提高大型电力变压器抗短路能力措施

钱国超,邹德旭,徐晓伟,颜冰

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

提高大型电力变压器抗短路能力措施

钱国超,邹德旭,徐晓伟,颜冰

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

从变压器抗短路能力校核出发,阐述变压器设计、制造和运行维护等方面提高其抗短路能力的措施。

电力变压器；抗短路能力；短路电流

1 前言

电力变压器是电网运行中最为重要的设备之一,在电力系统中起到电能的传输、分配及转换作用,其安全可靠运行对提高供电可靠性,保障电力系统稳定运行具有重要的作用。近年来,在国家电网及南方电网发生了多起110 kV及以上电压等级的电力变压器损坏的事故,究其损坏原因,大部分是变压器本身抗短路能力不足导致。

因变压器的抗短路能力与变压器的结构设计、选材、制造工艺、装配、试验、运输和运行维护等因素有关,因此为了保障变压器的安全可靠运行,长期以来,变压器制造方和运行维护方等都从上述方面采取不同措施来提高变压器的抗短路能力。

2 抗短路能力不足损坏

电力变压器抗短路能力不足,在遭受短路时绕组出现损坏事故是在轴向短路力和辐向短路力共同作用的结果,并且由辐向短路力导致的绕组损坏事故较轴向短路力导致的多；其次轴、辐向短路力导致的变压器绕组损坏的部位大多处于铁心窗口处,这主要是此处的漏磁场较强,铁芯窗内轴向压紧装置较为薄弱导致。变压器绕组在遭受短路时损坏主要有以下几种模式：

2.1 轴向失稳

轴向失稳主要是由于短路绕组的辐向漏磁场和在线匝中流动的电流之间相互作用产生的轴向电动力作用在绕组的线饼上,若绕组的轴向预压紧力小于轴向动态短路力,就会导致变压器绕组轴向变形,是轴向动态短路力和辐向短路力共同作用绕组损坏的主要模式,表现为线饼上下弯曲变形、线饼倒塌、垫块松动移位、匝间短路等。

2.2 辐向失稳

辐向失稳主要是短路绕组的轴向漏磁场和在线匝流动的电流之间相互作用产生的辐向电动力作用在绕组的线饼上,导致变压器绕组线饼在绕组圆周的某一撑条间距内所有绕组线匝向外凸出或向外凹陷,此种损坏模式最容易引起匝绝缘破坏引起匝间短路。

2.3 绝缘击穿

此种情况主要是绕组导线变形导致绕组相间及绕组对铁芯和油箱等处的距离变小使其主绝缘强度降低,在变压器油绝缘性能下降及其他因素共同作用时可能导致绝缘击穿,其次是在引线间电磁力作用下引线振动引起短路。

3 提高变压器抗短路能力措施

3.1 设计及制造方面

1)安匝平衡,以保证所有绕组对应区域内的安匝和高度尽可能相等,避免由于漏磁通严重而产生过大的短路电磁力；

2)垫块要进行密化处理,线圈制作好后进行恒压干燥,以保证绕组的轴向尺寸稳定,严格控制每个线圈的辐向尺寸公差,干燥完成后及时包裹防潮；保证同一压板下各线圈调整至同一高度；总装重视线圈轴向压紧控制,除关注高压线圈的压紧情况外,还需重点关注低压线圈的压紧情况；

3)整体套装时绕组套装要紧实,绕组在下落过程中要能听到绕组绝缘撑条与纸筒之间的摩擦声,尤其是内侧绕组要撑紧,各撑条均不得悬空,否则要增加调节纸板或增加油隙撑条的厚度。

3.2 继电保护方面

继电保护方面就是装设可靠安全的继电保护及重合闸系统。由于变压器短路发生是不可避免的情况,因此在变压器发生故障时,因准确及时切除故障,防止变压器损坏事故进一步恶化,严查主变高低压测差流保护死区,同时加装快速保护装置等；对于自动重合闸系统,因看到其利弊,防止重合闸冲击导致变压器加剧变压器损坏的程度。

3.3 抗短路校核方面

目前各个变压器厂对于变压器抗短路能力的校核都不统一,随都依据GB1094.5-2005进行,但各自所采用的专业软件所涉及的系统阻抗、短路形式及反应抗短路能力特征量等都未有统一的标准,各厂校核严疏有别；

因此变压器的抗短路校核方面建议采用动态的校核方法,即把绕组遭受短路时各部受力是不断变化的,其力学性能指标如弹性模量是不断变化的,以更好的体现变压器的真实性能,并能有效的考虑短路冲击对变压器材料和线圈的累积效应。

3.4 抗短路试验方面

变压器的抗短路试验是对变压器抗短路能力校核最为直接和准确的方法之一,变压器制造方通过对变压器进行短路试验,分析短路试验前后的的各特征参数,完善变压器的产品结构以及提升抗短路能力。

为避免某些厂商为获取生产资质对进行短路试验的变压器进行精雕细作处理,而对其他变压器未认真执行严格的生产控制措施。建议生产运营方对购置的批次变压器采取随机抽检的方式进行短路试验,侧面促使变压器制造厂商加强各批次变压器的生产制造工艺的控制。

3.5 运行维护方面

运行维方面,一方面是应尽量减少短路故障,减少变压器所受冲击的次数；另一方面是及时获取变压器绕组的变形情况及严重程度,防患于未然。具体针对各有关电网运营单位重点从以下几方面开展：

1)变压器低压侧出线排及开关柜母线进行绝缘包裹；严格执行10～35kV金属铠装移开式断路器小车导电臂绝缘护套包裹要求；

2)检查变压器油位和有载分接开关油位是否正常,特别关注油位已看不到情况；

3)变压器各侧断路器应有防拒动措施及维护措施；

4)变压器低压侧10 kV、35kV PT励磁特性须达到1.9倍额定电压不饱和；

5)低压侧有电缆出线的,电缆须进行耐压试验并通过；

6)加强对客户侧设备的监督和检查,防止因客户侧设备问题引起主变损坏。

3.6 智能诊断技术

变压器遭受短路电流冲击的损坏一般不是一次冲击就导致其立即损坏,是多次冲击累积效应导致的结果,因此如何准确获取变压器短路冲击后绕组变形的情况及严重程度,采取相应的管控措施,防患于未然。目前针对变压器绕组变形最为有效的方式绕组变形频响法测试和低电压短路阻抗法测试,并且建议测试时两种方法都开展共同诊断绕组变形的情况,相互应证。

其次,变压器遭受短路冲击时,受轴向及辐向短路冲击力的影响,各绝缘部件可能存在一定的位移引起绕组存在不同的振动现象,因此利用目前的高新传感技术,获取变压器绕组机械稳定的特征频谱,研究基于振动频响法的变压器绕组稳定性检测方法,丰富变压器绕组变形测试手段,保证变压器的安全稳定运行。

4 结束语

1)变压器的设计制造方,应从变压器抗短路试验前后变压器各抗短路能力特征参数变化情况全方位优化变压器的设计结构,包括材料选取、线圈的绕制、干燥工艺的改进以及装配等方面进行严格管控以从本质上提高变压器的抗短路能力；

2)变压器的运维方应从运行维护的角度出发,采取多重管控措施,防止变压器发生短路,特别是近区短路的发生,以保证变压器及电网系统的安全稳定运行。

[1]谢毓城主编.电力变压器手册 [M].北京：机械工业出版社,2003.

[2]姜益民.变压器抗短路能力简析 [J].变压器,2002(4)：52-56.

[3]王晓莺,等.变压器故障与监测 [M].机械工业出版社,2004.

[4]刘传彝.电路变压器设计计算方法与实践 [M].沈阳：辽宁科学技术出版社,2002.

[5]希思科特,王晓莺.变压器实用技术大全 [M].机械工业出版社,2008,06.

图3 GIS幅值大小相位图

6 结束语

文中对超高频法检测GIS局部放电进行系统和深入的研究,采用超高频法检测GIS局部放电具有避开电晕放电干扰、检测灵敏度高、可定位局放源、可根据故障波形特征进行故障类型鉴别等优点,是GIS局部放电检测技术先进性的发展方向。随着科技的发展,特别是信号分析技术如指纹分析、神经网络、模糊诊断等越来越多地应用到GIS局放检测中,将有力推动GIS局放检测技术的发展。

参考文献：

[1]邱昌容,王乃庆.电工设备局部放电及其测试技术 [M].北京：机械工业出版社,1994.

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[3]周泽存.高电压技术 [M].北京：中国电力出版社,1987.

[4]肖燕,郁惟镛.GIS中局部放电带电监测研究的现状与展望[J].高电压技术,31(1)：47-49.

[5]邱毓昌.用超高频法对GIS绝缘进行带电监测 [J].高压电器,1997,(4)：36-40.

[6]汪沨,邱毓昌.气体绝缘开关装置 (GIS)的近期发展动向[J].电网技术,2003,27(2)：54-57.

收稿日期：2013-12-10

作者简介：

秦锟 (1982),男,工程师,云南电网公司保山供电局,从事生产管理工作 (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

钱国超 (1981),男,硕士,工程师,云南电网电力研究院,主要从事高电压试验、变压器在线监测及故障诊断方面的研究(e-mail)410375004@qq.com。