220kV变压器短路故障问题及对策

2016-08-11郑庆伟广东电网公司惠州供电局广东惠州516000

低碳世界 2016年11期

关键词：压板绕组短路

郑庆伟（广东电网公司惠州供电局，广东　惠州　516000）

220kV变压器短路故障问题及对策

郑庆伟（广东电网公司惠州供电局，广东惠州516000）

在电力系统的正常运行中，变压器是一项较为重要的组成部分。但由于受到一些因素的影响，变压器会出现一系列问题。尤其是变压器的短路问题较为严重，对于电力系统的运行产生了严重的影响。为了解决这一问题，相关的技术人员提出了诸多解决办法。

变压器；短路故障；对策

1　引言

变压器是电力系统的主要设备之一，在电能的传输和转化过程中起着至关重要的作用。变压器作为变电站的核心设备，变压器的质量对电网的安全运行起着重要的作用。变压器是由铁心和线圈组成，线圈是变压器电路的主要部分，是变压器的心脏。变压器线圈内流通的电流受环境和负荷影响，也在不断发生变化，也就是说电网环境的优劣也直接影响变压器的可靠运行，电网受天气状况的影响，也会出现不同程度的波动，如果电网遭受恶劣天气，电网就会发生明显波动，将会给变压器的安全运行产生危害。

2　案例分析

某变电站运行的两台变压器，产品型号SFPSZ9-180000/ 220，变压器自2004年投运以来运行状况一直良好，2011年变压器所处的地区突然遭受恶劣天气，一到晚上该地区发生强降雨，降雨速度较快且较猛烈，当时随着降雨还伴有大风，风力几乎达到9级强度，当地的部分大树受风力影响被连根拔起，且变电站围墙受影响被严重损坏，220kV送电母线铁塔被大风吹倒，线路受到损坏。在此恶劣环境下电网受影响发生明显波动。在电网波动的影响下，变压器多次遭受超过额定电流的冲击电流作用，并且也经历了多次断电重合闸的过程，最终受电网波动影响，变压器故障退出运行。变压器遭受短路冲击电流情况如表1。

表1　故障冲击电流倍数

从表1可以看出，1#变压器高、中压绕组共承受5次超过额定电流的短路力，在第5次承受短路力时发生故障退出运行。成功承受前4次短路力的冲击，最大短路电流达到4.53倍额定电流，此时A相中压成功承受一次较大冲击的对地短路故障，变压器没有故障，第5次在系统自动重合闸后发生三相对地短路故障，最大短路电流达到6.62倍额定电流，导致1#变压器内部故障，变压器退出运行。

2#变压器先后也共承受5次短路力的冲击，成功承受了前4次短路的冲击，在第5次承受短路力时发生故障退出运行。变压器成功承受前4次短路力的冲击，其中短路电流最高为8.52倍额定电流，最后一次短路力发生在中压线路自动重合后，在Am对地短路故障上，达到了9.22倍的额定电流，最终导致变压器绕组发生内部故障，变压器退出运行。

3　变压器短路故障的原因分析

3.1新产品承受短路可靠性低

近年来，我国变压器行业通过不断引进国内外先进技术，产品技术性能和产品质量有一定提高，如变压器损耗下降已接近国际水平，绝缘性能改善，使其事故率大大下降，受到用户普遍好评。但是总的来看，近年来全国变压器损坏事故居高不下局面仍未根本好转。主要是一种新产品出台，制造部门注意力往往集中在损耗、重量下降多少这些技术经济指标上，而对产品的质量可靠性则缺少足够的注意，实际上制造部门对产品可靠性也无考核指标，这几年新产品抗短路强度急剧下降，便是设计注意力错位所致。设计一种新产品以更新老产品时，带有许多随意性，往往连老产品许多行之有效的正确部分也被抛弃了。目前新产品设计为了降低附加报耗，或为减少铁芯尺寸，将压板改为绝缘压板，这种改型设计制造厂又未对材质、尺寸，受力类型等进行认真试验研究，加上压钉位置与数目也不恰当，因而一经短路，压板就被冲击，无一例外，这种新产品毫无可靠性可言。

3.2低压线圈强度差

目前采用的低压线圈如螺旋绕组结构，轴向弹性大，短路时易产生强烈振动，24股导线并绕其单股强度差，在线圈振动时端部线板易松散并振动冲出，内侧线般在振动时则为撑条摩擦，破坏匝间绝缘，因而常引起匝间或对地（铁芯）短路，股线多还使绕组难以紧固，绕组与铁芯柱伺绝缘为相纸筒等使线圈幅向可压缩量增大，在短路辐向力作用下，易发生绕组辐向变形而损坏。总之不论轴向或辐向强度，目前质量均很差。

3.3线圈轴向压紧装置不良

目前线圈轴向压紧大都采用绝缘压板，采用层压线板或层压木板作成，高低压线圈共用一块，压衬每相为4～6个，压钉位置常位于高压线圈中心，这种结构对低压线圈压紧很为不利。同时低压线圈因位于内侧，装配时低压线圈压紧程度难以控制，易形成内高外低的高差，如前所述低压线圈将产生向上的冲击力，对压板形成弯曲力矩，使压板折断。目前某些制造厂为节约或其他原因还将绝缘压板作成二个半圆形，其整体性、刚度、强度比整圆板更差，实不可取。

3.4重合闸投入不合理

变压器短路次数多，与目前10kV线路重合闸投入不当相关，如电缆出线或短架空线路永久性故障多，重合闸增加了不应有的重复冲击。

3.5变压器运行维护不良

导致继电保护失灵，油开关拒动，甚至直流操作电源容量不足等等，造成事故长期不能切断，越级跳闸，大大延长了短路电流通过变压器的时间，有的故障甚至长达数分钟之久，这种情况下变压器烧坏是必然的。

4　变压器短路故障的处理对策

4.1认真进行短路状态下变压器力学计算研究

从多台事故变压器吊检线圈情况来看，虽然设计计算当中轴向力计算值并不大，远小于夹件允许受力值，但实际上线圈及压紧装置破坏却很严重，使人怀疑其电动力理论计算公式及各种系数选取是否正确，实际上变压器线圈是由导线和绝缘材料组成的弹性系统，而电动力是正比于短路电流平方呈双倍工频变动的冲击力，这种受力系统应如何进行实用计算？目前通用的假定短路电流最大值引起的电磁力作用于静止的线圈上的状况是否与之等效？值得深入研究，以便作出较正确的计算。

4.2大力提高低压线圈强度

为提高幅向强度，低压内支撑应采用高强度的厚硬纸筒，绕线力求紧固，少留裕度，以控制幅向在短路作用下的压缩量，减少幅向变形损坏，为提高轴向强度，设计时对低压线圈应加大股线尺寸，减少股数、提高导线强度。线圈设内外撑条，增加撑条数量以减小等分，采用整块密化处理，线圈浸漆加固工艺及恒温干燥处理工艺等从各方面设法提高线圈刚度，降低线圈轴向弹性。此外尽可能不用螺旋绕组结构而选用其他强度更好的绕组结构。

4.3线圈压紧装置设计

应牢记应以可靠性为大前提，当要求的参数与之矛盾时，应服从于可靠性要求，产品设计要适应工厂的实际工艺条件和我国材质情况，适应电网运行工况要求和安装维护的需要。我们要求压紧装置应恢复老型变压器行之有效的结构，废除绝缘压板，恢复钢压板。在新的高短路强度变压器设计出台之前，可暂用经过机械强度试验的加厚绝缘板，并采用整圆片板取代强度甚差的半圆形压板，压钉位置应在低压线圈中心与高压线圈中心均有布置，以取代目前压高不压低的错误作法。应用力矩搬手或其他监视压力强度的工艺确实达到线圈充分压紧以满足设计压力要求等等。采取有效措施彻底解决线圈干燥不彻底和器身干燥后存在低压线圈难以再压紧等工艺问题。

4.4对10kV线路重合闸投入进行适当调整

必须指出：10kV电缆线路或短架空线的瞬时故障少，永久故障多，重合闸投入对提高其运行可靠性作用不大，似无投入必要。而永久故障对变压器重复短路冲击其危害性是明显的，为确保变压器安全，线路运行可靠性稍作牺牲也是必要的。

4.5重视变压器维护工作

应该要加强变压器的维护工作，提高保护动作开关和直流电源的可靠性，现在很多的越级跳闸事例，变压器短路损坏统计表列数据所占1/3左右，不可忽视。原因是多方面的，应该需要重点关注直流电源，技术人员每隔一段时间需要操作开关“分-合-分”的循环操作，检测直流电源的可靠性，保障重分闸以后依旧可以对短路故障做出处理，以免变压器因长时间短路而破坏。