接地故障，為整個電網(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，當線路遭遇雷電天氣時或是配電變壓器高壓繞組單相絕緣被擊穿接地時，短接現(xiàn)象也時有發(fā)生等等，這些只是外部環(huán)境對電線的不同程度的損壞，這些損壞會導致電路內(nèi)部出現(xiàn)不同類型的匝間短路，從而造成繞組短路，對電網(wǎng)造成破壞。因此對該接地故障的保護是勢在必行的。

3.變壓器繞組短路接地故障的保護

變壓器繞組短路接地故障對居民的生活和用電安全都會有不同程度的危害。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為變壓器繞組的正常對地電位為零，在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時中性電位會在短時間內(nèi)迅速升高，又有放電間隙的保護，尤其是在靠近中性點附近時極少可能發(fā)生接地故障。而變壓器單相故障的很少一部分原因是因為變壓器星形繞組的中性點接地。因此對接地故障的保護也是有法可循的，切不可盲目。

對于變壓器繞組短路接地故障的保護主要是通過對零差保護的作用?？v差保護能夠保護高低壓兩側(cè)變壓器引線以及本體的內(nèi)部故障，而且縱差保護的基本動作原理不是建立在基爾霍夫電流定律的基礎上，而是建立在正常各側(cè)繞組安匝只和近似為零的基礎之上的，所以說縱差保護的最大優(yōu)點就是能夠保護繞組的匝間短路。當接地點無限接近中性點時，接地故障和匝間故障對縱差的保護在性質(zhì)上完全相同，因為變壓器匝間故障的計算非常復雜，當高壓系統(tǒng)容量不到，高壓母線電壓會下降很多，可以說輕微的匝間故障的故障電流基本不受運行方式的結(jié)論，可以說縱差保護能夠靈敏的切除故障。

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

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電網(wǎng)的安全并保證其安全運行，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，存在最多爭議的當屬繞組短路接地故障，通過對接地故障的原因和問題分析，也得出了非常多的解決方案，其中對變壓器繞組短路接地故障增加零差保護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確的答案。

參考文獻

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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，先后獲得授權(quán)5項國家實用新型專利，期間參與國家火炬計劃項目和國家重點新產(chǎn)品項目。