變壓器短路故障特點及處理措施
當變壓器忽然發(fā)生短路時，高、低壓繞組可能一起通過為額定值數(shù)十倍的短路電流，使其產(chǎn)生很大的熱量，變壓器嚴重發(fā)熱。當變壓器承受短路電流的能力不夠，熱穩(wěn)定性差時，就會使變壓器絕緣材料嚴重受損，而形成變壓器擊穿及損毀事故。
變壓器的出口短路主要包括：三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路等幾種類型。據(jù)統(tǒng)計表明，在中性點接地系統(tǒng)中，單相接地短路約占全部短路故障的65%，兩相短路約占10%～15%，兩相接地短路約占15%一20%，三相短路約占5%。其中以三相短路時的短路電流值最大。
對220kV三繞組變壓器而言，高壓對中、低壓的短路阻抗一般10%～30%之間。中壓對低壓的短路阻抗一般在10%以下，因此變壓器發(fā)生短路故障時，強大的短路電流會導致變壓器絕緣材料受熱損壞。
二、短路電動力引起繞組變形故障
變壓器受短路沖擊時，如果短路電流小，繼電保護正確動作，繞組變形將是輕微的;如果短路電流大。繼電保護延時動作甚至拒動，變壓器繞組變形將會很嚴重。甚至造成繞組損壞。
對于輕微的變形，如果不及時檢修，恢復墊塊位置，緊固繞組的壓釘及鐵軛的拉板、拉桿，加強引線的夾緊力，在多次短路沖擊后，由于累積效應(yīng)也會使變壓器損壞。因此診斷繞組變形程度、制訂合理的變壓器檢修周期是提高變壓器抗短路能力的一項重要措施。
由于繞組中漏磁的存在，載流導線在漏磁作用下受到電動力的作用，特別是在繞組突然短路時，電動力最嚴重。漏磁通?？煞纸鉃榭v軸分量和橫軸分量?？v軸磁場使繞組產(chǎn)生輻向力，而橫軸磁場使繞組受軸向力。軸向力使整個繞組受到張力P1，在導線中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。而內(nèi)繞組受到壓縮力P2，導線受到擠壓應(yīng)力。
軸向力的產(chǎn)生分為兩部分，一部分是由于繞組端部漏磁彎曲部分的輻向分量與載流導體作用而產(chǎn)生。它使內(nèi)外繞組都受壓力：由于繞組端部磁場最大，因而壓力也最大，但中部幾乎為零，繞組的另一端力的方向改變。軸向力的另一部分是由于內(nèi)外安匝不平衡所產(chǎn)生的輻向漏磁與載流導體作用而產(chǎn)生，該力使內(nèi)繞組受壓，外繞組受拉;安匝不平衡越大，該軸向力也越大。
因此，變壓器繞組在出口短路時，將承受很大的軸向和輻向電動力。軸向電動力使繞組向中間壓縮，這種由電動力產(chǎn)生的機械應(yīng)力，可能影響繞組匝間絕緣，對繞組的匝間絕緣造成損傷;而輻向電動力使繞組向外擴張，可能失去穩(wěn)定性，造成相間絕緣損壞。電動力過大，嚴重時可能造成繞組扭曲變形或?qū)Ь€斷裂。
對于由變壓器出口短路電動力造成的影響，判斷主變壓器繞組是否變形，過去只采取吊罩檢查的方法，目前采用繞組變形測試儀進行分析判斷，通過對主變壓器的高、中、低壓三相的九個繞組分別施加10kHz至lkHz高頻脈沖，由計算機記錄脈沖波形曲線并儲存。
通過打印，將波形繪制出圖，顯示正常波形與故障后波形變化的對比和分析，試驗人員根據(jù)該儀器特有的頻率和波形，能比較科學地準確判斷主變壓器繞組變形情況。
三、繞組變形的特點
通過檢查發(fā)生故障或事故的變壓器進行事后分析，發(fā)現(xiàn)電力變壓器繞組變形是誘發(fā)多種故障和事故的直接原因。一旦變壓器繞組已嚴重變形而未被診斷出來仍繼續(xù)運行，則極有可能導致事故的發(fā)生，輕者造成停電，重者將可能燒毀變壓器。致使繞組變形的原因，主要是繞組機械結(jié)構(gòu)強度不足、繞制工藝粗糙、承受正常容許的短路電流沖擊能力和外部機械沖擊能力差。
因此變壓器繞組變形主要是受到內(nèi)部電動力和外部機械力的影響，而電動力的影響最為突出，如變壓器出口短路形成的短路沖擊電流及產(chǎn)生的電動力將使繞組扭曲、變形甚至崩潰。
1、受電動力影響的變形
⑴高壓繞組處于外層，受軸向拉伸應(yīng)力和輻向擴張應(yīng)力，使繞組端部壓釘松動、墊塊飛出，嚴重時，鐵軛夾件拉板、緊固鋼帶都會彎曲變形，繞組松弛后使其高度增加。
⑵中、低壓繞組的位置處于內(nèi)柱或中間時，常受到軸向和輻向壓縮力的影響，使繞組端部緊固壓釘松動，墊塊位移;匝間墊塊位移，撐條傾斜，線餅在輻向上呈多邊形扭曲。若變形較輕，如35kv線餅外圓無變形。
而內(nèi)圓周有扭曲，在輻向上向內(nèi)突出，在繞組內(nèi)襯是軟紙筒時這種變形特別明顯。如果變壓器受短路沖擊時，繼電保護延時動作超過2s，變形更加嚴重，線餅會有較大面積的內(nèi)凹、上翹現(xiàn)象。測量整個繞組時往往高度降低，如果變壓器繼續(xù)投運變壓器箱體振動將明顯增大。
⑶繞組分接區(qū)、糾接區(qū)線餅變形。這是由于分接區(qū)和糾接區(qū)(一般在繞組首端)安匝不平衡，產(chǎn)生橫向漏磁場使短路時線餅受到的電動力比正常區(qū)要大得多，所以易產(chǎn)生變形和損壞。特別是分接區(qū)線餅，受到有載分接開關(guān)造成的分接段短路故障時，繞組會變形成波浪狀，而影響絕緣和油道的通暢。
⑷繞組引線位移扭曲。這是變壓器出口短路故障后常發(fā)生的情況，由于受電動力的影響，破壞了繞組引線布置的絕緣距離。如引線離箱壁距離太近，會造成放電，引線間距離太近，因摩擦而使絕緣受損，會形成潛伏性故障，并可能發(fā)展成短路事故。
2、受機械力影響的變形
變壓器繞組整體位移變形。這種變形主要是在運輸途中，受到運輸車輛的急剎車或運輸船舶撞擊晃動所致。據(jù)有關(guān)報道，變壓器器身受到大于3g(g為重力加速度)重力加速的沖擊，將可能使線圈整體在輻向上向一個方向明顯位移。
四、技術(shù)改進和降低短路事故的措施
1、技術(shù)改進措施
⑴ 電磁計算。在保證性能指標、溫升限值的前提下，綜合考慮短路時的動態(tài)過程。從保證繞組穩(wěn)定性出發(fā)，合理選擇撐條數(shù)、導線寬厚比及導線許用應(yīng)力的控制值，在進行安匝平衡排列時根據(jù)額定分接和各級限分接情況整體優(yōu)化，盡量減小不平衡安匝?？紤]到作用在內(nèi)繞組上的軸向內(nèi)力約為外繞組的兩倍，因此盡可能使作用在內(nèi)繞組上的軸向外力方向與軸向力的方向相反。
⑵繞組結(jié)構(gòu)方面。繞組是產(chǎn)生電動力又直接承受電動力的結(jié)構(gòu)部件，要保證繞組在短路時的穩(wěn)定性，就要針對其受力情況，使繞組在各個方向有牢固的支撐。
具體做法如在內(nèi)繞組內(nèi)側(cè)設(shè)置硬絕緣筒，繞組外側(cè)設(shè)置外撐條，并保證外撐條可靠地壓在線段上。對單螺旋低壓繞組首末端均端平一匝以減少端部漏磁場畸變。對等效軸向電流大的低壓和調(diào)壓繞組，針對其相應(yīng)的電動力，采取特殊措施固定繞組出頭，并在出頭位置和換位處采用適形的墊塊，以保證繞組穩(wěn)定性。
⑶器身結(jié)構(gòu)方面。器身絕緣是電動力傳遞的中介，要保證在電動力作用下，各方向均有牢固的支撐和減小相關(guān)部件受力時的壓強。在設(shè)計時采用整體相套裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)繞組硬絕緣簡與鐵心柱間用撐板撐緊，以保證內(nèi)繞組上承受的壓應(yīng)力均勻傳遞到鐵心柱上：合理布置壓釘位置和選擇壓釘數(shù)量，并設(shè)計副壓板，以減小壓釘作用到絕緣壓板上的壓強和壓板的剪切應(yīng)力。
⑷鐵心結(jié)構(gòu)方面。軸向電動力最終作用在鐵心框架結(jié)構(gòu)上。如果鐵心固定框架出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和變形，將導致繞組失穩(wěn)而變形損壞。因此，設(shè)計鐵心各部分結(jié)構(gòu)件時，強度要留有充分的裕度，各部件間盡量采用無間隙配合和互鎖結(jié)構(gòu)，使變壓器器身成為一個堅固的整體。
⑸工藝控制和工藝手段。對一些關(guān)鍵工序，如墊塊預處理、繞組繞制、繞組壓裝、相套裝、器身裝配時預壓力控制等方面，進行嚴格的工藝控制，以保證設(shè)計要求。
2、減少短路事故的措施
⑴優(yōu)化選型要求。選型應(yīng)選用能順利通過短路試驗的變壓器并合理確定變壓器的容量，合理選擇變壓器的短路阻抗。
⑵優(yōu)化運行條件。要提高電力線路的絕緣水平，特別是提高變壓器出線一定距離的絕緣水平，同時提高線路安全走廊和安全距離要求的標準，降低近區(qū)故障影響和危害，包括重視電纜的安裝檢修質(zhì)量(因電纜頭爆炸大多相當于母線短路);對重要變電站的中、低壓母線，考慮全封閉，以防小動物侵害;提高對開關(guān)質(zhì)量的要求，防止發(fā)生拒分等。
⑶優(yōu)化運行方式。確定運行方式要核算短路電流，并限制短路電流的危害。如采取裝備用電源自投裝置后開環(huán)運行，以減少短路時的電流和簡化保護配置;對故障率高的非重要出線，可考慮退出重合閘保護;提高速切保護性能，壓縮保護時間;220kV及以上電壓等級的變壓器盡量不直接帶10kV的地區(qū)電力負荷等。
⑷提高運行管理水平。首先要防止誤操作而造成的短路沖擊;要加強變壓器的適時檢修和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)變壓器的變形強度，保證變壓器的安全運行。
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