提高大型電力變壓器抗短路能力措施

錢國超,鄒德旭,徐曉偉,顏冰

(云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

提高大型電力變壓器抗短路能力措施

錢國超,鄒德旭,徐曉偉,顏冰

(云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

從變壓器抗短路能力校核出發,闡述變壓器設計、制造和運行維護等方面提高其抗短路能力的措施。

電力變壓器；抗短路能力；短路電流

1 前言

電力變壓器是電網運行中最為重要的設備之一,在電力系統中起到電能的傳輸、分配及轉換作用,其安全可靠運行對提高供電可靠性,保障電力系統穩定運行具有重要的作用。近年來,在國家電網及南方電網發生了多起110 kV及以上電壓等級的電力變壓器損壞的事故,究其損壞原因,大部分是變壓器本身抗短路能力不足導致。

因變壓器的抗短路能力與變壓器的結構設計、選材、制造工藝、裝配、試驗、運輸和運行維護等因素有關,因此為了保障變壓器的安全可靠運行,長期以來,變壓器制造方和運行維護方等都從上述方面采取不同措施來提高變壓器的抗短路能力。

2 抗短路能力不足損壞

電力變壓器抗短路能力不足,在遭受短路時繞組出現損壞事故是在軸向短路力和輻向短路力共同作用的結果,并且由輻向短路力導致的繞組損壞事故較軸向短路力導致的多；其次軸、輻向短路力導致的變壓器繞組損壞的部位大多處于鐵心窗口處,這主要是此處的漏磁場較強,鐵芯窗內軸向壓緊裝置較為薄弱導致。變壓器繞組在遭受短路時損壞主要有以下幾種模式：

2.1 軸向失穩

軸向失穩主要是由于短路繞組的輻向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產生的軸向電動力作用在繞組的線餅上,若繞組的軸向預壓緊力小于軸向動態短路力,就會導致變壓器繞組軸向變形,是軸向動態短路力和輻向短路力共同作用繞組損壞的主要模式,表現為線餅上下彎曲變形、線餅倒塌、墊塊松動移位、匝間短路等。

2.2 輻向失穩

輻向失穩主要是短路繞組的軸向漏磁場和在線匝流動的電流之間相互作用產生的輻向電動力作用在繞組的線餅上,導致變壓器繞組線餅在繞組圓周的某一撐條間距內所有繞組線匝向外凸出或向外凹陷,此種損壞模式最容易引起匝絕緣破壞引起匝間短路。

2.3 絕緣擊穿

此種情況主要是繞組導線變形導致繞組相間及繞組對鐵芯和油箱等處的距離變小使其主絕緣強度降低,在變壓器油絕緣性能下降及其他因素共同作用時可能導致絕緣擊穿,其次是在引線間電磁力作用下引線振動引起短路。

3 提高變壓器抗短路能力措施

3.1 設計及制造方面

1)安匝平衡,以保證所有繞組對應區域內的安匝和高度盡可能相等,避免由于漏磁通嚴重而產生過大的短路電磁力；

2)墊塊要進行密化處理,線圈制作好后進行恒壓干燥,以保證繞組的軸向尺寸穩定,嚴格控制每個線圈的輻向尺寸公差,干燥完成后及時包裹防潮；保證同一壓板下各線圈調整至同一高度；總裝重視線圈軸向壓緊控制,除關注高壓線圈的壓緊情況外,還需重點關注低壓線圈的壓緊情況；

3)整體套裝時繞組套裝要緊實,繞組在下落過程中要能聽到繞組絕緣撐條與紙筒之間的摩擦聲,尤其是內側繞組要撐緊,各撐條均不得懸空,否則要增加調節紙板或增加油隙撐條的厚度。

3.2 繼電保護方面

繼電保護方面就是裝設可靠安全的繼電保護及重合閘系統。由于變壓器短路發生是不可避免的情況,因此在變壓器發生故障時,因準確及時切除故障,防止變壓器損壞事故進一步惡化,嚴查主變高低壓測差流保護死區,同時加裝快速保護裝置等；對于自動重合閘系統,因看到其利弊,防止重合閘沖擊導致變壓器加劇變壓器損壞的程度。

3.3 抗短路校核方面

目前各個變壓器廠對于變壓器抗短路能力的校核都不統一,隨都依據GB1094.5-2005進行,但各自所采用的專業軟件所涉及的系統阻抗、短路形式及反應抗短路能力特征量等都未有統一的標準,各廠校核嚴疏有別；

因此變壓器的抗短路校核方面建議采用動態的校核方法,即把繞組遭受短路時各部受力是不斷變化的,其力學性能指標如彈性模量是不斷變化的,以更好的體現變壓器的真實性能,并能有效的考慮短路沖擊對變壓器材料和線圈的累積效應。

3.4 抗短路試驗方面

變壓器的抗短路試驗是對變壓器抗短路能力校核最為直接和準確的方法之一,變壓器制造方通過對變壓器進行短路試驗,分析短路試驗前后的的各特征參數,完善變壓器的產品結構以及提升抗短路能力。

為避免某些廠商為獲取生產資質對進行短路試驗的變壓器進行精雕細作處理,而對其他變壓器未認真執行嚴格的生產控制措施。建議生產運營方對購置的批次變壓器采取隨機抽檢的方式進行短路試驗,側面促使變壓器制造廠商加強各批次變壓器的生產制造工藝的控制。

3.5 運行維護方面

運行維方面,一方面是應盡量減少短路故障,減少變壓器所受沖擊的次數；另一方面是及時獲取變壓器繞組的變形情況及嚴重程度,防患于未然。具體針對各有關電網運營單位重點從以下幾方面開展：

1)變壓器低壓側出線排及開關柜母線進行絕緣包裹；嚴格執行10～35kV金屬鎧裝移開式斷路器小車導電臂絕緣護套包裹要求；

2)檢查變壓器油位和有載分接開關油位是否正常,特別關注油位已看不到情況；

3)變壓器各側斷路器應有防拒動措施及維護措施；

4)變壓器低壓側10 kV、35kV PT勵磁特性須達到1.9倍額定電壓不飽和；

5)低壓側有電纜出線的,電纜須進行耐壓試驗并通過；

6)加強對客戶側設備的監督和檢查,防止因客戶側設備問題引起主變損壞。

3.6 智能診斷技術

變壓器遭受短路電流沖擊的損壞一般不是一次沖擊就導致其立即損壞,是多次沖擊累積效應導致的結果,因此如何準確獲取變壓器短路沖擊后繞組變形的情況及嚴重程度,采取相應的管控措施,防患于未然。目前針對變壓器繞組變形最為有效的方式繞組變形頻響法測試和低電壓短路阻抗法測試,并且建議測試時兩種方法都開展共同診斷繞組變形的情況,相互應證。

其次,變壓器遭受短路沖擊時,受軸向及輻向短路沖擊力的影響,各絕緣部件可能存在一定的位移引起繞組存在不同的振動現象,因此利用目前的高新傳感技術,獲取變壓器繞組機械穩定的特征頻譜,研究基于振動頻響法的變壓器繞組穩定性檢測方法,豐富變壓器繞組變形測試手段,保證變壓器的安全穩定運行。

4 結束語

1)變壓器的設計制造方,應從變壓器抗短路試驗前后變壓器各抗短路能力特征參數變化情況全方位優化變壓器的設計結構,包括材料選取、線圈的繞制、干燥工藝的改進以及裝配等方面進行嚴格管控以從本質上提高變壓器的抗短路能力；

2)變壓器的運維方應從運行維護的角度出發,采取多重管控措施,防止變壓器發生短路,特別是近區短路的發生,以保證變壓器及電網系統的安全穩定運行。

[1]謝毓城主編.電力變壓器手冊 [M].北京：機械工業出版社,2003.

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[5]希思科特,王曉鶯.變壓器實用技術大全 [M].機械工業出版社,2008,06.

圖3 GIS幅值大小相位圖

6 結束語

文中對超高頻法檢測GIS局部放電進行系統和深入的研究,采用超高頻法檢測GIS局部放電具有避開電暈放電干擾、檢測靈敏度高、可定位局放源、可根據故障波形特征進行故障類型鑒別等優點,是GIS局部放電檢測技術先進性的發展方向。隨著科技的發展,特別是信號分析技術如指紋分析、神經網絡、模糊診斷等越來越多地應用到GIS局放檢測中,將有力推動GIS局放檢測技術的發展。

參考文獻：

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收稿日期：2013-12-10

作者簡介：

秦錕 (1982),男,工程師,云南電網公司保山供電局,從事生產管理工作 (e-mail)qinkun82@126.com。

Research on Improving Short-current Withstand Ability for Large Power Transformer

QIAN Guochao,ZOU Dexu,XU Xiaowei,YAN Bin
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This paper discussed the calibration method for short-current withstand ability of transformer.And the improving of the short-circuit withstand ability with the designing,manufacture,operation and maintenance of transformer.

power transformer；short-current withstand ability；short-circuit current

TM85

B

1006-7345(2014)02-0078-03

2013-09-30

錢國超 (1981),男,碩士,工程師,云南電網電力研究院,主要從事高電壓試驗、變壓器在線監測及故障診斷方面的研究(e-mail)410375004@qq.com。