變壓器運行中短路損壞的原因思考

韓冰

摘要：近年來，變壓器事故時有發(fā)生，而且有增長的趨勢。從變壓器事故情況分析來看，抗短路能力不夠已成為電力變壓器事故的首要原因，對電網造成很大危害，嚴重影響電網安全運行。以下重點探討變壓器短路損壞的主要形式與常見部位，并提出提高變壓器抗短路能力的措施，以促進制造廠對產品的改進和完善，同時促使運行單位進一步提高運行管理水平。

關鍵詞：變壓器;短路;原因

引言

變壓器在電力系統(tǒng)中起著樞紐作用，其是否正常運行直接影響到電力系統(tǒng)的工作效率。近來發(fā)現(xiàn)，變壓器在運行過程中，由于絕緣漆老化、電磁線選用不當、人為操作失誤、變壓器長時間超負荷運轉等等原因，致使其發(fā)生短路事故。一旦變壓器發(fā)生短路事故，就會產生巨大的電流，當線路和設備承受不了這股電流時，就會損害變壓器的線路和設備，嚴重的話甚至會損害整個電力系統(tǒng)。

一、變壓器短路損壞的主要形式

根據近幾年的變壓器因出口短路而發(fā)生損壞的情況，變壓器在短路故障時，其損壞主要有以下幾種特征及產生的原因。

（一）軸向失穩(wěn)

這種損壞主要是在輻向漏磁產生的軸向電磁力作用下，導致變壓器繞組軸向變形，該類事故占整個損壞事故的一半以上。

（二）線餅上下彎曲變形

這種損壞是由于兩個軸向墊塊間的導線在軸向電磁力作用下，因彎矩過大產生永久性變形，通常兩餅間的變形是對稱的。

（三）繞組或線餅倒塌

這種損壞是由于導線在軸向力作用下，相互擠壓或撞擊，導致傾斜變形。如果導線原始稍有傾斜，則軸向力促使傾斜增加，嚴重時就倒塌;導線高寬比例大，就愈容易引起倒塌。端部漏磁場除軸向分量外，還存在輻向分量，二個方向的漏磁所產生的合成電磁力致使內繞組導線向內翻轉，外繞組向外翻轉。

（四）繞組升起將壓板撐開

這種損壞往往是因為軸向力過大或存在其端部支撐件強度、剛度不夠或裝配有缺陷。

（五）輻向失穩(wěn)

這種損壞主要是在軸向漏磁產生的輻向電磁力作用下，導致變壓器繞組輻向變形，占整個損壞事故的4成左右。

（六）外繞組導線伸長導致絕緣破損

輻向電磁力企圖使外繞組直徑變大，當作用在導線的拉應力過大會產生永久性變形。這種變形通常伴隨導線絕緣破損而造成匝間短路，嚴重時會引起線圈嵌進、亂圈而倒塌，甚至斷裂。222繞組端部翻轉變形。端部漏磁場除軸向分量外，還存在輻向分量，二個方向的漏磁所產生的合成電磁力致使繞組導線向內翻轉，外繞組向外翻轉。

（七）內繞組導線彎曲或曲翹

輻向電磁力使內繞組直徑變小，彎曲是由兩個支撐（內撐條）間導線彎矩過大而產生永久性變形的結果。如果鐵心綁扎足夠緊實及繞組輻向撐條有效支撐，并且輻向電動力沿圓周方向均布的話，這種變形是對稱的，整個繞組為多邊星形。然而，由于鐵芯受壓變形，撐條受支撐情況不相同，沿繞組圓周受力是不均勻的，實際上常常發(fā)生局部失穩(wěn)形成曲翹變形。

（八）引線固定失穩(wěn)

這種損壞主要由于引線間的電磁力作用下，造成引線振動，導致引線間短路，這種事故較少見。

二、變壓器短路損壞的常見部位

（一）對應鐵軛下的部位該部位

發(fā)生變形原因有：（1）短路電流所產生的磁場是通過油和箱壁或鐵心閉合，由于鐵軛的磁阻相對較小，故大多通過油路和鐵軛間閉合，磁場相對集中，作用在線餅的電磁力也相對較大;（2）內繞組套裝間隙過大或鐵心綁扎不夠緊實，導致鐵心片二側收縮變形，致使鐵軛側繞組曲翹變形;（3）在結構上，軛部對應繞組部分的軸向壓緊是最不可靠的，該部位的線餅往往難以達到應有的預緊力，因而該部位的線餅最易變形。

（二）調壓分接區(qū)域及對應其他繞組的部位

該區(qū)域由于：（1）安匝不平衡使漏磁分布不均衡，其幅向額外產生的漏磁場在線圈中產生額外軸向外力，這些力的方向總是使產生這些力的不對稱性增大。軸向外力和正常幅向漏磁所產生的軸向內力一樣，使線餅向豎直方向彎曲，并壓縮線餅件的墊塊;（2）該部位的線餅為力求安匝平衡或分接區(qū)間的應有絕緣距離，往往要增加較多的墊塊，較厚的墊塊致使力的傳遞延時，因而對線餅撞擊也較大。

（三）繞組的引出線

常見于斜口螺旋結構的繞組，該結構的繞組，由于二個螺旋口安匝不平衡，軸向力大，同時又有軸向電流存在，使引出線拐角部位產生一個橫向力而發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象。

三、提高變壓器抗短路能力的措施

（一）嚴格控制變壓器原材料的質量

原材料的質量直接關系到變壓器的制作質量，因此，應嚴格控制變壓器導線、絕緣材料、鋼板、鐵芯、線圈、油箱、套管等材料的質量，檢查其質保書、性能、規(guī)格、幾何尺寸、外觀等，以確保其符合制作工藝要求。如，在選擇材料時，應盡量選用半硬以上的自粘性換位導線和組合導線、高密度與油道等距的整體墊塊，35kV及以下的內繞組應優(yōu)先選用環(huán)氧玻璃絲筒作繞組內支撐絕緣筒。

（二）提高變壓器的制造技術水平

目前，由于制作變壓器時采用的是絕緣壓板，且是高、低壓線圈用的是同一個壓板，這就需要較高的制造技術水平，才能制作出符合設計要求的變壓器。如在制作線圈時，應運用先進的技術對線圈進行處理，繞制時要緊實，換位處絕緣要墊實，線圈出頭要扎緊，撐條和墊塊要布置均勻、整齊，線圈的墊塊油道尺寸要符合要求且去狹窄及阻塞的現(xiàn)象。待線圈密化完成后，須對其進行恒壓干燥和油壓處理，以確保線圈在同一個壓縮高度。同時，在裝配中，內外線圈要撐緊，要嚴格控制高、低壓線圈的壓緊狀態(tài)，保證線圈之間的電抗高度偏差能得到控制，從而確保線圈的抗短路電動力的能力。在此須注意的是，由于在進行線圈的套裝時，內線圈在受到徑向力的作用后，會向鐵心方向移動，此時為保證內線圈的穩(wěn)定性，可采取增加撐條的數(shù)量，或是使用加厚的紙筒作骨架的方法。

（三）使用可靠的繼電保護系統(tǒng)

為最大限度的避免變壓器因為線路老化、人為因素或是外物干擾而產生短路事故，在變壓器系統(tǒng)中應該合理的利用繼電保護裝置，同時在保護裝置上安裝母線差動保護、失靈保護等。這樣，當變壓器出口發(fā)生短路故障時，保護裝置能快速切除故障，從而大大減小因短路產生的巨大電流對變壓器的沖擊。

（四）積極開展變壓器繞組的變形測試診斷

由于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，因此可通過加強對變壓器繞組的變形測試診斷，來提高變壓器的抗短路能力。目前，較為常用的變壓器繞組變形的試驗方法為頻率響應法，其通過測量變壓器各個繞組的頻率響應特性，并對測試結果與短路前測量的圖譜進行縱向或橫向的相關性比較，從而診斷繞組是否發(fā)生變形。但在實際工作中，當頻率響應法不具備條件的情況下，可測量變壓器繞組電容變化量，通過橫向、縱向對比積累的實測電容量，及時掌握變壓器繞組的工作狀態(tài)，從而判斷繞組是否變形。實踐證明，通過這些方法，可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器由于受短路沖擊后造成的繞組變形缺陷，并通過及時的吊檢和大修，避免了重大事故的發(fā)生。

結束語：

總而言之，導致變壓器在運行過程中發(fā)生短路事故的原因很多，其一旦發(fā)生短路，就會損害變壓器的線路和設備，嚴重的甚至會導致整個電力系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓。因此，須從控制原材料的質量、重視線圈制造的軸向壓緊工藝、使用可靠的繼電保護以及開展變壓器繞組的變形測試診斷等幾個方面來提高變壓器的抗短路能力，從而保證變壓器和電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]董曉暉，劉超，崔娜.變壓器引線短路力簡述[J].大科技，2019，000（012）：85.

[2]蔡建兵.電力變壓器短路故障原因分析[J].輕松學電腦，2019，000（023）：P.1-1.

[3]陳海霞.電力變壓器短路故障原因分析[J].數(shù)字化用戶，2019，025（033）：258.