電力變壓器短路風險評估及防治措施

1、電力變壓器短路風險評估及防治措施摘要：影響變壓器安全運行的主要因素之一是短路沖擊，變電站出口或近距離短 路對變壓器危害極為嚴重。通過電力變壓器運行情況和事故的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)因外 部短路故障引起的設備損壞事故逐年增多。扼制此類事故的上升勢頭，已成為提高 電力變壓器安全運行水平的關鍵。關鍵詞：變壓器；短路電流；短路風險；檢修策略引言本文中作者分析了變壓器國標短路電流和實際短路電流的計算方法，提出了 在運變壓器短路風險評估方法及針對性的檢修策略，探討了降低變壓器運行短路 風險的運維措施，給出了應用實例。1概述近年來，電網(wǎng)系統(tǒng)在網(wǎng)運行的變壓器因外部短路故障導致的惡性事故屢有發(fā) 生，原因之一是變壓器制造

2、廠早些年因技術、材料及工藝等因素的限制，造成變 壓器自身的抗短路能力不足，無法承受短路機械力的作用，導致繞組變形、崩潰 甚至燒毀。變壓器承受短路能力不足已成為危及電網(wǎng)安全運行最主要的因素之一。 目前電網(wǎng)在運的老舊變壓器較多，若采用現(xiàn)行的GB1094.5-2008電力變壓器第5 部分：承受短路的能力標準，很多變壓器抗短路能力難以滿足國標要求，不利 于抗短路能力不足變壓器改造更換工作的有序推進。2變壓器短路故障的表現(xiàn)形式和危害2.1變壓器繞組短路故障的主要形式變壓器繞組的短路電磁力作用下的損壞模式主要有以下幾種形式:1 ）繞組變形 導致匝絕緣破裂引起匝間短路，這種故障形式是直徑較小的小型配電變壓器

3、受幅向 拉伸電磁力作用在短路事故中損壞的主要形式。2）繞組變形導致主絕緣強度降低， 從而造成主絕緣的擊穿事故，這是受幅向拉伸短路力作用的中型以上電力變壓器繞 組的主要損壞模式。因此，在進行變壓器繞組短路強度設計時，必須考慮繞組在短 路電磁力作用下殘余變形的積累效應。3）繞組的幅向失穩(wěn)，由于緊靠鐵心放置的變 壓器內繞組或多繞組變壓器的中間繞組,在短路狀況下，可能受到幅向短路電磁力 所引起的周向壓縮作用。中型以上變壓器內繞組的幅向失穩(wěn)是變壓器在幅向短路 電磁力作用下?lián)p壞的主要表現(xiàn)形式。4）繞組的軸向失穩(wěn)，受短路軸向電動力和短路 幅向電動力共同作用的繞組損壞的主要形式。5）三相變壓器繞組的整體位移與

4、傾 斜，發(fā)生在三相對稱短路故障的情況下。2.2變壓器繞組短路故障的危害短路故障的危害是按照設備損壞程度統(tǒng)計的結果。輕度損壞是指設備的繞組 有變形，引線被燒斷，但絕緣未損壞;中度損壞是指繞組明顯變形，繞組或引線被燒斷, 絕緣受到一定程度損壞;重度損壞是指繞組嚴重變形、壓板被沖斷、繞組燒斷、絕 緣被擊穿或燒壞,嚴重的則爆炸起火,變壓器被燒毀。變壓器內部故障導致油流加 速,可能導致重瓦斯動作，斷路器跳閘，變壓器退出電網(wǎng)運行。3變壓器短路風險評估及檢修策略對比制造廠提供的變壓器各繞組可承受的最大短路電流與計算的國標短路電 流和實地短路電流大小，即可判斷變壓器的抗短路能力是否滿足國標和實地短路 電流要求

5、，從而得到變壓器的實地運行風險。根據(jù)變壓器繞組承受短路的能力， 可以得出的結論是：變壓器不能承受實地最大短路電流，這時變壓器的短路風險 較大，在發(fā)生出口短路時可能會發(fā)生繞組變形、崩潰甚至燒毀。這時應考慮將變 壓器換到短路電流水平較小的變電站（即兩臺變壓器易地運行）或進行繞組的技 術改造。一般來說，優(yōu)先考慮變壓器易地運行，易地運行的原則為：易地運行后 的兩臺變壓器均滿足當?shù)匚磥?年的負荷水平；兩臺變壓器的電壓比相同；若兩 個變電站存在并聯(lián)運行的情況，易地后并聯(lián)運行的兩臺變壓器應容量相同、短路 阻抗相差不超過10%；易地后兩臺變壓器均能滿足未來5年變電站的實地短路電 流水平。4降低變壓器運行短路風

6、險措施4.1減小短路電流幅值（1）主變低壓母線絕緣化和站用變進線絕緣化處理。國家電網(wǎng)公司十八 項電網(wǎng)重大反事故措施要求“變壓器35kV及以下低壓母線應考慮絕緣化；10kV 的線路、變電站出口 2km內宜考慮采用絕緣導線”。對于不滿足實地短路電流要 求的變壓器，建議10kV的線路、變電站出口 2km內必須采用絕緣導線。對于 110kV和220kV電壓等級變壓器，很多變壓器安裝時反措未發(fā)布，安裝時只對相 色進行了標明，未安裝絕緣護套，應對這部分變壓器進行低壓母線橋絕緣化處理。（2）加強主變和限流電抗器之間絕緣母線的運行維護。對于常規(guī)阻抗的220kV 主變，一般低壓側會加裝限流電抗器，當短路發(fā)生在限

7、流電抗器之后可以極大程 度減小主變低壓側出口短路時的短路電流，為防止短路發(fā)生在限流電抗器之前， 應加強限流電抗器與變壓器之間絕緣母線監(jiān)測和維護，發(fā)現(xiàn)絕緣護套破損、老化 和絕緣下降等現(xiàn)象應及時更換。4.2減小短路幾率（1）取消線路重合閘。對于不滿足實地短路電流要求的主變壓器出線，全 電纜線路和含電纜的混合線路不可采用重合閘，防止變壓器連續(xù)遭受短路沖擊。（2）取消線路并聯(lián)間隙。線路并聯(lián)間隙的應用，是為了推進防雷工作由堵塞型 向疏堵結合型的策略轉變，保護絕緣子不受雷擊損壞，降低輸電線路雷擊故障 停運率。理論研究與運行經驗表明，安裝并聯(lián)間隙會有效提高重合閘成功率，亦 會降低輸電線路的耐雷水平，提高雷擊

8、跳閘率。（3）低壓開關柜整治。防止 斷路器開斷、關合失敗故障用于無功補償回路的開關柜，易在投切過程中發(fā)生斷 口重燃，引起過電壓造成斷路器真空泡爆炸，進而引發(fā)主變低壓側短路。電容器 投切所配斷路器必須通過投切無功補償設備能力的型式試驗，其中投切電容器的 斷路器必須為適合頻繁操作且開斷時重燃率極低的產品，即選用M2級和C2級斷 路器，并在出廠前進行高壓大電流老煉處理。對于電容器組電流大于400A的電 容器回路，宜配置SF6斷路器；投切35kV電容器組的開關應采用SF6斷路器。防止凝露導致絕緣故障開展配電室綜合環(huán)境整治。在配電室內應配置通風及除 濕防潮設備，改善開關柜運行環(huán)境，防止凝露導致絕緣事故發(fā)

9、生。高壓開關室應 安裝空調，確保濕度控制在75%以下。開關柜內小功率常投加熱器應一直處于運 行狀態(tài)，除濕機定期排水，空調出風口不得朝向柜體，防止開關柜凝露。防止 空氣絕緣凈距不足導致絕緣故障。近年來，高壓開關柜廠家推出了小型化、緊湊 型高壓開關柜，在開關柜抽檢與驗收中，重點對柜內空氣凈距的設計尺寸和實際 尺寸進行復核檢查，特別是24kV和40.5kV開關柜；對日常運維檢修中發(fā)現(xiàn)絕緣 隔板表面異常的，應及時進行處理或更換。防止局部放電發(fā)展為絕緣故障超聲 波局部放電檢測和暫態(tài)地電壓檢測能夠有效發(fā)現(xiàn)開關柜內存在的因導體尖角和屏 蔽不良等產生的局部放電現(xiàn)象，通過對檢測數(shù)值的橫向、縱向比較分析，可以對 開關柜內部絕緣情況進行評估，及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。梅雨季節(jié)應加強開關柜TEV 和超聲波局放帶電檢測。對運行中檢測到的局放信號異常應及時上報，組織進行 局放復測、核實和定位。對于柜內絕緣部件老化、劣化較為嚴重的情況，應對柜 內觸頭盒、穿柜套管及支柱絕緣子等絕緣件進行更換改造。結語本文提出變壓器處于較高短路風險等級時的檢修策略和檢修前降低運行短路 風險的運維措施，對于提升在網(wǎng)運行變壓器的抗短路能