電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)分析與解決方案

王凱

摘要：近年來，低壓載荷不斷提高，同時(shí)出口負(fù)荷的復(fù)雜性逐漸增加，導(dǎo)致因變壓器低壓側(cè)出口短路引起的變壓器損壞故障，已經(jīng)成為影響電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要因素。在低壓側(cè)故障中，不同的電壓級(jí)別會(huì)造成不同程度的損壞，且不同等級(jí)電壓變壓器中運(yùn)用的低壓技術(shù)要求和運(yùn)行環(huán)境也并不相同。電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成部分，同時(shí)也是重要主設(shè)備，如果發(fā)生故障將對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全帶來較嚴(yán)重的影響?；诖?，本次研究以電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)為研究對(duì)象，集中分析電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)以及可靠性，以期為改善電力變壓器低壓側(cè)短路的問題提供相應(yīng)的參考。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;低壓側(cè)短路;特點(diǎn)分析

在傳統(tǒng)的研究以及理論下，對(duì)三繞組電力變壓器低壓側(cè)載流在基于負(fù)荷情況下，進(jìn)行性能評(píng)估以及安全性評(píng)估，其中基本原則滿足正常運(yùn)行或者短時(shí)過載下的溫升條件[1]。電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成部分，同時(shí)也是重要主設(shè)備，如果發(fā)生故障將對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行安全帶來影響?；诖?，本次研究以電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)為研究對(duì)象，集中分析電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)以及可靠性的提升，為改善電力變壓器低壓側(cè)短路的問題提供相應(yīng)的參考。具體分析如下：

1 低壓短路故障特點(diǎn)分析

短路故障一般分為平衡繞組短路和低壓短路。平衡繞組短路電流為零序電流，同時(shí)不存在出口三相短路工況，與本文所討論的低壓出口短路存在本質(zhì)差異，不屬于本文分析研究范圍。低壓帶有負(fù)荷，三相引出，同時(shí)存在出口短路的可能性，需要重點(diǎn)關(guān)注[2]。高壓側(cè)與中壓側(cè)聯(lián)合供電，低壓側(cè)短路工況對(duì)低壓繞組的電流沖擊最為嚴(yán)重，在較早期的分析研究中，僅研究了高壓供電低壓短路的故障情況。

時(shí)代不斷發(fā)展，低壓側(cè)短路逐漸受到科研人員的重視，且進(jìn)行了具有針對(duì)性的研究，經(jīng)過不斷深入分析與探討，得出低壓側(cè)短路具有以下四種情況：一、由于低壓角接的原因，導(dǎo)致出口單相接地短路電流較小，這種工況不構(gòu)成對(duì)變壓器的破壞損傷，可以忽略;二、在兩相相間、兩相接地和三相對(duì)稱短路工況下，對(duì)低壓故障相的沖擊基本相似，均是最大沖擊電流以及低壓短路容易出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊狀態(tài);三、低壓出線相間絕緣距離相對(duì)較小，其中異物、開關(guān)柜故障都可能導(dǎo)致絕緣擊穿，從而引起低壓側(cè)短路故障，發(fā)生幾率相對(duì)較高，且容易發(fā)展成為三相對(duì)稱短路的情況;四、低壓側(cè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相對(duì)于高壓側(cè)和中壓側(cè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

2 變壓器短路沖擊作用特點(diǎn)

變壓器短路沖擊作用特點(diǎn)主要為：半容量承受較大沖擊、動(dòng)熱效應(yīng)綜合作用明顯以及內(nèi)繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與受力。變壓器低壓側(cè)短路對(duì)變壓器沖擊較嚴(yán)苛，主要針對(duì)性從變壓器的作用特點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)防短路沖擊措施進(jìn)行分析與研究。半容量承受的沖擊相對(duì)較大，變壓器沖擊電流倍數(shù)較其他運(yùn)行方式增加了一倍以上[3]。且動(dòng)熱效應(yīng)綜合作用明顯，同時(shí)在持續(xù)的大電流沖擊作用下，短路故障后熱效應(yīng)與機(jī)械效應(yīng)綜合作用更具有明顯性，沖擊損壞面會(huì)發(fā)生擴(kuò)大的情況，且可能迅速發(fā)展成內(nèi)部的匝間或餅間短路，從而導(dǎo)致?lián)p壞變壓器。由于動(dòng)熱效應(yīng)的綜合作用，短路損壞現(xiàn)象將出現(xiàn)明顯特征，具體特征因長(zhǎng)時(shí)間短路產(chǎn)生熱能作用在繞組上，此過程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)按絕熱考慮，同時(shí)根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論，自粘漆在120°C以上粘合程度會(huì)迅速下降，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線整體強(qiáng)度與剛度降低。導(dǎo)線絕緣紙局部熱老化與機(jī)械累積作用會(huì)形成局部破損，將發(fā)展為繞組內(nèi)部的匝間或者餅間短路，具體表現(xiàn)為故障后低壓的絕緣碳化，局部導(dǎo)線會(huì)發(fā)生變形以及熔斷的現(xiàn)象。

3 優(yōu)化方案與提升策略

根據(jù)以上的綜合情況分析，三繞組變壓器低壓短路運(yùn)行工況惡劣、短路電流大以及單次沖擊時(shí)間較長(zhǎng)等外部不利因素，結(jié)構(gòu)上存在阻抗偏小、額定容量低于全容量以及繞組壓緊系統(tǒng)控制難等缺點(diǎn)，將會(huì)呈現(xiàn)出短路工況下幅向及軸向機(jī)械力大、動(dòng)熱效應(yīng)綜合作用、累積破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)[4]。電網(wǎng)安全的運(yùn)行中低壓側(cè)短路起到重大作用，近年來，研究人員對(duì)低壓側(cè)短路問題逐漸加強(qiáng)重視具體通過以下方案增強(qiáng)安全性：（1）低壓出線“絕緣化”處理，具體進(jìn)行變壓器低壓出線附加絕緣，降低低壓近區(qū)短路的概率，同時(shí)減少短路對(duì)變壓器的沖擊次數(shù);（2）變壓器采用高阻抗變壓器，以此可以達(dá)到減小沖擊電流幅值的目標(biāo)，其中實(shí)現(xiàn)形式包括串抗結(jié)構(gòu)、高壓內(nèi)置結(jié)構(gòu)和分裂繞組結(jié)構(gòu)。（3）可以加強(qiáng)繼電保護(hù)的保護(hù)措施，以此降低動(dòng)作的延時(shí)情況，減少機(jī)械累積與短路熱效應(yīng)之間相互影響。（4）導(dǎo)線方面整體采用高屈服強(qiáng)度高耐溫等級(jí)的自粘性換位導(dǎo)線，從整體“骨架”上進(jìn)行提升抗低壓短路沖擊的能力。（5）可以從結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)低壓繞組抗短路能力，做到有效支撐和軸向壓緊的合理性。

在上述分析的基礎(chǔ)上還可以開展更為宏觀與全局治理與優(yōu)化，具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）對(duì)于低壓額定容量可以根據(jù)運(yùn)行方式進(jìn)行選擇比例，使比例的選擇更具有合理性，期間如果出現(xiàn)低壓側(cè)存在出口處短路的概率，考慮額定容量時(shí)就不能僅考慮負(fù)荷限制這一方面，如果是普通抗阻的情況，應(yīng)提升至全容量[5]。如果是1/3容量或者是更低容量的變壓器，僅適合高阻抗變壓器或者平衡繞組的結(jié)構(gòu);（2）通過改變高阻抗變壓器高于低阻抗變壓器造價(jià)的傳統(tǒng)觀念，成本是影響性能的重要因素，普通阻抗變壓器在考慮抗短路能力時(shí)沒有任何優(yōu)勢(shì)，在同等條件下，同時(shí)滿足短路可靠性的前提下，成本可能高于高阻抗變壓器;（3）可以推廣使用高溫自粘性換位導(dǎo)線和耐熱絕緣材料，可以使導(dǎo)線以及絕緣材料在短路熱效應(yīng)的作用下仍然能保持較好的機(jī)械性能，從而減少熱效應(yīng)對(duì)動(dòng)穩(wěn)定能力的影響。（4）產(chǎn)生短路故障的原因較多，應(yīng)對(duì)可能產(chǎn)生短路累積效應(yīng)的因素進(jìn)行必要的時(shí)間和數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。低壓側(cè)短路沖擊相比其他沖擊更容易達(dá)到較嚴(yán)重的程度，沖擊累積作用相較明顯，在出現(xiàn)短路故障后，對(duì)故障應(yīng)進(jìn)行合理的評(píng)估，然后在進(jìn)行投運(yùn)。

結(jié)語

本次研究分析了電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)，減少?zèng)_擊次數(shù)、采用高阻變壓器、加強(qiáng)繼電保護(hù)措施、采用高屈服強(qiáng)度高耐溫等級(jí)自粘性換位導(dǎo)線，豐富了關(guān)于電力變壓器低壓側(cè)短路特點(diǎn)的研究成果，并為其他變壓器改善電力變壓器低壓側(cè)短路的問題提供了參考，關(guān)于這一問題還可以通過具體試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析進(jìn)行研究，以此提升電力變壓器抗低壓側(cè)短路的次數(shù)。

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