電力系統中如何提高變壓器抗短路的能力

魏秉宏

【摘要】電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐，是電力網的核心元件，其可靠運行不僅關系到廣大用戶的電能質量，也關系到整個系統的安全程度。電力變壓器的可靠性由其健康狀況決定，不僅取決于設計制造、結構材料，也與檢修維護密切相關。

【關鍵詞】電力變壓器 抗短路的能力

一、電力變壓器概述

電子電力變壓器主要是采用電力電子技術實現的，其實現過程其基本原理為在原方將工頻信號通過電力電子電路轉化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號，即降頻。通過采用適當的控制方案來控制電力電子裝置的工作，從而將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能。由于中間隔離變壓器的體積取決于鐵芯材質的飽和磁通密度以及鐵芯和繞組的最大允許溫升，而飽和磁通密度與工作頻率成反比，這樣提高其工作頻率就可提高鐵芯的利用率，從而減小變壓器的體積并提高其整體效率。

二、提高電力變壓器抗短路能力的措施

（一）規范設計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝

制造廠家在設計時，除要考慮變壓器降低損耗，提高絕緣水平外，還要考慮到提高變壓器的機械強度和抗短路故障能力。在制造工藝方面，由于很多變壓器都采用了絕緣壓板，且高低壓線圈共用一個壓板，這種結構要求要有很高的制造工藝水平，應對墊塊進行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進行恒壓干燥，并測量出線圈壓縮后的高度同一壓板的各個線圈經過上述工藝處理后，再調整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規定的壓力，最終達到設計和工藝要求的高度。在總裝配中，除了要注意高壓線圈的壓緊情況外，還要特別注意低壓線圈壓緊情況的控制。由于徑向力的作用，往往使內線圈向鐵心方向擠壓，故應加強內線圈與鐵心柱間的支撐，可通過增加撐條數目并采取厚一些的紙筒作線圈骨架等措施來提高線圈的徑向動穩定性能。

（二）對變壓器進行短路試驗，以防患于未然

大型變壓器的運行可靠性，首先取決于其結構和制造工藝水平，其次是在運行過程中對設備進行各種試驗，及時掌握設備的工況。要了解變壓器的機械穩定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環節加以改進，以確保對變壓器結構強度設計時做到心中有數。

（三）使用可靠的繼電保護與自動重合閘系統

系統中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故，特別是10KV線路因誤操作、小動物進入、外力以及用戶責任等原因導致短路事故的可能性極大。因此對于已投入運行的變壓器，首先應配備可靠的供保護系統使用的直流電源，并保證保護動作的正確性。結合目前運行中變壓器杭外部短路強度較差的情況，對于系統短路跳閘后的自動重合或強行投運，應看到其不利的因素，否則有時會加劇變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復的可能。目前己有些運行部門根據短路故障是否能瞬時自動消除的概率，對近區架空線（如2km以內）或電纜線路取消使用重合問，或者適當延長合間間隔時間以減少因重合閘不成而帶來的危害，并且應盡量對短路跳閘的變壓器進行試驗檢查。在運行中應對遭受短路電流沖擊的變壓器進行記錄，并計算短路電流的倍數。

（四）積極開展變壓器繞組的變形測試診斷

通常變壓器在遭受短路故障電流沖擊后，繞組將發生局部變形，即使沒有立即損壞，也有可能留下嚴重的故障隱患。首先，絕緣距離將發生改變，固體絕緣受到損傷，導致局部放電發生。當遇到雷電過電壓作用時便有可能發生匝間、餅間擊穿，導致突發性絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用也可能引發絕緣擊穿事故。其次，繞組機械性能下降，當再次遭受短路事故時，將承受不住巨大的電動力作用而發生損壞事故。

因此，積極開展變壓器繞組變形的診斷工作，及時發現有問題的變壓器，并有計劃地進行吊罩驗證和檢修，不但可節省大量的人力、物力，對防止變壓器事故的發生也有極其重要的作用。

響應法頻率響應分析法任（FRA法）是一種先進的繞組變形診斷方法，能夠檢測到微弱的繞組變形，并且具有較強的抗干擾能力，適合現場使用的要求。測試原理在繞組的一端口加入不同頻率的電壓信號Us，通過數字化記錄設備同時檢測繞組兩端的對地電壓信號U1（n）和U0（n），并按公式（2-1）進行計算傳遞函數H （n）。

傳遞函數H（jw）（即頻率響應特性）的零、極點分布情況與二端口網絡內的元件及連接方式等密切相關。大量試驗研究結果表明，變壓器繞組通常在10KZ～1MHZ的頻率范圍內具有較多的諧振點。當頻率低于10KHZ時，繞組的電感起主要作用，諧振點通常較少，對分布電容的變化較不敏感當頻率超過1MHZ時，繞組的電感又被分布電容所旁路，諧振點也會相應減少，對電感的變化較不敏感，而且隨著頻率的提高，測試回路（引線）的雜散電容也會對測試結果造成明顯影響。因此，選用10KZ～1MHZ的掃頻測量范圍和1000個左右的線性分布掃描頻點通常會獲得較好的測試效果。此時，繞組內部的分布電感和電容均可發揮作用，其頻率響應特性具有較多的諧振點，能夠靈敏地反映出繞組電感、電容的變化情況。

由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴，且對人員的素質要求高，在生產運行中不易普遍開展。因此，在實際工作中，依據變壓器繞組電容變化量來判斷繞組是否變形的方法，可以作為頻率響應法的有益補充。尤其在頻率響應法不具備條件的情況下，可以通過橫向、縱向對比積累的實測電容量，及時掌握變壓器繞組的工作狀態，以便降低事故發生的概率，確保電網安全穩定的運行。

（五）加強現場施工和運行維護中的檢查，使用可靠的短路保護系統

現場進行變壓器的安裝時，必須嚴格按照廠家說明和規范要求進行施工，嚴把質量關，對發現的隱患必須采取相應措施加以消除。運行維護人員應加強變壓器的檢查和維護保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應措施，降低出口和近區短路故障的幾率。為盡量避免系統的短路故障，對于已投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統使用的直流系統，以保證保護動作的正確性；其次，應盡量對因短路跳閘的變壓器進行試驗檢查，可用頻率響應法測試技術測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據測試結果有目的地進行吊罩檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發生。

變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結構設計和制造工藝，且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方而有很大的關系，變壓器短路事故對電網系統的運行危害極大，為避免事故的發生，應從多方而采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網系統的安全穩定運行。