變壓器短路故障存在的問題及防護措施

姚以沛

(國網(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題及防護措施

姚以沛

(國網(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。變壓器的正常運行能夠保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行,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題和事故隱患,特別是設(shè)備長期運行后造成的設(shè)備自然老化,也是發(fā)生故障的因素之一。同時,提出通過提高技術(shù)改進和降低短路事故的措施。

電力變壓器 變壓器故障 原因分析 改進措施

電網(wǎng)要實現(xiàn)安全穩(wěn)定的運行必須要求繼電保護裝置處在最佳的工作狀態(tài),而變壓器作為繼電保護裝置的主要變電設(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行對電力系統(tǒng)具有重要意義。根據(jù)變壓器發(fā)生的變壓器問題,需要對短路產(chǎn)生原因進行深入的研究分析,并提出防護措施,保證電力系統(tǒng)的正常運行,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)的各種問題,主要包括繞組的線匝之間發(fā)生的匝問短路,各相繞組之間發(fā)生的相問短路,繞組或引出線通過外殼發(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)生相問故障等。由于變壓器故障涉及面較廣,對變壓器故障的類型一般是根據(jù)常見的故障易發(fā)區(qū)位劃分,如絕緣故障、鐵心故障、分接開關(guān)故障等。而對變壓器本身影響最嚴重、目前發(fā)生機率最高的又是變壓器出口短路故障,同時還存在變壓器滲漏故障、油流帶電故障、保護誤動故障等等。因此,很難以某一范疇規(guī)范劃分變壓器故障的類型,下面僅對變壓器短路故障進行簡單的闡述。

2 變壓器短路故障的問題分析

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。溫度對導(dǎo)線的強度和彎度有很大的影響,當導(dǎo)線的溫度過高時,使導(dǎo)線的彎度、強度有所下降,導(dǎo)線的延伸率也會下降。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。繞組溫度的過高,會使導(dǎo)線的強度和拉強度明顯下降。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)線的不同對變壓器造成短路的效果不同。普通導(dǎo)線的機械強度較差,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。軟導(dǎo)線是早期造成變壓器短路的最主要的原因。由于認識不足以及成本問題,廠家在生產(chǎn)時采用軟導(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 運行短路分析

變壓器長時間的運行中,短路電流液也會導(dǎo)致變壓器短路。一般情況下,當短路故障發(fā)生在電流速斷保護范圍內(nèi)時,在無延時情況下,繼電保護裝置能夠迅速切除故障,當出現(xiàn)機械作用固有延時等情況,短路電流持續(xù)的時間一般不會超過250ms,但是實際情況卻與此有所不同:首先,由于繼電保護的選擇性,配電側(cè)的保護一般不采用電流速斷保護,而是采用定時限過電流保護,配電側(cè)也正是短路多發(fā)部分;其次,繼電保護雖然要求速動性、選擇性、靈敏性和可靠性,可是也不免發(fā)生繼電保護裝置拒動的情況,而當保護拒動時,故障存在時間會較長,有時會到好幾分鐘甚至幾小時,這時變壓器導(dǎo)線承受大的短路電流的時間大大增加,超過其熱穩(wěn)定性就會造成短路故障;最后,電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運行要求繼電保護需配備重合閘裝置,如果故障為永久性故障,那么重合閘的過程就會對變壓器產(chǎn)生二次沖擊,短路剛發(fā)生時產(chǎn)生的過電流已經(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)計時須符合實際工況要求,安裝時應(yīng)嚴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)嚴格查看變壓器的各結(jié)構(gòu)有無質(zhì)量問題,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,要驗收其尺寸、結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計要求,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 完善變壓器的保護配置

微機機電保護的使用使得變壓器的短路事故大大減少,但是為了使得保護動作的速動性、靈敏性兼顧可靠性,還需在保護的配置上安裝母線差動保護,失靈保護等。變壓器自身的保護也同樣重要,在變壓器中壓側(cè)和低壓側(cè)需要配置限時速斷保護,使得變壓器出口故障時能夠快速切除故障,使短路電流對變壓器的沖擊減小。在變壓器的選擇方面,應(yīng)該選擇抗短路能力較強的變壓器,并且適當調(diào)整電網(wǎng)的主接線形式,使得故障時對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。近年來由于開關(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)安裝大容量開關(guān)非常有必要,與此同時,由于氧化鋅避雷器較強的承受過電壓能力也適用于變壓器以及母線的保護中,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 對變壓器的短路動態(tài)特性進行分析

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

4 結(jié)語

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

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