浅谈变压器的不正常运行

郭岐

摘 要：针对变压器的不正常运行问题，分析了引起其不正常运行的原因，总结了减小其危害的措施。

关键词：变压器的不对称运行;变压器的暂态运行

1 緒论

在电力系统中，变压器是不可或缺的一次设备，它在电力系统的正常运行中起着及其重要的作用。

2 变压器的不对称运行

（1）变压器的不正常运行不仅仅会发生在暂态过程中，在稳态过程中发生也是一种常常见到的现象。由于在电力系统在实际运行之中是一个及其庞大的系统，其影响因素也多种多样，所以我们会得到很多有关变压器在实际运行时，三相负载不对称的实例。例如有的时候需要用电焊机或单相电炉等单相负载;或者使用的照明负载在三相上不平衡;当三相变压器的的一相发生故障时，可能要断开故障的那一相，使另外两相继续供电;有的时候还会适当地采用大地来代替一相导线的供电方式。以上讨论的这几种例子可以使我们意识到变压器不正常运行的常见性。

（2）由变压器不对称运行导致的危害：变压器损耗增加。通过一些学习我们知道变压器的损耗由空载损耗和负载损耗组成。在变压器正常运行的情况下，它的运行电压基本上是没有变化的，这使空载损耗成为了一个恒定的量。当变压器的运行负荷变化时，负载损耗也随之发生变化，由公式可知负载电流的平方与与负载损耗成正比。在变压器不对称运行的情况下，变压器的负载损耗相当于三个变压器负载损耗的累加结果。所以，由三相负载不对称引起的变压器不对称运行会导致变压器的损耗大大增加。由于这种损耗是长期的，会造成很大的浪费，违背了我们节能的理念。

变压器局部金属件温度升高。通过对称分量法分析出变压器在三相负载不对称的情况下运行时，正，负序电流将会在变压器的原边，副边内分别形成正常的三相电流系统，存在着磁势平衡的关系，但是副边的零序电流得不到原边相应的电流来平衡。即变压器在三相负载不对称的情况下运行时，一定会产生零序电流，因为在变压器中是没有零序电流的通路的，所以它将会在各相的铁心中激励出零序磁通。这些零序磁通会在变压器的邮箱壁或者在一些金属构件中构成回路。然后会引起涡流损耗和磁滞，从而导致部件发热。便要求其局部金属件温度升高严重时候甚至会导致变压器运行事故，因此其危害不可小觑。

（3）减小变压器不对称运行的危害的措施：由有功损耗与电压的平方成正比可以想到通过合理调整运行电压，从而达到减小变压器损耗的效果。

可以使用一些新型的，损耗相对来讲比较小的变压器。致力于研究可以降低损耗的新技术，新材料。

由于线路的能量损耗同电阻成正比，而电阻又与导线的截面积成反比。所以合理地选择导线截面，增大导线的截面可以减少一些能量损耗。

提高电力网的检修质量，加强对线路的维护，防止漏电。尽量减小外部因素引起的能量的损耗。

3 变压器的暂态运行

接下来将对变压器的暂态运行进行讨论，暂态运行是变压器常见的另一种不正常运行，即变压器受到大的干扰后，从一种稳定状态过渡到另一种新的稳定状态或者恢复原来的状态。引起变压器暂态运行的原因往往是变压器运行情况的突变，例如变压器的负载突然发生变化;变压器空载合闸或者副边突然发生短路;输电线上可能会遭受直接雷击;或者输电线与带电的云层发生静电感应和放电造成大气过电压;变压器或线路的开关进行合闸或者拉闸时，由系统中发生电磁能量转换而引起的操作过电压。暂态运行的持续时间是非常短的，但是它往往会对变压器或电力系统造成很大的影响，如果产生严重的过电流或过电压甚至会损坏变压器。所以对变压器的暂态运行进行分析和研究是十分有必要的。

（1）由变压器暂态运行导致的危害：变压器在空载接入电网的合闸过程中，主要表现为主磁通的暂态变化。由于变压器铁心的饱和现象和铁心中原有剩磁的存在，暂态过程中铁心主磁通的最大值还会更大，可能会产生很大的冲击电流，所产生的这个电流值将会远远超过空载电流值的正常水平。空载合闸电流的冲击实际上对变压器本身并没有直接产生危害，但是在它衰减较为缓慢时，变压器的继电保护装置会起作用而合不上开关。因此在变压器空载合闸的过程中，如果没有及时地采取有效措施，很可能会引起开关合闸失败，导致变压器无法正常接入电网。

一台正常运行的变压器，在外界发生的故障导致副绕组突然短路时，在变压器的原，副绕组中将会产生很大的短路电流，短路电流往往会产生机械力和发热现象，这会对变压器的可靠运行造成危害。如果变压器设计不当，往往会因此而遭到破坏。

在变压器的运行过程中，绕组中的电流与漏磁场相互作用，将会在绕组的各导线上产生机械力。在变压器突然短路的情况下，绕组受到的机械力会增大，这样大的力可能会使变压器的一些构件遭到损坏。例如径向力可能会使绕组拉断，轴向力可能会使线圈产生轴向变形。

变压器的暂态运行可能会导致过电压现象。过电压可能会破坏变压器绝缘，造成绕组接地故障或是匝间短路故障。

（2）减小变压器暂态运行的危害的措施：在变压器上串联一个小电阻可以加速冲击电流的衰减过程，然后进行变压器的合闸，合闸完成后再把该电阻去掉。

（3）限制短路电流的措施：选择适当的主接线形式和运行方式。可以采用计算阻抗比较大的接线，采用减少并联设备和并联支路的运行方式。

加装限流电抗器。这是在发电厂和变电所20kV及以下的某些回路中广泛采用的限制短路电流的方法。

采用低压分裂绕组变压器。在这种变压器中，正常电流所遇到的电抗小，短路电流所遇到的电抗大，有着显著的限流作用。

为了防止变压器突然短路时，产生的强大的机械力导致变压器绕组变形或损坏，在设计和制造变压器绕组时要合理使用绝缘结构，还要有足够的机械强度，尽量使其可以承受暂态短路产生的电磁力。

为了保证变压器安全可靠的运行，要采取过电压保护措施。主要措施为避雷器保护，加强绝缘，增大匝间电容，采用中点接地系统。同时也要保证变压器在过电压的作用下不被损坏，因此在变压器出厂前除了必须在工频电压下进行过电压实验之外，还要按一定标准经过冲击电流过电压波的耐压实验检验后方能认为该产品是合格的。

参考文献：

[1]阎治安.电机学.西安交通大学出版社.

[2]方万良.电力系统暂态分析.中国电力出版社.

[3]姚春球.发电厂电气部分.中国电力出版社.