如何提高電力變壓器的抗短路能力

摘要：我們都知道電力變壓器是利用電磁感應原理來改變交流電壓的裝置，是電力傳輸，電能分配的核心部件。變壓器運行的可靠與否，直接關系到電網(wǎng)的安全和人民生活生產(chǎn)用電的可靠性。變壓器的安全運行取決于諸多因素，安全問題可是多種多樣的。本文重點討論變壓器運行中出現(xiàn)的短路問題，以及變壓器抗短路能力提高的方法、手段。

關鍵詞：變壓器短路方法

首先我們來認識一下電力變壓器的工作原理：電力變壓器是一種靜止的電氣設備，是用來將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓（電流）的設備。當一次繞組通以交流電時，就產(chǎn)生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導磁作用，就在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數(shù)的多少有關，即電壓大小與匝數(shù)成正比。主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數(shù)。額定容量是一個表現(xiàn)功率的慣用值，它是表征傳輸電能的大小，以kVA或MVA表示，當對變壓器施加額定電壓時，根據(jù)它來確定在規(guī)定條件下不超過溫升限值的額定電流。

造成電力變壓器短路事故的原因是多種多樣的，它與電力變壓器的設計結構、原材料使用、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)質(zhì)量以及運行狀況等等因素都息息相關，通過對近些年發(fā)生的電力變壓器短路事故分析，究其原因，主要可以歸納為以下及各方面：

一、產(chǎn)品設計，生產(chǎn)原因造成的短路

我國目前電力變壓器相關廠家的變壓器生產(chǎn)計算程序都是建立在一種理想化的模型下進行的，即漏磁場均勻分布，線匝直徑相同，等相位的力，但是，事實并非如此。事實上，電力變壓器的漏磁場并不是均勻分布的，漏磁場在鐵軛部分的分布相對集中，該區(qū)域的電磁線所受到機械力也是較大的。而換位導線在換位處由于爬坡會改變力的傳遞方向，而產(chǎn)生扭矩，又由于墊塊彈性模量的因數(shù)，軸向墊塊不等距分布，會使交變漏磁場所產(chǎn)生的交變力延時共振，就會使處在鐵心軛部、換位處、有調(diào)壓分接的對應部位的線餅首先變形，造成短路隱患。

還有，在電力變壓器生產(chǎn)過程中，由于很多變壓器都采用了絕緣壓板，且高低壓線圈共用一個壓板，這種結構要求要有很高的制造工藝水平，應對墊塊進行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進行恒壓干燥,并測量出線圈壓縮后的高度；同一壓板的各個線圈經(jīng)過上述工藝處理后，再調(diào)整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規(guī)定的壓力，最終達到設計和工藝要求的高度。同時，在總裝配中，除了要注意高壓線圈的壓緊情況外，還要特別注意低壓線圈壓緊情況的控制，才能防止電力變壓器短路事故的發(fā)生。

二、對變壓器進行短路試驗，以防患于未然

大型變壓器的運行可靠性，首先取決于其結構和制造工藝水平，其次是在運行過程中對設備進行各種試驗，及時掌握設備的工況。要了解變壓器的機械穩(wěn)定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進，以確保對變壓器結構強度設計時做到心中有數(shù)。

三、使用可靠的繼電保護與自動重合閘系統(tǒng)

系統(tǒng)中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故，特別是10KV線路因誤操作、小動物進入、外力以及用戶責任等原因?qū)е露搪肥鹿实目赡苄詷O大。因此對于已投入運行的變壓器，首先應配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流電源，并保證保護動作的正確性。結合目前運行中變壓器杭外部短路強度較差的情況，對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強行投運，應看到其不利的因素，否則會加劇變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復的可能。目前已有些運行部門根據(jù)短路故障是否能瞬時自動消除的概率，對近區(qū)架空線（如2km以內(nèi)）或電纜線路取消使用重合問，或者適當延長合間間隔時間以減少因重合閘不成而帶來的危害，并且應盡量對短路跳閘的變壓器進行試驗檢查。

四、開展變壓器繞組的變形測試診斷

通常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，即使沒有立即損壞，也有可能留下嚴重的故障隱患。首先，絕緣距離將發(fā)生改變，固體絕緣受到損傷，導致局部放電發(fā)生。當遇到雷電過電壓作用時便有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，導致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用也可能引發(fā)絕緣擊穿事故。

因此，積極開展變壓器繞組變形的診斷工作，及時發(fā)現(xiàn)有問題的變壓器，并有計劃地進行吊罩驗證和檢修，不但可節(jié)省大量的、物力，對防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。

傳遞函數(shù)H（jw）(即頻率響應特性)的零、極點分布情況與二端口網(wǎng)絡內(nèi)的元件及連接方式等密切相關。大量試驗研究結果表明，變壓器繞組通常在10KZ~1MHZ的頻率范圍內(nèi)具有較多的諧振點。當頻率低于10KHZ時，繞組的電感起主要作用，諧振點通常較少，對分布電容的變化較不敏感；當頻率超過1 MHZ時，繞組的電感又被分布電容所旁路，諧振點也會相應減少，對電感的變化較不敏感，而且隨著頻率的提高，測試回路(引線)的雜散電容也會對測試結果造成明顯影響。

由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴，且對人員的素質(zhì)要求高，在生產(chǎn)運行中不易普遍開展。因此，在實際工作中，依據(jù)變壓器繞組電容變化量來判斷繞組是否變形的方法，可以作為頻率響應法的有益補充。尤其在頻率響應法不具備條件的情況下，可以通過橫向、縱向?qū)Ρ确e累的實測電容量，及時掌握變壓器繞組的工作狀態(tài)，以便降低事故發(fā)生的概率，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。

五、在現(xiàn)場施工和運行維護過程中使用可靠的短路保護裝置

現(xiàn)場進行變壓器的安裝時，必須嚴格按照廠家說明和規(guī)范要求進行施工，嚴把質(zhì)量關，對發(fā)現(xiàn)的隱患必須采取相應措施加以消除。運行維護人員應加強變壓器的檢查和維護保修工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應措施，降低出口和近區(qū)短路故障的幾率。為盡量避免系統(tǒng)的短路故障，對于已投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流系統(tǒng)，以保證保護動作的正確性；其次，應盡量對因短路跳閘的變壓器進行試驗檢查，可用頻率響應法測試技術測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據(jù)測試結果有目的地進行吊罩檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發(fā)生。

六、幾點具體情況的討論

接下來我將對工作中幾個遇到的具體案例，進行分析：

1.我們在進行110kv和220kv變壓器設計時，纏繞線圈習慣用軟紙筒，而且在線圈內(nèi)部的撐條與鐵心之間并沒有可靠的固定措施，這種情況下，如果遇到短路沖擊時，撐條就會發(fā)生位移，造成線圈由于失去職稱而向內(nèi)收縮，進而發(fā)生變形。所以，這類變壓器的設計，宜采用低壓10kv或者35kv的線圈并且采用硬紙筒作為內(nèi)襯，同時適當增加撐條的數(shù)量，就可以有效增強由于短路而造成的線圈向內(nèi)收縮現(xiàn)象的發(fā)生。

2.提高和加強變壓器穩(wěn)定能力的有效措施還有盡量減少變壓器分接的數(shù)量。多年的從業(yè)經(jīng)驗告訴我們，在變壓器損壞的案例中，很大一部分是由于調(diào)壓線圈的損壞引起的。因為調(diào)壓線圈匝間安匝不平衡度增大，抽頭出線較多，電場集中，引線固定不牢靠，在發(fā)生短路時，受力過大，穩(wěn)定性就會大大降低。所以我們在進行變壓器設計和購買時，要特別注意，將不必要的分接能去則去，減少不必要的隱患存在。

3.變壓器由于短路事故的多次發(fā)生，會將短路影響累計加深，再優(yōu)秀的設計，再優(yōu)秀的產(chǎn)品也不能夠承受這種長期的累加傷害。所以，我們要在提高繼電保護的正確動作率上下文章，因為只有提高繼電保護的正確動作率才能在運行中防止變壓器短路事故的發(fā)生頻率，才能真正起到保護變壓器的作用。

綜上所述，我們可以看出，變壓器短路問題主要癥結在于其設計和制造過程中的缺失，以及在運行管理過程當中的不當和使用水平的高低。變壓器短路的問題，和電網(wǎng)安全、人民生活、生產(chǎn)安全等重大問題息息相關，密不可分，是一個危害性極其重大的安全問題，所以我們一定要從源頭抓起，從平時工作中的細節(jié)抓起，從思想上深刻重視，采取有效的保護和控制措施，才能防患于未然，保證國家電網(wǎng)和人民生命財產(chǎn)的安全。

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作者簡介：

梁青（1960-），男，遼寧鐵嶺人，華北電力學院，講師、技師。研究方向：理論教學、實訓教學研究及改革。