線路故障引起變壓器故障與防范措施的分析

【摘要】隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，當前用電量日益激增，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復雜，給電力線路及其設備設施增加了巨大的壓力。在夏季，長時間的重負荷運行，在一定條件下，電力線路故障很有可能會引起變壓器的故障，給正常的電力配送造成嚴重后果。本文通過具體的分析近年來的電力事故介紹了可能引發(fā)線路故障的因素，并針對故障原因提出了相關的防范措施。

【關鍵詞】線路故障;變壓器故障;防范措施

引言

近年來，通過我國輸配電網(wǎng)的的技術升級和改造，目前大多數(shù)的電力設備都預裝了保護裝置，這大大降低了線路及配電變壓器發(fā)生損壞的概率。但是線路及配電變壓器發(fā)生故障的因素有很多，因此，不斷加強線路故障及變壓器故障的研究與分析顯得尤為重要。

一、線路故障引發(fā)的變壓器故障的原因

（一）自然災害導致線路故障

由于配電線路經(jīng)過的區(qū)域面積寬廣且地形復雜，而配電線路大多都暴露在自然環(huán)境下。在雷雨臺風季節(jié)，雷擊等現(xiàn)象會產(chǎn)生較強的電場，發(fā)生放電現(xiàn)象，其中的電壓大大超過了配電線路的電壓，導致配電線路故障的發(fā)生。此外，超強的放電在空氣中會產(chǎn)生強大的電磁感應，一旦這種磁場作用于線路上時，必然會影響配電線路自身的磁場，干擾線路的電壓與電流。秋冬干燥季節(jié)山火發(fā)生幾率增大，冬季容易造成線路覆冰，這兩項對線路的安全運行同樣有著影響。2008年冰災對華南地區(qū)電網(wǎng)曾經(jīng)造成嚴重影響。對2012以及2013年的事故進行統(tǒng)計分析，共計26起自然災害事件中，雷擊造成的有10起，山火和覆冰造成的有6起?？梢娎讚魧€路的安全運行。

（二）重負荷運行下導致變壓器故障

隨著用電量的日益激增，以往的老舊配電線路在經(jīng)過長時間的運行后，已經(jīng)出現(xiàn)絕緣老化和破損的現(xiàn)象，已經(jīng)不能負擔起日益激增的配電輸送，一旦檢修或維護不及時或配電線路處于用電高峰時，很容易發(fā)生線路因重負載運行而發(fā)生的故障。變壓器在經(jīng)過長時間的重負荷運行后，變壓器內(nèi)部的零部件就會出現(xiàn)老化或損壞的現(xiàn)象。在這種情況下，變壓器極有可能發(fā)生滲漏油的現(xiàn)象，從而引發(fā)配電變壓器的故障。甚至影響到輸電系統(tǒng)的正常安全運行。

（三）外力破壞導致的線路故障

隨著城市化建設進程的加快，現(xiàn)在市政建設越來越多，這些工程的建設很大程度會對配電網(wǎng)系統(tǒng)造成破壞。其主要包括兩個方面。首先，在進行里面路基深挖時，可能會造成地下敷設電纜的破壞。其次，城市綠化對線路造成的威脅，當前城市綠化建設進入了高速發(fā)展的時期，在綠色生態(tài)城市環(huán)境的同時，對配電線路的安全也帶來了嚴重的威脅，在遇到刮風下雨時，非常容易造成樹木或樹枝對線路的破壞，從而引發(fā)線路事故。再次，在城市建設的過程中，臨近輸電走廊的工地會由于違規(guī)挖土，夯土，頂管對輸電桿塔地基造成破壞，嚴重的時候會有倒塔的風險。大型起吊器械在工作過程中與輸電線路安全距離不足導致放電引起線路跳閘。據(jù)統(tǒng)計南方電網(wǎng)公司內(nèi)2012年發(fā)生了9起因外力破壞引起的電網(wǎng)非計劃停電事件，2013年則有11起。在這20起事件中按照事故主要原因可歸結(jié)為人為因素的一共有10起，其中有7起事故是因為市政施工調(diào)車起吊，大型車輛經(jīng)過導線下方導致安全距離不足放電造成。

二、典型事故的分析

（一）2012年超高壓某局500kV羅某站#3主變非計劃停運

1.事件經(jīng)過

220kV羅某線路B相近區(qū)故障（現(xiàn)場巡線結(jié)果為故障距離500kV羅某站1km）跳閘后，重合閘動作再次合于故障跳閘，同時，500kV#3主變第一套差動保護動作，第二套差動保護動作，非電量重瓦斯動作、壓力釋放閥動作，跳開主變?nèi)齻?cè)開關;站用電備自投裝置動作，全部站用電負荷由35kV備用站用變供電。#3主變由重慶ABB公司生產(chǎn)，型號為ODFPS-250000/525，于2002年6月17日投運。該變壓器最近一次預試時間為2011年5月，主要包括繞組絕緣電阻及吸收比、繞組直流電阻測試、繞組連同套管的介損和電容量測試、末屏絕緣、套管電容量及介損，試驗結(jié)果均合格。

2.原因分析

（1）直接原因

2012年5月12日21時53分，220kV羅某Ⅰ線發(fā)生B相接地故障，接地時在距離變電站1032m處，重合于故障后58.5ms羅某站#3主變B相故障跳閘。在羅某Ⅰ線兩次短路過程中，由#3主變提供的220kV側(cè)短路電流分別達到12.2kA和12.3kA，持續(xù)時間分別為60.4ms和68.6ms，兩次間隔1131ms。第二次短路過程中，變壓器跳閘前，從故障主變高壓串聯(lián)繞組穿越電流達到4.78kA，接近該繞組的最大容許穿越電流4.9kA從該變壓器故障后的試驗檢查情況分析，串聯(lián)繞組的直流電阻從196mΩ降低到46.6mΩ，低壓線圈對高中線圈、地的電容量增大23.64%。內(nèi)部進箱檢查發(fā)現(xiàn)：整個油箱內(nèi)部污染嚴重;高壓串聯(lián)繞組的上部糾結(jié)區(qū)域線餅有燒損，220kV引線出頭處絕緣件有破損及移位，上箱蓋變形;高壓線圈上端小角環(huán)受損移位，壓圈下部鐵軛墊塊有移位受損，高壓外側(cè)圍屏爆開，圍屏綁帶拉斷。如圖1所示。

圖1

綜上事件的直接原因為：#3主變是在經(jīng)受2次連續(xù)近區(qū)接地故障后，在短路電流引起的強大電動力作用下，內(nèi)部發(fā)生短路，引起變壓器內(nèi)部故障。

（2）間接原因

故障相變壓器的抗短路能力不足，在穿越電流未達到最大容許穿越電流的條件下，變壓器內(nèi)部發(fā)生故障。

3.暴露問題

重慶ABB公司生產(chǎn)的型號為ODFPS-250000/ 525的故障相變壓器制造質(zhì)量不良，設計時未能充分計算短路電流值，抗短路能力不足。

（二）2013年廣西某局110kV某站#1主變非計劃停運

1.事件經(jīng)過

2013年7月9日21時57分19秒，110kV朝某站10kV朝某907線路電流Ⅰ段動作，重合閘不成功，21時57分22秒，110kV朝某站#1主變差動保護出口動作，跳開#1主變兩側(cè)開關，#1主變本體保護發(fā)“本體輕瓦斯”信號，21時57分23秒，10kV備自投動作成功，110kV朝某站無負荷損失。事件造成110kV朝某站#1主變繞組嚴重變形損壞，設備退出運行。經(jīng)配網(wǎng)人員巡線，發(fā)現(xiàn)在110kV朝某變電站附近的人民東路人防工程施工的鉤機因施工不慎造成10kV朝某907線路跳閘（鉤機作業(yè)時觸碰線路#3桿拉線造成電桿嚴重傾斜導致線路相間短路），故障點離變電站120m。

2.原因分析

（1）直接原因

110kV朝某站#1主變連續(xù)2次受到低壓側(cè)近區(qū)短路電流沖擊后，主變低壓繞組發(fā)生嚴重變形，低壓A相繞組匝間短路，低壓繞組接地，鐵芯內(nèi)部接地，主變差動保護動作。

（2）次要原因

110kV朝某站外鉤機作業(yè)時觸碰10kV朝某907線路#3桿拉線造成電桿嚴重傾斜導致線路相間短路，造成110kV朝某站#1主變近區(qū)短路故障。

3.暴露問題

110kV朝某站#1主變抗短路能力差。該主變生產(chǎn)于1995年，在饋線907線路故障短路電流14.6kA的沖擊下，變壓器動、熱穩(wěn)定即遭到破壞，與該主變的邊際短路電流計算值2.330753kA有較大差距，主變抗短路能力差，達不到設計值要求。

三、線路故障引起變壓器故障的防范措施

（一）針對外力破壞的防范措施

針對外部破壞的防范，首先可以利用各種宣傳手段普及電力設施保護方面的法律知識和重要作用。例如宣傳單、海報、電視媒體廣告等，以此增強人們對于配電線路的維護和相關電力知識的了解。其次，嚴厲打擊非法破壞電力線路及電纜的破壞活動。再次，電力工作管理人員不僅要加強對電力設備設施的巡視、檢查以及維修等工作，還要嚴格按照相關管理措施和流程，保證電力線路的運行時符合相關要求的。若在巡視時發(fā)現(xiàn)存在著一定的安全隱患，就要進行及時維修。最后，建立健全電力線路桿塔、埋地電纜標志牌或警告牌等的建設，電力部門應當及加強與市政部門、城市規(guī)劃管理部門等相關部門的聯(lián)系與溝通，加強各部門間業(yè)務上的合作與溝通，以此規(guī)劃出更加合理、安全的電力設施建設。相關法律條文也有明確規(guī)定，《電力設施保護條例》第三條、第四條，《電力設施保護條例實施細則》第十三條、第十八條均有明確規(guī)定電力設備受法律保護。

（二）加強變壓器的上游質(zhì)量控制工作

變壓器設備的安全關系著正常供電，因此加強變壓器的質(zhì)量和監(jiān)造工作，將有利于增強變壓器的運行能力和運行時間，進而降低變壓器發(fā)生事故及故障的概率。這就要求廣大企業(yè)在變壓器的采購過程中做好三個方面。首先，在編寫工程項目的技術協(xié)議書的時候明確變壓器各項技術參數(shù)，做好系統(tǒng)可能出現(xiàn)的短路電流計算從而從結(jié)構(gòu)、選材上完善變壓器質(zhì)量。其次，變壓器的選擇可以采用公開招投標的方式，擇優(yōu)選取實力雄厚、質(zhì)量優(yōu)越、技術含量高、事故發(fā)生率低的廠家。同時派遣專業(yè)人員認真做好駐廠建造等工作，嚴格進行變壓器質(zhì)量的把關。

（三）提高變壓器負荷側(cè)設備的絕緣水平

一般情況下，由于配電網(wǎng)絡中的負荷側(cè)設備電壓等級較低，往往導致其被忽視。當如果一旦發(fā)生絕緣故障就會造成更大的危害，進而造成變壓器的損傷。尤其對于架空線路和電纜線路來說，都及其容易發(fā)生故障。歸結(jié)起來，關于此類問題可以積極采用下列措施進行防范：

1.分別在變壓器的中、低壓側(cè)加裝可以絕緣的熱縮套，從而防止動物鉆入造成的變壓器出口短路故障。2.針對變壓器的中、低壓側(cè)為35kV及10kV電壓的變壓器，或者是電流超過10A的35kV不接地系統(tǒng)的變電站進行自動跟蹤補償消弧線圈的安裝。以便于有效防止中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相弧光接地過電壓擴大成相間短路事故的發(fā)生。3.將變壓器中的開斷容量變換成更大的斷路器，以確保事故發(fā)生的原因不是由開斷容量不足而引起的斷路器爆炸造成的變壓器出口短路。4.不斷加強變壓器的巡查工作，切實做好變壓器的后期維護工作。此外，還要加強輸電線路安全運行環(huán)境的清理和治理，尤其是變壓器周圍出口及近區(qū)的治理。

（四）加強電力設備的巡視與預防性試驗

運行的日常巡視必須保質(zhì)保量的完成，每臺變壓器須保證15分鐘以上的巡視時間，詳細檢查套管油位、油枕油位，連接處有無滲漏油，頂層油溫與繞組溫度與環(huán)境溫度、負荷水平是否相符，運行聲音是否正常等。同時在夜間開展紅外測溫，仔細觀察油位，散熱片有無堵塞等異常狀況。對變壓器的安全運行檢測依靠的是多個技術項目的綜合分析進行的，其中包括變壓器的油化試驗、電介質(zhì)的損耗、絕緣體的損耗、繞組變形、絕緣電阻等。尤其是對變壓器油中溶解氣體的組分含量的測試是最重要的內(nèi)容。進行變壓器燒組變形測試是判斷主變壓器在受短路沖擊時損壞程度的重要依據(jù)，對那些新投入運行的變壓器來說都應該對其進行一次燒組變形測試，可以得到并記錄出各種質(zhì)量、型號。在具體條件下的測試結(jié)果，這有助于建立并完善在110kV及以上變壓器電壓等級的燒組變形測試的檔案數(shù)據(jù)庫，以此作為日后處理變壓器事故或故障的判斷依據(jù)。

（五）運用色譜分析技術在線監(jiān)測

運用色譜分析技術可以實現(xiàn)對變壓油的在線監(jiān)測，能夠有效避免由變壓器制造質(zhì)量問題二引發(fā)的故障問題?，F(xiàn)階段我國安裝油色譜在線監(jiān)測裝置的變壓器主要集中在220kV主變壓器上。按照上級的反措要求，故而在220kV電壓等級及以上變壓器上一般是安裝三組分油色譜氣體連續(xù)在線監(jiān)測裝置，這樣能最大化的保證220kV電壓等級及以上變壓器的安全運行。珠海供電局500kV國安站#1主變在2009年投產(chǎn)并且安裝了油色譜在線監(jiān)測裝置，2011年通過油色譜在線監(jiān)測裝置發(fā)現(xiàn)了#1主變?nèi)嗪瑲饬砍瑯恕Ｍㄟ^持續(xù)關注，含氣量并無突變，最后安排在2013年進行停電濾油處理后恢復正常。

（六）科學合理計算保護定制，消除保護死區(qū)

在實際的變壓器維護工作中，對中、低壓電網(wǎng)的保護一般采用的都是安裝微機線路保護裝置，并積極縮小低壓側(cè)保護用與高壓的保護間的等級上的配合差別。正常運行中的變壓器低壓側(cè)的故障自動切除的時間應當在兩秒以內(nèi)，從而保證電流對變壓器沖擊的最小化。但是對于終端變電站來說，電源側(cè)線路保護定值可延伸到終端變電站的變壓器內(nèi)部，在一定程度上將增加保護動作的可靠性。

四、結(jié)語

由配電線路引起的變壓器故障往往不是單一原因誘發(fā)的，故而，我們要對可能引起線路故障從而引發(fā)變壓器故障的因素進行全面的綜合分析和研究試驗。此外，還要加強各種有效檢測手段的應用，嚴格執(zhí)行標準化的指導作業(yè)，這對電力線路及變壓器的正常運行具有重要意義。

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