電力變壓器短路故障的詳細分析

本文論述了電力變壓器出口短路故障的影響與危害，分析了電力變壓器短路電流引起的故障成因，提出強化電力變壓器監(jiān)造和驗收的措施、以及提高電力變壓器運行管理水平、采取技術(shù)改進和降低短路事故的措施，并提出相關(guān)建議。變壓器正常運行中由于受出口短路故障的影響，遭受損壞的情況及后果較為嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，近年來，一些地區(qū)110kV及以上電壓等級的變壓器遭受短路故障電流沖擊直接導(dǎo)致?lián)p壞的事故，約占全部事故的50%以上，與前幾年統(tǒng)計相比呈大幅度上升的趨勢。

這類故障的案例很多，特別是變壓器低壓出口短路形成的故障危害更大，一般要更換線圈，嚴(yán)重時可能要更換全部線圈，從而造成十分嚴(yán)重的后果和損失，因此，尤應(yīng)引起足夠的重視。

一、電力變壓器出口短路故障案例

近期，某變電站發(fā)生的一起SFSZ10-240000/220kV變壓器出口短路事故，由于該變壓器遭受出口短路電流強大沖擊力的影響，致使低壓線圈受到的強烈的機械振動力而形成匝間短路，造成變壓器損毀事故的發(fā)生。該變壓器剛出廠運行僅40余天，故障前運行方式為220kV雙母單分段接線，出線7條;110kV為雙母接線并列運行，出線6條;35kV為單母四分段，分列運行。該主變帶35kVⅣ母運行，出線分別為29341線、29345線，均為高耗能負(fù)荷，采用避峰運行方式，運行時正常負(fù)荷為30MW。

保護動作情況。故障開始發(fā)生在變壓器區(qū)外低壓側(cè)A、B相間，約15ms后轉(zhuǎn)為三相短路故障;I套保護啟動后約80ms，低壓側(cè)區(qū)外故障被切除;啟動后186ms，C相差流達到1.21A，差動保護動作。

短路故障產(chǎn)生低壓線圈軸向電動力，致使該臺變壓器低壓線圈上端壓緊結(jié)構(gòu)破壞。由于遭受機械沖擊力的影響，致使變壓器低壓線圈發(fā)生匝間短路而損毀。通過對故障錄波圖分析，此次低壓短路電流值低于技術(shù)協(xié)議要求。說明該臺變壓器低壓線圈未能承受住此次短路電流電動力的沖擊，變壓器制造設(shè)計的抗短路能力沒有滿足要求。

a、c相發(fā)生匝間短路而損壞。故障后實測未損壞的低壓b相線圈存在約20mm未壓實的間隙;實測低壓三相未損壞的3/4線圈高度，得到數(shù)據(jù)為：a相1226mm，b相1225 mm，c相1220 mm。由此判斷三相低壓線圈均存在未壓實的情況，軸向高度尺寸控制工藝存在缺陷。壓緊結(jié)構(gòu)、壓板強度需進一步改進和加強。

該變壓器短路強度設(shè)計2s內(nèi)低壓繞組的短路電流耐受值為48.54kA;而此次外部短路沖擊的短路電流為20kA，持續(xù)時間約80ms。變壓器實際承受的短路電流遠未達到該變壓器承諾的技術(shù)指標(biāo)。在故障電流遠未達到設(shè)計值的情況下發(fā)生損壞。 因此，確認(rèn)變壓器存在嚴(yán)重的設(shè)計、制造缺陷。對于變壓器的熱穩(wěn)定及動穩(wěn)定，在給定的條件下，仍以設(shè)計計算值為檢驗的依據(jù)，但計算值與實際值誤差如何，尚缺乏研究與分析，一般情況下是以設(shè)計值大于變壓器實際承受能力為準(zhǔn)。目前逐步開展的變壓器突發(fā)短路試驗，為檢驗設(shè)計、工藝水平提供重要的依據(jù)。

變壓器低壓側(cè)發(fā)生短路時，所承受的短路電流最大，而低壓線圈的結(jié)構(gòu)一般采用圓筒式或螺旋式多股導(dǎo)線并繞，為了提高線圈的動穩(wěn)定能力，線圈內(nèi)多采用絕緣紙筒支撐，但有些廠家僅考慮變壓器的散熱能力，對于其動穩(wěn)定，則只要計算值能夠滿足要求，便將支撐取消，于是當(dāng)變壓器遭受出口短路時，由于動穩(wěn)定能力不足，而使線圈變形甚至損壞。

低壓線圈短路電流的軸向電動力，產(chǎn)生線圈上彈的沖擊力，造成變壓器低壓線圈上端壓緊結(jié)構(gòu)破壞，線圈變形沖散，致使變壓器損毀。

二、電力變壓器線圈變形原因分析

通過變壓器返廠解體檢查分析， 發(fā)現(xiàn)：

1、檢查油箱內(nèi)時發(fā)現(xiàn)2根斷裂的絕緣螺桿，為低壓線圈下部出線夾持處的螺栓掉落。

2、C、A相壓板及副壓板開裂損壞嚴(yán)重;B相壓板開裂，副壓板發(fā)生彎曲變形。

3、C、A相壓板及副壓板開裂損壞嚴(yán)重，C相壓板內(nèi)徑側(cè)大面積開裂，層壓紙板層間裂開;B相壓板靠近低壓出線區(qū)約1/3圓周有層壓紙板的層間開裂，副壓板發(fā)生彎曲變形。

4、 c、a相低壓線圈上部11餅向上竄動，軸向損壞嚴(yán)重;b相低壓線圈沒有發(fā)生損壞，但是b相低壓線圈高度比高、中線圈低20mm。

5、 三相低壓線圈沒有發(fā)生幅向變形。

6、三相中壓、高壓、調(diào)壓線圈沒有損壞。

分析認(rèn)為，致使該變壓器發(fā)生短路事故的原因主要是高低壓線圈高度不一致、線圈機械強度不夠、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。由于該變壓器低壓線圈端部低于壓緊端圈，空隙位置產(chǎn)生短路后的彈性沖擊力致使壓緊端圈破損，變壓器線圈損毀

三、幾點體會與建議

1、加強對變壓器設(shè)備從選型、訂貨、監(jiān)造、驗收到投運的全過程管理，明確變壓器專 責(zé)人員及其職責(zé)。

2、220kV及以上電壓等級的變壓器應(yīng)強化質(zhì)量控制措施，明確監(jiān)造和驗收職責(zé)，按變壓器駐廠監(jiān)造見證規(guī)范要求進行監(jiān)造，監(jiān)造驗收工作結(jié)束后，要求監(jiān)造人員在規(guī)定時間內(nèi)提交監(jiān)造總結(jié)，并作為變壓器原始資料存檔。

3、制造廠生產(chǎn)變壓器使用的主要原材料和附件必須符合訂貨合同中技術(shù)協(xié)議的要求，的工廠檢驗報告和生產(chǎn)廠家出廠試驗報告;工廠試驗時應(yīng)將供貨的套管安裝在變壓器上進行試驗;所有附件在出廠時均應(yīng)按實際使用方式整體預(yù)裝。

4、安裝、試驗階段，投產(chǎn)時不遺留同類型問題，如，進一步改進和加強壓緊結(jié)構(gòu)、壓板強度等。同時，按有關(guān)規(guī)定向制造廠索取做過突發(fā)短路試驗變壓器的試驗報告和抗短路能力動態(tài)計算報告;在設(shè)計聯(lián)絡(luò)會前，應(yīng)取得所訂購變壓器的抗短路能力計算報告。

5、大型變壓器在運輸過程中必須按規(guī)范安裝具有時標(biāo)且有合適量程的三維沖擊記錄儀，到達安裝現(xiàn)場后，制造廠、運輸部門和用戶三方人員應(yīng)共同驗收，記錄數(shù)據(jù)和押運記錄應(yīng)留檔。

6、加強電力變壓器運行管理。嚴(yán)格執(zhí)行交接試驗規(guī)程，對110kV及以上電壓等級變壓器在出廠和投產(chǎn)前應(yīng)做低電壓短路阻抗測試或用頻響法測試線圈變形以留原始記錄。220kV及以上電壓等級和120MVA及以上容量的變壓器在新安裝時必須進行現(xiàn)場局部放電試驗。220kV及以上電壓等級變壓器在大修后，也必須進行現(xiàn)場局部放電試驗。同時，加強變壓器油色譜分析和變壓器在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，努力提高變壓器安全可靠運行的能力。

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