鄭慶偉（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東　惠州　516000）

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220kV變壓器短路故障問題及對(duì)策

鄭慶偉（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東惠州516000）

在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，變壓器是一項(xiàng)較為重要的組成部分。但由于受到一些因素的影響，變壓器會(huì)出現(xiàn)一系列問題。尤其是變壓器的短路問題較為嚴(yán)重，對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。為了解決這一問題，相關(guān)的技術(shù)人員提出了諸多解決辦法。

變壓器；短路故障；對(duì)策

1　引言

變壓器是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，在電能的傳輸和轉(zhuǎn)化過程中起著至關(guān)重要的作用。變壓器作為變電站的核心設(shè)備，變壓器的質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行起著重要的作用。變壓器是由鐵心和線圈組成，線圈是變壓器電路的主要部分，是變壓器的心臟。變壓器線圈內(nèi)流通的電流受環(huán)境和負(fù)荷影響，也在不斷發(fā)生變化，也就是說電網(wǎng)環(huán)境的優(yōu)劣也直接影響變壓器的可靠運(yùn)行，電網(wǎng)受天氣狀況的影響，也會(huì)出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，如果電網(wǎng)遭受惡劣天氣，電網(wǎng)就會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)，將會(huì)給變壓器的安全運(yùn)行產(chǎn)生危害。

2　案例分析

某變電站運(yùn)行的兩臺(tái)變壓器，產(chǎn)品型號(hào)SFPSZ9-180000/ 220，變壓器自2004年投運(yùn)以來運(yùn)行狀況一直良好，2011年變壓器所處的地區(qū)突然遭受惡劣天氣，一到晚上該地區(qū)發(fā)生強(qiáng)降雨，降雨速度較快且較猛烈，當(dāng)時(shí)隨著降雨還伴有大風(fēng)，風(fēng)力幾乎達(dá)到9級(jí)強(qiáng)度，當(dāng)?shù)氐牟糠执髽涫茱L(fēng)力影響被連根拔起，且變電站圍墻受影響被嚴(yán)重?fù)p壞，220kV送電母線鐵塔被大風(fēng)吹倒，線路受到損壞。在此惡劣環(huán)境下電網(wǎng)受影響發(fā)生明顯波動(dòng)。在電網(wǎng)波動(dòng)的影響下，變壓器多次遭受超過額定電流的沖擊電流作用，并且也經(jīng)歷了多次斷電重合閘的過程，最終受電網(wǎng)波動(dòng)影響，變壓器故障退出運(yùn)行。變壓器遭受短路沖擊電流情況如表1。

表1　故障沖擊電流倍數(shù)

從表1可以看出，1#變壓器高、中壓繞組共承受5次超過額定電流的短路力，在第5次承受短路力時(shí)發(fā)生故障退出運(yùn)行。成功承受前4次短路力的沖擊，最大短路電流達(dá)到4.53倍額定電流，此時(shí)A相中壓成功承受一次較大沖擊的對(duì)地短路故障，變壓器沒有故障，第5次在系統(tǒng)自動(dòng)重合閘后發(fā)生三相對(duì)地短路故障，最大短路電流達(dá)到6.62倍額定電流，導(dǎo)致1#變壓器內(nèi)部故障，變壓器退出運(yùn)行。

2#變壓器先后也共承受5次短路力的沖擊，成功承受了前4次短路的沖擊，在第5次承受短路力時(shí)發(fā)生故障退出運(yùn)行。變壓器成功承受前4次短路力的沖擊，其中短路電流最高為8.52倍額定電流，最后一次短路力發(fā)生在中壓線路自動(dòng)重合后，在Am對(duì)地短路故障上，達(dá)到了9.22倍的額定電流，最終導(dǎo)致變壓器繞組發(fā)生內(nèi)部故障，變壓器退出運(yùn)行。

3　變壓器短路故障的原因分析

3.1新產(chǎn)品承受短路可靠性低

近年來，我國(guó)變壓器行業(yè)通過不斷引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)品技術(shù)性能和產(chǎn)品質(zhì)量有一定提高，如變壓器損耗下降已接近國(guó)際水平，絕緣性能改善，使其事故率大大下降，受到用戶普遍好評(píng)。但是總的來看，近年來全國(guó)變壓器損壞事故居高不下局面仍未根本好轉(zhuǎn)。主要是一種新產(chǎn)品出臺(tái)，制造部門注意力往往集中在損耗、重量下降多少這些技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上，而對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性則缺少足夠的注意，實(shí)際上制造部門對(duì)產(chǎn)品可靠性也無考核指標(biāo)，這幾年新產(chǎn)品抗短路強(qiáng)度急劇下降，便是設(shè)計(jì)注意力錯(cuò)位所致。設(shè)計(jì)一種新產(chǎn)品以更新老產(chǎn)品時(shí)，帶有許多隨意性，往往連老產(chǎn)品許多行之有效的正確部分也被拋棄了。目前新產(chǎn)品設(shè)計(jì)為了降低附加報(bào)耗，或?yàn)闇p少鐵芯尺寸，將壓板改為絕緣壓板，這種改型設(shè)計(jì)制造廠又未對(duì)材質(zhì)、尺寸，受力類型等進(jìn)行認(rèn)真試驗(yàn)研究，加上壓釘位置與數(shù)目也不恰當(dāng)，因而一經(jīng)短路，壓板就被沖擊，無一例外，這種新產(chǎn)品毫無可靠性可言。

3.2低壓線圈強(qiáng)度差

目前采用的低壓線圈如螺旋繞組結(jié)構(gòu)，軸向彈性大，短路時(shí)易產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，24股導(dǎo)線并繞其單股強(qiáng)度差，在線圈振動(dòng)時(shí)端部線板易松散并振動(dòng)沖出，內(nèi)側(cè)線般在振動(dòng)時(shí)則為撐條摩擦，破壞匝間絕緣，因而常引起匝間或?qū)Φ兀ㄨF芯）短路，股線多還使繞組難以緊固，繞組與鐵芯柱伺絕緣為相紙筒等使線圈幅向可壓縮量增大，在短路輻向力作用下，易發(fā)生繞組輻向變形而損壞。總之不論軸向或輻向強(qiáng)度，目前質(zhì)量均很差。

3.3線圈軸向壓緊裝置不良

目前線圈軸向壓緊大都采用絕緣壓板，采用層壓線板或?qū)訅耗景遄鞒?，高低壓線圈共用一塊，壓襯每相為4～6個(gè)，壓釘位置常位于高壓線圈中心，這種結(jié)構(gòu)對(duì)低壓線圈壓緊很為不利。同時(shí)低壓線圈因位于內(nèi)側(cè)，裝配時(shí)低壓線圈壓緊程度難以控制，易形成內(nèi)高外低的高差，如前所述低壓線圈將產(chǎn)生向上的沖擊力，對(duì)壓板形成彎曲力矩，使壓板折斷。目前某些制造廠為節(jié)約或其他原因還將絕緣壓板作成二個(gè)半圓形，其整體性、剛度、強(qiáng)度比整圓板更差，實(shí)不可取。

3.4重合閘投入不合理

變壓器短路次數(shù)多，與目前10kV線路重合閘投入不當(dāng)相關(guān)，如電纜出線或短架空線路永久性故障多，重合閘增加了不應(yīng)有的重復(fù)沖擊。

3.5變壓器運(yùn)行維護(hù)不良

導(dǎo)致繼電保護(hù)失靈，油開關(guān)拒動(dòng)，甚至直流操作電源容量不足等等，造成事故長(zhǎng)期不能切斷，越級(jí)跳閘，大大延長(zhǎng)了短路電流通過變壓器的時(shí)間，有的故障甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘之久，這種情況下變壓器燒壞是必然的。

4　變壓器短路故障的處理對(duì)策

4.1認(rèn)真進(jìn)行短路狀態(tài)下變壓器力學(xué)計(jì)算研究

從多臺(tái)事故變壓器吊檢線圈情況來看，雖然設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)中軸向力計(jì)算值并不大，遠(yuǎn)小于夾件允許受力值，但實(shí)際上線圈及壓緊裝置破壞卻很嚴(yán)重，使人懷疑其電動(dòng)力理論計(jì)算公式及各種系數(shù)選取是否正確，實(shí)際上變壓器線圈是由導(dǎo)線和絕緣材料組成的彈性系統(tǒng)，而電動(dòng)力是正比于短路電流平方呈雙倍工頻變動(dòng)的沖擊力，這種受力系統(tǒng)應(yīng)如何進(jìn)行實(shí)用計(jì)算？目前通用的假定短路電流最大值引起的電磁力作用于靜止的線圈上的狀況是否與之等效？值得深入研究，以便作出較正確的計(jì)算。

4.2大力提高低壓線圈強(qiáng)度

為提高幅向強(qiáng)度，低壓內(nèi)支撐應(yīng)采用高強(qiáng)度的厚硬紙筒，繞線力求緊固，少留裕度，以控制幅向在短路作用下的壓縮量，減少幅向變形損壞，為提高軸向強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)低壓線圈應(yīng)加大股線尺寸，減少股數(shù)、提高導(dǎo)線強(qiáng)度。線圈設(shè)內(nèi)外撐條，增加撐條數(shù)量以減小等分，采用整塊密化處理，線圈浸漆加固工藝及恒溫干燥處理工藝等從各方面設(shè)法提高線圈剛度，降低線圈軸向彈性。此外盡可能不用螺旋繞組結(jié)構(gòu)而選用其他強(qiáng)度更好的繞組結(jié)構(gòu)。

4.3線圈壓緊裝置設(shè)計(jì)

應(yīng)牢記應(yīng)以可靠性為大前提，當(dāng)要求的參數(shù)與之矛盾時(shí)，應(yīng)服從于可靠性要求，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要適應(yīng)工廠的實(shí)際工藝條件和我國(guó)材質(zhì)情況，適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行工況要求和安裝維護(hù)的需要。我們要求壓緊裝置應(yīng)恢復(fù)老型變壓器行之有效的結(jié)構(gòu)，廢除絕緣壓板，恢復(fù)鋼壓板。在新的高短路強(qiáng)度變壓器設(shè)計(jì)出臺(tái)之前，可暫用經(jīng)過機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)的加厚絕緣板，并采用整圓片板取代強(qiáng)度甚差的半圓形壓板，壓釘位置應(yīng)在低壓線圈中心與高壓線圈中心均有布置，以取代目前壓高不壓低的錯(cuò)誤作法。應(yīng)用力矩搬手或其他監(jiān)視壓力強(qiáng)度的工藝確實(shí)達(dá)到線圈充分壓緊以滿足設(shè)計(jì)壓力要求等等。采取有效措施徹底解決線圈干燥不徹底和器身干燥后存在低壓線圈難以再壓緊等工藝問題。

4.4對(duì)10kV線路重合閘投入進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

必須指出：10kV電纜線路或短架空線的瞬時(shí)故障少，永久故障多，重合閘投入對(duì)提高其運(yùn)行可靠性作用不大，似無投入必要。而永久故障對(duì)變壓器重復(fù)短路沖擊其危害性是明顯的，為確保變壓器安全，線路運(yùn)行可靠性稍作犧牲也是必要的。

4.5重視變壓器維護(hù)工作

應(yīng)該要加強(qiáng)變壓器的維護(hù)工作，提高保護(hù)動(dòng)作開關(guān)和直流電源的可靠性，現(xiàn)在很多的越級(jí)跳閘事例，變壓器短路損壞統(tǒng)計(jì)表列數(shù)據(jù)所占1/3左右，不可忽視。原因是多方面的，應(yīng)該需要重點(diǎn)關(guān)注直流電源，技術(shù)人員每隔一段時(shí)間需要操作開關(guān)“分-合-分”的循環(huán)操作，檢測(cè)直流電源的可靠性，保障重分閘以后依舊可以對(duì)短路故障做出處理，以免變壓器因長(zhǎng)時(shí)間短路而破壞。

5　結(jié)束語

變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的一部分，承擔(dān)著電力運(yùn)輸?shù)墓δ?，因此要及時(shí)的分析出變壓器短路故障的原因所在，及時(shí)做出處理，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

［1］王向前.關(guān)于處理變壓器短路事故的幾點(diǎn)思考［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2011 （06）.

［2］劉宏亮，劉海峰，高樹國(guó)，等.一起220kV變壓器短路故障的診斷與分析［J］.變壓器，2011，48（10）：68～71.

［3］李建軍.淺析電力變壓器短路故障原因及預(yù)防方法［J］.赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，25（11）：149～150.

鄭慶偉（1973-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事變電運(yùn)行工作。

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2095-2066（2016）11-0062-02

2016-3-8