鄒明浩

（廣東電網(wǎng)有限責任公司梅州供電局，廣東 梅州 514000）

近年來隨著用電量的不斷加大，主變壓器單臺容量持續(xù)增長，電力系統(tǒng)中短路電流水平呈逐年上升趨勢，嚴重影響著主變壓器的安全穩(wěn)定運行。據(jù)統(tǒng)計，2008—2018 年，廣東電網(wǎng)范圍內(nèi)因主變壓器抗短路能力不足引起的故障約占主變壓器故障總數(shù)的1/3左右，是造成主變壓器故障的主要原因。

為解決上述問題，2018年廣東電網(wǎng)依照網(wǎng)公司反事故措施的各項要求，對公司范圍內(nèi)運行超過15年的110～500 kV 主變壓器開展抗短路能力專項核算，開展主變壓器抗短路能力不足專項整治及改造，從根本上避免因外部短路造成的主變壓器內(nèi)部受損故障。

1 基本原理

1.1 影響因素

據(jù)統(tǒng)計，廣東電網(wǎng)110～500 kV 主變壓器中有321 臺出廠年限超過15 年，其中2000 年以前的占59.5%。上述主變壓器出廠時只通過靜力學理論來計算短路電流閾值，未考慮其流過短路電流時的瞬時沖擊力，抗短路能力無法滿足現(xiàn)階段電網(wǎng)發(fā)展需求。此外，主變壓器長久使用后，運行環(huán)境及運行狀態(tài)等會影響內(nèi)部構件的安全性能和絕緣性能，易出現(xiàn)繞組變形、絕緣老化等質(zhì)量缺陷，降低主變壓器整體抗短路能力。

1.2 主要危害

110～500 kV主變壓器運行負荷較大，在內(nèi)部構件機械強度不足、線路絕緣性能欠佳等情況下，當經(jīng)受短路電流沖擊時，會在繞組間產(chǎn)生短路熱效應及電動力，嚴重時會導致主變壓器發(fā)生爆炸。

熱效應。主變壓器運行時受電流變化的影響，會出現(xiàn)空載損耗和負載損耗，造成主變壓器運行溫度上升。此時，若主變壓器遭受外部短路故障，則瞬時電流增加，空載損耗和負載損耗驟升，短路電流產(chǎn)生的熱效應將直接造成主變壓器主絕緣擊穿和內(nèi)部損毀，對電網(wǎng)運行造成嚴重威脅。

電動力。主變壓器運行時電流在繞組間產(chǎn)生漏磁場，因電磁感應在繞組中會產(chǎn)生電動勢，此時，若主變壓器遭受外部短路故障，則瞬時電流增加，施加在繞組上的電動力也隨之增加，當超過閾值時將導致內(nèi)部繞組嚴重變形損毀。

2 診斷評估

2.1 診斷方法

廣東電網(wǎng)110～500 kV 主變壓器抗短路能力評估時通過組件檢驗和性能評測兩部分開展。其中組件檢驗主要進行主變壓器的外觀構件檢查，如套管絕緣、分接開關動作、繼電器密封性、端子箱可靠性等，執(zhí)行DL/T 573—2021《電力變壓器檢修導則》標準，具體檢驗項目如下：

套管。對電容型套管的油位、密封情況、緊固情況、完整性、清潔度進行檢查，并進行本體絕緣試驗。

分接開關。檢查有載分接開關的切換開關、選擇開關、范圍開關、操作機構箱等部件的絕緣狀況、功能性、緊固情況、完整性及清潔度等進行檢查試驗。

壓力釋放閥。檢查壓力釋放閥的完整性、清潔度、密封性、動作正確性，并送往專業(yè)機構校驗。

氣體繼電器。對氣體繼電器的完整性、密封情況進行檢查，并送往專業(yè)機構進行校驗。

溫度計。檢查溫度計的完整性、清潔度、指示準確性，并送往專業(yè)機構校驗；檢查閥門各部件的完整性和密封性、清潔度。

閥門。對閥門各部件的完整性和密封性、清潔度進行檢查。

端子箱。檢查端子箱表面油漆、清潔度，檢查端子完好性、密封性，并進行絕緣電阻及防凝露加熱器試驗檢查。

吸濕器。檢查吸濕器的油杯、玻璃罩的清潔度、完整性及吸附劑有效性。

性能評測則將通過主變壓器安裝點短路電流與主變壓器可承受短路電流進行比較，判斷主變壓器是否存在抗短路能力不足缺陷。一般包括繞組基本參數(shù)、短路阻抗參數(shù)等測評指標。繞組基本參數(shù)包括額定電壓、容量、出線方式、繞組形式、內(nèi)徑、匝數(shù)、幅向、墊塊、導線類型、導線參數(shù)、屈服強度等；短路阻抗參數(shù)包括短路阻抗的最正分接、額定分接、最負分接等。

本次綜合評估過程中利用廣東電網(wǎng)變壓器抗短路能力計算及管理系統(tǒng)實現(xiàn)，其主要包括信息管理、短路電流水平咨詢、計算管理、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)管理5 大功能模塊，分別完成信息維護、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、能力評級和綜合管控等一系列工作，如圖1所示。

圖1 廣東電網(wǎng)主變壓器抗短路能力評估系統(tǒng)架構

上述平臺中利用ansys的有限元分析法構建主變壓器模型，將基礎信息、運行參數(shù)、電流數(shù)據(jù)等導入到模型中，進行主變壓器承載能力的計算。同時，考慮動態(tài)位移量、累積效應因素等，建立衰減曲線，提升主變壓器抗短路分析的可靠性和準確性。在對主變壓器抗短路能力進行綜合評估后，根據(jù)具體情況，在歷史數(shù)據(jù)基礎上提出了有效治理措施及建議，具有較高的實用價值。

2.2 診斷結(jié)果

經(jīng)診斷校核，廣東電網(wǎng)110～500 kV 主變壓器出廠年限超過15 年的321 臺中，有111 臺存在抗短路能力不足缺陷，其中包括110 kV 主變壓器82 臺，220 kV主變壓器29臺。后續(xù)工作中須針對其評估結(jié)果進行全面改造，以提升主變壓器的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

3 解決措施

3.1 技術方案

根據(jù)廣東電網(wǎng)110～500 kV 主變壓器抗短路能力不足缺陷情況，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出了更換新變壓器、返廠改造、現(xiàn)場改造或加裝限流電抗器等多種改造方式，具體改造方案如表1所示。

表1 廣東電網(wǎng)110～500 kV主變壓器改造方案

3.2 注意事項

3.2.1 更換繞組

在提升主變壓器整體抗短路能力時，整體更換后的繞組在原材料、結(jié)構等方面應滿足以下要求：

內(nèi)置式調(diào)壓線圈須采用半硬導線或者自粘換位導線，屈服強度不低于170 N/mm2，電流密度不高于3.5 A/mm2。

低壓繞組及自耦變壓器公共繞組線圈須采用（無氧）半硬導線或自粘性換位銅導線繞制，220 kV和500 kV變壓器所采用的半硬導線的拉伸屈服強度σ0.2不小于170 N/mm2，110 kV 變壓器所采用的半硬導線的拉伸屈服強度σ0.2不小于150 N/mm2。

內(nèi)側(cè)線圈須采用厚度≥3 mm、密度大于1.15 g/cm3的硬紙筒或機械強度更優(yōu)的材料做骨架筒，骨架筒在繞制線圈前應進行干燥定型處理。

線圈壓板宜采用整體壓板結(jié)構，壓腳或壓釘?shù)膫€數(shù)不少于4個/相。

繞組設計應使電流和溫度沿繞組均勻分布，并使繞組在承受全波和截波沖擊試驗時得到最佳的電壓分布。

制造廠須提供主變壓器承受短路能力計算書，計算相關數(shù)值。

3.2.2 變壓器油的選用

所選用的主變壓器絕緣油應是符合國標GB 2536—2011《電工流體變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油》、GB/T 7595—2017《運行中變壓器油質(zhì)量標準》的規(guī)定，且不含腐蝕性硫。絕緣油除含有抗氧化劑外，不得含有任何添加劑。與油體相接觸的絕緣材料、膠、漆等與油應有良好的相容性。

應選用由環(huán)烷基原油提煉的變壓器絕緣油（25號/傾點-20 ℃）。

3.2.3 絕緣件設置

墊塊、撐條材料應采用密度大于1.15 g/cm3的高密度紙板。

同一絕緣件所用的材料不應混用。

3.2.4 密封件設置

主變壓器除箱沿外，所用橡膠密封件應選用以丙烯酸酯或氟橡膠為主體材料的密封件，保證不滲漏油。所有密封圈應有壓縮限位，在正常安裝情況下，外觀看不到密封圈。

所選用的丁氰橡膠密封件和丙烯酸酯密封件均應按照GB/T 7759.1—2015《硫化橡膠或熱縮性橡膠壓縮永久變形的測定》進行熱空氣壓縮永久變形試驗和按照GB/T 7762—2003《硫化橡膠或熱縮性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗》進行耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗。