電力變壓器短路故障原因分析與預防措施
0 引言
在電力系統中，變壓器作為電力系統的主要設備之一，其運行的可靠性如何，直接關系到電網系統能否安全運行。近年來，變壓器發生的事故較多，2001年度變壓器事故按原因統計表明，變壓器事故損壞的主要原因是外部短路故障及變壓器密封不良導致設備進水受潮、設計及制造工藝不良、過電壓、安裝工藝不良、誤操作等。外部短路故障引起變壓器損壞是電力變壓器事故的首要原因，而變壓器本身抗短路能力不夠是造成設備損壞的主要原因。筆者曾參加110KV沙星變電站＃2主變的事故分析和事故處理，下面就以此事例作一說明。
1 事故過程
110KV沙星變電站＃2主變型號為SFZ8－40000／110，該變壓器于2000年6月15日投產。2001年8月23日16：50分，10KV饋線遭受雷擊，10KVF5出線電纜頭與架空線連接處避雷器爆炸，電流速斷保護動作，0．2秒F5開關保護動作，開關跳閘，經過2．0秒開關自動重合閘，F5開關自動合上，0．775秒F5開關再次跳閘，2．23秒變壓器復合電壓保護動作，跳10KV分段開關，同時變壓器瓦斯繼續電器保護動作跳主變高低壓開關，事故過程保護動作一切正常。現場我們對變壓器進行吊罩檢查發現：變壓器低壓側B相中部嚴重變形，造成匝間短路，且A、C相也幅向變形嚴重。
2 事故分析
經過分析認為：該變壓器低壓繞組的繞制采用軟紙筒而不是采用硬紙筒繞制，幅向強度不夠。另外線路短路受多次重合閘的沖擊也是變壓器變形損壞的原因之一。
理論分析表明：變壓器線圈通常是由以絕緣墊塊隔開的紙包銅或鋁線段所構成的。這種系統的動特性在發生突發短路時是變化的，由于絕緣墊塊的彈性與其壓緊程度有關，即與作用力有關。而電動力是按復雜的規律變化的，作用在變壓器線圈上的電動力可分為軸向力和徑向力兩種。徑向力的作用方向取決于線圈相互位置及其電流的方向，為提高內部線圈對徑向力的剛度，通常是將線圈繞制在由絕緣筒支撐的撐條上，此時該線圈不但要受到壓縮應力的作用，還會受到撐條所產生的彎曲應力的作用；變壓器線圈受到的軸向力可使線段和線匝在豎直方向彎曲，壓縮線段間的墊塊，并部分地傳遞到鐵軛。可見，當＃2主變在運行過程中發生這種突發性短路故障電流沖擊時，每個線圈都將受到強大的徑向力和軸向力的作用，而＃2主變低壓繞組采用軟紙筒繞制，幅向強度不夠，在短路電流作用下，強大的徑向力和軸向力的作用導致線圈的嚴重變形。
一般而言，變壓器繞組初始故障的表現形式大多表現為內繞組出現變形，發生鼓包、扭曲、移位等不可恢復的變形現象，其發展的典型形式是絕緣破壞，隨后發生匝間短路、餅間擊穿、主絕緣段放電或完全擊穿。此外，變壓器受到短路電流沖擊次數越多，承受最大短路峰值電流的概率也越高，越有可能導致線圈變形。運行經驗表明，運行變壓器一旦發生繞組變形，將導致累積變形效應，出現惡性循環。
變壓器因短路電流的作用發生嚴重損壞，給電網系統的安全運行構成了嚴重的威脅，也給社會帶來了不可估量的損失。從本次事故中，筆者認為必須在多方面采取有效措施，以減少各種損失。
3 減少變壓器因短路電流作用損壞擬采取的措施
3．1 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定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環節加以改進，以確保對變壓器結構強度設計時做到心中有數。
3．2 規范設計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝
制造廠家在設計時，除要考慮變壓器降低損耗，提高絕緣水平外，還要考慮到提高變壓器的機械強度和抗短路故障能力。在制造工藝方面，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過上述工藝處理后，再調整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規定的壓力，最終達到設計和工藝要求的高度。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。由于徑向力的作用，往往使內線圈向鐵心方向擠壓，故應加強內線圈與鐵心柱間的支撐，可通過增加撐條數目并采取厚一些的紙筒作線圈骨架等措施來提高線圈的徑向動穩定性能。
3．3 現場施工工藝及交接試驗應滿足規范要求
現場進行變壓器的安裝時，必須嚴格按照廠家說明書和規范要求進行施工，嚴把質量關，對發現的隱患必須采取相應措施加以消除。
3．4 使用可靠的器身定位裝置，避免在運輸中發生位移
器身定位是防止運輸中發生位移的關鍵。目前，大型變壓器一般采用火車、汽車、船舶等運輸。在運輸過程中，不可避免地要受到外力的作用，輕則使得器身緊固件松動，如導致線圈端部壓緊裝置（壓環的正反壓釘）和引線支架的緊固螺栓松動等；嚴重的則造成線圈內部發生相對位移，油道尺寸變動，或者油箱局部變形受損。因此，運輸中除器身在箱內裝有加固支撐外，油箱外部還應有拉繩綁緊，以防左右擺動。同時，還應加裝三維沖撞記錄儀，以監視運輸過程中有無異常撞擊。
3．5 加強運行維護，使用可靠的短路保護系統
運行維護人員應加強變壓器的檢查和維護保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應措施，降低出口和近區短路故障的幾率。為盡量避免系統的短路故障，對于已投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統使用的直流系統，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生。
4 結束語
變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結構設計和制造工藝，且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方面有很大的關系，變壓器短路事故對電網系統的運行危害極大，為避免事故的發生，應從多方面采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網系統的安全穩定運行。
信息來源：揚州拓普電氣科技有限公司 信息整理：www.bht-group.com.cn
在電力系統中，變壓器作為電力系統的主要設備之一，其運行的可靠性如何，直接關系到電網系統能否安全運行。近年來，變壓器發生的事故較多，2001年度變壓器事故按原因統計表明，變壓器事故損壞的主要原因是外部短路故障及變壓器密封不良導致設備進水受潮、設計及制造工藝不良、過電壓、安裝工藝不良、誤操作等。外部短路故障引起變壓器損壞是電力變壓器事故的首要原因，而變壓器本身抗短路能力不夠是造成設備損壞的主要原因。筆者曾參加110KV沙星變電站＃2主變的事故分析和事故處理，下面就以此事例作一說明。
1 事故過程
110KV沙星變電站＃2主變型號為SFZ8－40000／110，該變壓器于2000年6月15日投產。2001年8月23日16：50分，10KV饋線遭受雷擊，10KVF5出線電纜頭與架空線連接處避雷器爆炸，電流速斷保護動作，0．2秒F5開關保護動作，開關跳閘，經過2．0秒開關自動重合閘，F5開關自動合上，0．775秒F5開關再次跳閘，2．23秒變壓器復合電壓保護動作，跳10KV分段開關，同時變壓器瓦斯繼續電器保護動作跳主變高低壓開關，事故過程保護動作一切正常。現場我們對變壓器進行吊罩檢查發現：變壓器低壓側B相中部嚴重變形，造成匝間短路，且A、C相也幅向變形嚴重。
2 事故分析
經過分析認為：該變壓器低壓繞組的繞制采用軟紙筒而不是采用硬紙筒繞制，幅向強度不夠。另外線路短路受多次重合閘的沖擊也是變壓器變形損壞的原因之一。
理論分析表明：變壓器線圈通常是由以絕緣墊塊隔開的紙包銅或鋁線段所構成的。這種系統的動特性在發生突發短路時是變化的，由于絕緣墊塊的彈性與其壓緊程度有關，即與作用力有關。而電動力是按復雜的規律變化的，作用在變壓器線圈上的電動力可分為軸向力和徑向力兩種。徑向力的作用方向取決于線圈相互位置及其電流的方向，為提高內部線圈對徑向力的剛度，通常是將線圈繞制在由絕緣筒支撐的撐條上，此時該線圈不但要受到壓縮應力的作用，還會受到撐條所產生的彎曲應力的作用；變壓器線圈受到的軸向力可使線段和線匝在豎直方向彎曲，壓縮線段間的墊塊，并部分地傳遞到鐵軛。可見，當＃2主變在運行過程中發生這種突發性短路故障電流沖擊時，每個線圈都將受到強大的徑向力和軸向力的作用，而＃2主變低壓繞組采用軟紙筒繞制，幅向強度不夠，在短路電流作用下，強大的徑向力和軸向力的作用導致線圈的嚴重變形。
一般而言，變壓器繞組初始故障的表現形式大多表現為內繞組出現變形，發生鼓包、扭曲、移位等不可恢復的變形現象，其發展的典型形式是絕緣破壞，隨后發生匝間短路、餅間擊穿、主絕緣段放電或完全擊穿。此外，變壓器受到短路電流沖擊次數越多，承受最大短路峰值電流的概率也越高，越有可能導致線圈變形。運行經驗表明，運行變壓器一旦發生繞組變形，將導致累積變形效應，出現惡性循環。
變壓器因短路電流的作用發生嚴重損壞，給電網系統的安全運行構成了嚴重的威脅，也給社會帶來了不可估量的損失。從本次事故中，筆者認為必須在多方面采取有效措施，以減少各種損失。
3 減少變壓器因短路電流作用損壞擬采取的措施
3．1 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定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環節加以改進，以確保對變壓器結構強度設計時做到心中有數。
3．2 規范設計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝
制造廠家在設計時，除要考慮變壓器降低損耗，提高絕緣水平外，還要考慮到提高變壓器的機械強度和抗短路故障能力。在制造工藝方面，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過上述工藝處理后，再調整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規定的壓力，最終達到設計和工藝要求的高度。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。由于徑向力的作用，往往使內線圈向鐵心方向擠壓，故應加強內線圈與鐵心柱間的支撐，可通過增加撐條數目并采取厚一些的紙筒作線圈骨架等措施來提高線圈的徑向動穩定性能。
3．3 現場施工工藝及交接試驗應滿足規范要求
現場進行變壓器的安裝時，必須嚴格按照廠家說明書和規范要求進行施工，嚴把質量關，對發現的隱患必須采取相應措施加以消除。
3．4 使用可靠的器身定位裝置，避免在運輸中發生位移
器身定位是防止運輸中發生位移的關鍵。目前，大型變壓器一般采用火車、汽車、船舶等運輸。在運輸過程中，不可避免地要受到外力的作用，輕則使得器身緊固件松動，如導致線圈端部壓緊裝置（壓環的正反壓釘）和引線支架的緊固螺栓松動等；嚴重的則造成線圈內部發生相對位移，油道尺寸變動，或者油箱局部變形受損。因此，運輸中除器身在箱內裝有加固支撐外，油箱外部還應有拉繩綁緊，以防左右擺動。同時，還應加裝三維沖撞記錄儀，以監視運輸過程中有無異常撞擊。
3．5 加強運行維護，使用可靠的短路保護系統
運行維護人員應加強變壓器的檢查和維護保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應措施，降低出口和近區短路故障的幾率。為盡量避免系統的短路故障，對于已投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統使用的直流系統，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生。
4 結束語
變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結構設計和制造工藝，且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方面有很大的關系，變壓器短路事故對電網系統的運行危害極大，為避免事故的發生，應從多方面采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網系統的安全穩定運行。
信息來源：揚州拓普電氣科技有限公司 信息整理：www.bht-group.com.cn
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