姚以沛

(國(guó)網(wǎng)山西省電力公司太原供電公司,山西太原 030012)

變壓器短路故障存在的問(wèn)題及防護(hù)措施

姚以沛

(國(guó)網(wǎng)山西省電力公司太原供電公司,山西太原 030012)

電力變壓器是最為主要的設(shè)備之一,它起著電壓的變換,電能的傳輸與分配作用。變壓器的正常運(yùn)行能夠保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行,因此,必須防止和減少變壓器故障的發(fā)生。但是,變壓器安裝投入長(zhǎng)期使用后出現(xiàn)故障是不可避免的,如設(shè)備制造、安裝和維修中存在著問(wèn)題和事故隱患,特別是設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后造成的設(shè)備自然老化,也是發(fā)生故障的因素之一。同時(shí),提出通過(guò)提高技術(shù)改進(jìn)和降低短路事故的措施。

電力變壓器 變壓器故障 原因分析 改進(jìn)措施

電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行必須要求繼電保護(hù)裝置處在最佳的工作狀態(tài),而變壓器作為繼電保護(hù)裝置的主要變電設(shè)備,其制造復(fù)雜、成本高,維修難度比較大,因此,保證變壓器的安全運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)具有重要意義。根據(jù)變壓器發(fā)生的變壓器問(wèn)題,需要對(duì)短路產(chǎn)生原因進(jìn)行深入的研究分析,并提出防護(hù)措施,保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,保證供電可靠性。

1 變壓器故障概述

電力變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障是變壓器油箱內(nèi)出現(xiàn)的各種問(wèn)題,主要包括繞組的線匝之間發(fā)生的匝問(wèn)短路,各相繞組之間發(fā)生的相問(wèn)短路,繞組或引出線通過(guò)外殼發(fā)生的接地故障等。外部故障是變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障,包括絕緣套管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的短路,引出線之間發(fā)生相問(wèn)故障等。由于變壓器故障涉及面較廣,對(duì)變壓器故障的類型一般是根據(jù)常見(jiàn)的故障易發(fā)區(qū)位劃分,如絕緣故障、鐵心故障、分接開(kāi)關(guān)故障等。而對(duì)變壓器本身影響最嚴(yán)重、目前發(fā)生機(jī)率最高的又是變壓器出口短路故障,同時(shí)還存在變壓器滲漏故障、油流帶電故障、保護(hù)誤動(dòng)故障等等。因此,很難以某一范疇規(guī)范劃分變壓器故障的類型,下面僅對(duì)變壓器短路故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

2 變壓器短路故障的問(wèn)題分析

2.1 結(jié)構(gòu)短路分析

(1)溫度和繞線方式是導(dǎo)致變壓器短路的重要因素。溫度對(duì)導(dǎo)線的強(qiáng)度和彎度有很大的影響,當(dāng)導(dǎo)線的溫度過(guò)高時(shí),使導(dǎo)線的彎度、強(qiáng)度有所下降,導(dǎo)線的延伸率也會(huì)下降。變壓器中所使用的導(dǎo)線都是在常溫下使用的導(dǎo)線,沒(méi)有專門適用于高溫的導(dǎo)線,而變壓器的繞組溫度高于常溫,甚至可在100℃以上。繞組溫度的過(guò)高,會(huì)使導(dǎo)線的強(qiáng)度和拉強(qiáng)度明顯下降。繞線松散、導(dǎo)線與線匝間固化措施較差使得導(dǎo)線在運(yùn)行中很容易出現(xiàn)變形,造成變壓器短路。

(2)導(dǎo)線的不同對(duì)變壓器造成短路的效果不同。普通導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度較差,在外力作用下經(jīng)常發(fā)生導(dǎo)線變形和露銅的情況。在額定電流下,扭矩較大的兩個(gè)部位包括換位導(dǎo)線爬坡處以及繞組兩端的線餅,扭矩大的直接結(jié)果就是導(dǎo)致導(dǎo)線扭曲甚至變形,從而大大增加了變壓器內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)。軟導(dǎo)線是早期造成變壓器短路的最主要的原因。由于認(rèn)識(shí)不足以及成本問(wèn)題,廠家在生產(chǎn)時(shí)采用軟導(dǎo)線而不是硬導(dǎo)線,使得由于導(dǎo)線類型造成的變壓器短路成為較為主要的原因。

2.2 運(yùn)行短路分析

變壓器長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中,短路電流液也會(huì)導(dǎo)致變壓器短路。一般情況下,當(dāng)短路故障發(fā)生在電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)時(shí),在無(wú)延時(shí)情況下,繼電保護(hù)裝置能夠迅速切除故障,當(dāng)出現(xiàn)機(jī)械作用固有延時(shí)等情況,短路電流持續(xù)的時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)250ms,但是實(shí)際情況卻與此有所不同:首先,由于繼電保護(hù)的選擇性,配電側(cè)的保護(hù)一般不采用電流速斷保護(hù),而是采用定時(shí)限過(guò)電流保護(hù),配電側(cè)也正是短路多發(fā)部分;其次,繼電保護(hù)雖然要求速動(dòng)性、選擇性、靈敏性和可靠性,可是也不免發(fā)生繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)的情況,而當(dāng)保護(hù)拒動(dòng)時(shí),故障存在時(shí)間會(huì)較長(zhǎng),有時(shí)會(huì)到好幾分鐘甚至幾小時(shí),這時(shí)變壓器導(dǎo)線承受大的短路電流的時(shí)間大大增加,超過(guò)其熱穩(wěn)定性就會(huì)造成短路故障;最后,電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行要求繼電保護(hù)需配備重合閘裝置,如果故障為永久性故障,那么重合閘的過(guò)程就會(huì)對(duì)變壓器產(chǎn)生二次沖擊,短路剛發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電流已經(jīng)使變壓器導(dǎo)線溫度急劇升高,導(dǎo)線的扛彎性已經(jīng)很差,二次沖擊電流則很可能導(dǎo)致變壓器發(fā)生短路事故。

3 變壓器短路防治措施

3.1 正確安裝變壓器

變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)須符合實(shí)際工況要求,安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照變壓器銘牌上的額定容量、額定電流、額定電壓、額定阻抗以及繞線組別進(jìn)行。安裝的變壓器應(yīng)該具有出廠合格證,保證變壓器是正規(guī)廠商生產(chǎn)的合格產(chǎn)品。應(yīng)嚴(yán)格查看變壓器的各結(jié)構(gòu)有無(wú)質(zhì)量問(wèn)題,包括其型鋼是否有銹蝕,螺栓的類型是否為鍍鋅螺栓,是否配備與其規(guī)格相符的平墊圈和彈簧墊。防銹漆和絕緣漆是否有合格證書。在施工安裝完畢后,要驗(yàn)收其尺寸、結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)要求,室內(nèi)變壓器要查看其屋頂是否有漏水,屋內(nèi)地面是否平整干凈等。

3.2 完善變壓器的保護(hù)配置

微機(jī)機(jī)電保護(hù)的使用使得變壓器的短路事故大大減少,但是為了使得保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性、靈敏性兼顧可靠性,還需在保護(hù)的配置上安裝母線差動(dòng)保護(hù),失靈保護(hù)等。變壓器自身的保護(hù)也同樣重要,在變壓器中壓側(cè)和低壓側(cè)需要配置限時(shí)速斷保護(hù),使得變壓器出口故障時(shí)能夠快速切除故障,使短路電流對(duì)變壓器的沖擊減小。在變壓器的選擇方面,應(yīng)該選擇抗短路能力較強(qiáng)的變壓器,并且適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)的主接線形式,使得故障時(shí)對(duì)變壓器的沖擊短路電流減小。減小變壓器承受短路電流的措施還有在線路上加裝限流電抗器。近年來(lái)由于開(kāi)關(guān)容量不足而導(dǎo)致的變壓器短路經(jīng)常發(fā)生,因此在變壓器中壓側(cè)和低壓側(cè)安裝大容量開(kāi)關(guān)非常有必要,與此同時(shí),由于氧化鋅避雷器較強(qiáng)的承受過(guò)電壓能力也適用于變壓器以及母線的保護(hù)中,爬距較大的防污瓷瓶較好的絕緣性能可以有效防止變壓器出口短路。

3.3 對(duì)變壓器的短路動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析

電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí),短路電流對(duì)變壓器的沖擊實(shí)際為變壓器繞組的振動(dòng),因此,對(duì)變壓器繞組振動(dòng)特性進(jìn)行研究是防止變壓器短路的有效措施。短路電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在變壓器繞組中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力,該機(jī)械應(yīng)力與電磁線絕緣、繞組繞制、頻率等有關(guān)。繞組固有頻率與機(jī)械應(yīng)力頻率相近時(shí)會(huì)發(fā)生諧振,這就會(huì)加劇繞組的振動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于變壓器成本很高,變壓器短路事故不僅會(huì)造成資金和資源的浪費(fèi),同時(shí)也不利于電力系統(tǒng)的供電安全可靠性。本文對(duì)變壓器短路產(chǎn)生的原因及防治措施進(jìn)行了詳細(xì)研究,提出的建議對(duì)于變壓器以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的工程實(shí)際意義。

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