淺談變壓器的不正常運行

郭岐

摘 要：針對變壓器的不正常運行問題，分析了引起其不正常運行的原因，總結了減小其危害的措施。

關鍵詞：變壓器的不對稱運行;變壓器的暫態運行

1 緒論

在電力系統中，變壓器是不可或缺的一次設備，它在電力系統的正常運行中起著及其重要的作用。

2 變壓器的不對稱運行

（1）變壓器的不正常運行不僅僅會發生在暫態過程中，在穩態過程中發生也是一種常常見到的現象。由于在電力系統在實際運行之中是一個及其龐大的系統，其影響因素也多種多樣，所以我們會得到很多有關變壓器在實際運行時，三相負載不對稱的實例。例如有的時候需要用電焊機或單相電爐等單相負載;或者使用的照明負載在三相上不平衡;當三相變壓器的的一相發生故障時，可能要斷開故障的那一相，使另外兩相繼續供電;有的時候還會適當地采用大地來代替一相導線的供電方式。以上討論的這幾種例子可以使我們意識到變壓器不正常運行的常見性。

（2）由變壓器不對稱運行導致的危害：變壓器損耗增加。通過一些學習我們知道變壓器的損耗由空載損耗和負載損耗組成。在變壓器正常運行的情況下，它的運行電壓基本上是沒有變化的，這使空載損耗成為了一個恒定的量。當變壓器的運行負荷變化時，負載損耗也隨之發生變化，由公式可知負載電流的平方與與負載損耗成正比。在變壓器不對稱運行的情況下，變壓器的負載損耗相當于三個變壓器負載損耗的累加結果。所以，由三相負載不對稱引起的變壓器不對稱運行會導致變壓器的損耗大大增加。由于這種損耗是長期的，會造成很大的浪費，違背了我們節能的理念。

變壓器局部金屬件溫度升高。通過對稱分量法分析出變壓器在三相負載不對稱的情況下運行時，正，負序電流將會在變壓器的原邊，副邊內分別形成正常的三相電流系統，存在著磁勢平衡的關系，但是副邊的零序電流得不到原邊相應的電流來平衡。即變壓器在三相負載不對稱的情況下運行時，一定會產生零序電流，因為在變壓器中是沒有零序電流的通路的，所以它將會在各相的鐵心中激勵出零序磁通。這些零序磁通會在變壓器的郵箱壁或者在一些金屬構件中構成回路。然后會引起渦流損耗和磁滯，從而導致部件發熱。便要求其局部金屬件溫度升高嚴重時候甚至會導致變壓器運行事故，因此其危害不可小覷。

（3）減小變壓器不對稱運行的危害的措施：由有功損耗與電壓的平方成正比可以想到通過合理調整運行電壓，從而達到減小變壓器損耗的效果。

可以使用一些新型的，損耗相對來講比較小的變壓器。致力于研究可以降低損耗的新技術，新材料。

由于線路的能量損耗同電阻成正比，而電阻又與導線的截面積成反比。所以合理地選擇導線截面，增大導線的截面可以減少一些能量損耗。

提高電力網的檢修質量，加強對線路的維護，防止漏電。盡量減小外部因素引起的能量的損耗。

3 變壓器的暫態運行

接下來將對變壓器的暫態運行進行討論，暫態運行是變壓器常見的另一種不正常運行，即變壓器受到大的干擾后，從一種穩定狀態過渡到另一種新的穩定狀態或者恢復原來的狀態。引起變壓器暫態運行的原因往往是變壓器運行情況的突變，例如變壓器的負載突然發生變化;變壓器空載合閘或者副邊突然發生短路;輸電線上可能會遭受直接雷擊;或者輸電線與帶電的云層發生靜電感應和放電造成大氣過電壓;變壓器或線路的開關進行合閘或者拉閘時，由系統中發生電磁能量轉換而引起的操作過電壓。暫態運行的持續時間是非常短的，但是它往往會對變壓器或電力系統造成很大的影響，如果產生嚴重的過電流或過電壓甚至會損壞變壓器。所以對變壓器的暫態運行進行分析和研究是十分有必要的。

（1）由變壓器暫態運行導致的危害：變壓器在空載接入電網的合閘過程中，主要表現為主磁通的暫態變化。由于變壓器鐵心的飽和現象和鐵心中原有剩磁的存在，暫態過程中鐵心主磁通的最大值還會更大，可能會產生很大的沖擊電流，所產生的這個電流值將會遠遠超過空載電流值的正常水平。空載合閘電流的沖擊實際上對變壓器本身并沒有直接產生危害，但是在它衰減較為緩慢時，變壓器的繼電保護裝置會起作用而合不上開關。因此在變壓器空載合閘的過程中，如果沒有及時地采取有效措施，很可能會引起開關合閘失敗，導致變壓器無法正常接入電網。

一臺正常運行的變壓器，在外界發生的故障導致副繞組突然短路時，在變壓器的原，副繞組中將會產生很大的短路電流，短路電流往往會產生機械力和發熱現象，這會對變壓器的可靠運行造成危害。如果變壓器設計不當，往往會因此而遭到破壞。

在變壓器的運行過程中，繞組中的電流與漏磁場相互作用，將會在繞組的各導線上產生機械力。在變壓器突然短路的情況下，繞組受到的機械力會增大，這樣大的力可能會使變壓器的一些構件遭到損壞。例如徑向力可能會使繞組拉斷，軸向力可能會使線圈產生軸向變形。

變壓器的暫態運行可能會導致過電壓現象。過電壓可能會破壞變壓器絕緣，造成繞組接地故障或是匝間短路故障。

（2）減小變壓器暫態運行的危害的措施：在變壓器上串聯一個小電阻可以加速沖擊電流的衰減過程，然后進行變壓器的合閘，合閘完成后再把該電阻去掉。

（3）限制短路電流的措施：選擇適當的主接線形式和運行方式。可以采用計算阻抗比較大的接線，采用減少并聯設備和并聯支路的運行方式。

加裝限流電抗器。這是在發電廠和變電所20kV及以下的某些回路中廣泛采用的限制短路電流的方法。

采用低壓分裂繞組變壓器。在這種變壓器中，正常電流所遇到的電抗小，短路電流所遇到的電抗大，有著顯著的限流作用。

為了防止變壓器突然短路時，產生的強大的機械力導致變壓器繞組變形或損壞，在設計和制造變壓器繞組時要合理使用絕緣結構，還要有足夠的機械強度，盡量使其可以承受暫態短路產生的電磁力。

為了保證變壓器安全可靠的運行，要采取過電壓保護措施。主要措施為避雷器保護，加強絕緣，增大匝間電容，采用中點接地系統。同時也要保證變壓器在過電壓的作用下不被損壞，因此在變壓器出廠前除了必須在工頻電壓下進行過電壓實驗之外，還要按一定標準經過沖擊電流過電壓波的耐壓實驗檢驗后方能認為該產品是合格的。

參考文獻：

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[2]方萬良.電力系統暫態分析.中國電力出版社.

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