高壓廠用變壓器突發(fā)短路損壞典型案例分析

杜寧寧，于愛民

(1.華電國(guó)際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南　250014； 2.華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島　265200)

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高壓廠用變壓器突發(fā)短路損壞典型案例分析

杜寧寧1，于愛民2

(1.華電國(guó)際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南250014； 2.華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島265200)

摘要：某電廠高壓廠用變壓器故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘，通過分析故障錄波曲線，確定故障原因?yàn)楦邏簭S用變壓器抗短路能力不足而造成損壞，并從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行管理等方面提出防范措施，避免類似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：高壓廠用變壓器；突發(fā)短路故障；抗短路能力；錄波

0引言

高壓廠用變壓器是發(fā)電企業(yè)重要設(shè)備之一，其正常運(yùn)行是發(fā)電企業(yè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。近年來，發(fā)生近區(qū)及出口短路故障時(shí)，由于變壓器抗短路能力低造成的損壞事故居高不下[1-2]，變壓器損壞嚴(yán)重，難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)送電，給發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)造成很大隱患。

1事故經(jīng)過

某電廠#2高壓脫硫變壓器為三相雙繞組無勵(lì)磁調(diào)壓油浸式，型號(hào)為SF9-8000/20，20±2×2.5%/6.3 kV，連接組別號(hào)為DYN1，低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地，2008年生產(chǎn)投運(yùn)。高壓脫硫變壓器高壓側(cè)通過共箱封閉母線取自主變壓器低壓側(cè)。2015年，#2機(jī)組跳閘，發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡(jiǎn)稱發(fā)變組)主開關(guān)跳閘，發(fā)變組保護(hù)裝置“主變壓器差動(dòng)、發(fā)變組差動(dòng)、高壓脫硫變壓器壓力釋放”報(bào)警發(fā)出，低壓脫硫變壓器高壓側(cè)“過流速斷保護(hù)”動(dòng)作。#2高壓脫硫變壓器爆炸起火被燒毀，由高壓脫硫變壓器供電的低壓脫硫變壓器高壓側(cè)開關(guān)柜出線倉(cāng)A，B，C三相電纜接線端子有放電痕跡，后倉(cāng)門爆開，變形嚴(yán)重。

2故障分析

故障發(fā)生后，檢查試驗(yàn)#2發(fā)電機(jī)、#2主變壓器、#2高壓廠用變壓器、#2高壓脫硫變壓器低壓側(cè)6 kV母線、電源進(jìn)線開關(guān)、電纜、#2低壓脫硫變壓器本體、高壓側(cè)開關(guān)出線倉(cāng)A，B，C三相電纜一次設(shè)備均無異常。高壓脫硫變壓器高壓側(cè)出線套管損壞，本體損壞嚴(yán)重，封閉母線及共箱母線局部損壞。低壓脫硫變壓器高壓側(cè)開關(guān)柜出線倉(cāng)A，B，C三相電纜接線端子有放電痕跡，后倉(cāng)門爆開，變形嚴(yán)重。

分析故障錄波曲線(如圖1所示)，首出故障為低壓脫硫變壓器開關(guān)出線側(cè)A，B，C三相短路，過流速斷保護(hù)動(dòng)作切除故障，故障切除時(shí)間為130 ms。在保護(hù)啟動(dòng)切除故障118 ms時(shí)，#2高壓脫硫變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相短路，發(fā)變組差動(dòng)、主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。#2高壓脫硫變壓器低壓側(cè)在6 kV脫硫島內(nèi)低壓脫硫變壓器開關(guān)下部三相弧光短路時(shí)最大二次故障電流為30 A，電流互感器(CT)變比為1 500/5，一次電流為9 000 A。高壓脫硫變壓器高壓側(cè)二次故障電流為4 0A，變比為400/5，一次電流為3 200 A。

脫硫島高壓脫硫變壓器的設(shè)計(jì)文件中，脫硫變壓器低壓側(cè)母線三相短路電流為16.492 kA，高壓脫硫變壓器短路電壓百分比設(shè)計(jì)值為6.5%。高壓脫硫變壓器招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書規(guī)定：“變壓器能承受二次側(cè)出口三相金屬性短路沖擊，不少于3次，變壓器不損傷，繞組無不允許的變形及位移，且可繼續(xù)運(yùn)行(高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗為零、電源為無窮大，電源電壓為1.05倍變壓器額定電壓，變壓器阻抗為最大負(fù)誤差)”。

變壓器阻抗計(jì)算公式為

(1)

式中：UK%為變壓器短路電壓百分比；UN為變壓器額定電壓；SN為變壓器額定容量。

高壓側(cè)電流I1計(jì)算公式為

(2)

圖1　故障錄波曲線

式中：ZT為考慮負(fù)誤差計(jì)算所得變壓器阻抗；ZS為系統(tǒng)阻抗，ZS=0。低壓側(cè)電流為13 159 A。

此次故障電流未超過變壓器應(yīng)承受的短路故障電流，變壓器承受低壓側(cè)出口三相短路沖擊后，繞組的變形及位移應(yīng)在允許范圍內(nèi)，無損傷,可以繼續(xù)運(yùn)行。此次故障是高壓廠用變壓器低壓側(cè)出口三相短路，變壓器因抗短路能力不足造成嚴(yán)重毀壞的典型案例。

3防范措施

變壓器能否承受各種短路電流與變壓器的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行管理等方面有很大的關(guān)系。電力企業(yè)在購(gòu)買變壓器時(shí)，應(yīng)從制定招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書開始對(duì)變壓器加強(qiáng)全過程技術(shù)監(jiān)督。

(1)變壓器的抗短路設(shè)計(jì)強(qiáng)度決定了抗短路能力，主要決定因素是導(dǎo)線材質(zhì)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝。一些變壓器的抗短路能力不足是先天的，往往在一兩次近區(qū)短路沖擊中便遭到致命損壞。在技術(shù)協(xié)議書中應(yīng)明確要求提供同型號(hào)變壓器的抗短路能力型式試驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)變壓器線圈材質(zhì)、制造工藝等提出具體要求，例如變壓器低壓側(cè)線圈必須使用半硬銅自黏性換位導(dǎo)線，其抗短路能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的紙包單線或組合導(dǎo)線，所有繞組內(nèi)部都采用進(jìn)口高密度紙板制作的硬紙板筒做支撐，紙板厚度至少為4 mm[3]。加強(qiáng)制造過程的工藝管控，尤其在變壓器器身壓緊、線圈繞緊、套裝撐緊、引線夾持、線圈出頭綁扎、變壓器出廠試驗(yàn)及變壓器繞組頻響試驗(yàn)等重要環(huán)節(jié)，應(yīng)駐廠監(jiān)造。

(2)繼電保護(hù)的靈敏性和可靠性是預(yù)防變壓器突發(fā)短路損壞的第2道防線。GB 1094.5—2008《電力變壓器 第5部分：承受短路的能力》規(guī)定[4]：“承受短路能力的驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)在被試相的電流達(dá)到最大非對(duì)稱值時(shí)進(jìn)行。每相試驗(yàn)次數(shù)為3次，每次試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為0.25 s?！边@是基于短路試驗(yàn)設(shè)備的能力，說明繞組承受短路能力是有限的。變壓器發(fā)生出口短路時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)正確動(dòng)作，在少于0.25 s內(nèi)切斷電源，以此避免變壓器繞組變形甚至損壞。

(3)在日常運(yùn)行管理中，應(yīng)加強(qiáng)變壓器低壓側(cè)設(shè)備的運(yùn)行管理，減少外部短路對(duì)變壓器的沖擊。例如選用可靠性高的高壓開關(guān)柜，柜內(nèi)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、絕緣材料性能應(yīng)符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》；加強(qiáng)對(duì)低壓母線及其所有連接設(shè)備的維護(hù)管理；加強(qiáng)開關(guān)柜配電室環(huán)境的通風(fēng)、防潮治理，防止凝露導(dǎo)致絕緣事故；定期開展超聲波局部放電檢測(cè)、暫態(tài)地電壓檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)絕緣缺陷，防止演變成短路故障[5]。

(4)應(yīng)避免電力變壓器在經(jīng)歷出口短路后未經(jīng)任何試驗(yàn)和檢查就試投。在運(yùn)行中遭受短路電流沖擊跳閘的電力變壓器應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢查和繞組變形測(cè)試。繞組變形測(cè)試對(duì)電力變壓器受到短路沖擊后能否繼續(xù)運(yùn)行提供了重要判斷手段。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)有問題的電力變壓器應(yīng)通過吊罩檢查和其他試驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷，注意跟蹤檢查和修理，防止變形積累演變成絕緣事故。

4結(jié)束語(yǔ)

通過分析一起高壓廠用變壓器突發(fā)短路故障損壞的典型案例可知，發(fā)電企業(yè)應(yīng)高度重視高壓廠用變壓器的抗短路能力，應(yīng)從設(shè)備訂貨、設(shè)備監(jiān)造、運(yùn)行管理、保護(hù)設(shè)置、事故處理等進(jìn)行全過程技術(shù)監(jiān)督，保證高壓廠用變壓器的抗短路能力滿足實(shí)際需要，減少因高壓廠用變壓器近區(qū)短路故障造成的設(shè)備損壞事故。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡曉萌，鄧江桂.110 kV變壓器抗短路能力典型案例分析及對(duì)策[J].高壓電器，2013，49(12)：133-136.

[2]邢海瀛，劉少宇，馬繼先，等.變壓器抗短路能力核算與治理[J].中國(guó)電力，2012(5):25-29.

[3]董寶驊.大型油浸電力變壓器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[4]電力變壓器 第5部分：承受短路的能力:GB 1094.5—2008[S].

[5]國(guó)家能源局電力安全監(jiān)管司，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì).防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期:2016-02-18；修回日期:2016-02-28

中圖分類號(hào)：TM 407

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)03-0058-03

作者簡(jiǎn)介：

杜寧寧(1973—)，女，山東萊陽(yáng)人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事發(fā)電廠電氣技術(shù)管理方面的工作(E-mail:2585652014@qq.com)。

于愛民(1970—)，女，山東泰安人，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠電氣技術(shù)管理方面的工作。