高压厂用变压器突发短路损坏典型案例分析

杜宁宁，于爱民

(1.华电国际电力股份有限公司技术服务中心，济南　250014； 2.华电青岛发电有限公司，山东 青岛　265200)



高压厂用变压器突发短路损坏典型案例分析

杜宁宁1，于爱民2

(1.华电国际电力股份有限公司技术服务中心，济南250014； 2.华电青岛发电有限公司，山东 青岛265200)

摘要：某电厂高压厂用变压器故障导致机组跳闸，通过分析故障录波曲线，确定故障原因为高压厂用变压器抗短路能力不足而造成损坏，并从设计、制造、运行管理等方面提出防范措施，避免类似事故的发生。

关键词：高压厂用变压器；突发短路故障；抗短路能力；录波

0引言

高压厂用变压器是发电企业重要设备之一，其正常运行是发电企业安全、可靠、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。近年来，发生近区及出口短路故障时，由于变压器抗短路能力低造成的损坏事故居高不下[1-2]，变压器损坏严重，难以在短时间内恢复送电，给发电企业安全生产造成很大隐患。

1事故经过

某电厂#2高压脱硫变压器为三相双绕组无励磁调压油浸式，型号为SF9-8000/20，20±2×2.5%/6.3 kV，连接组别号为DYN1，低压侧中性点经小电阻接地，2008年生产投运。高压脱硫变压器高压侧通过共箱封闭母线取自主变压器低压侧。2015年，#2机组跳闸，发电机变压器组(以下简称发变组)主开关跳闸，发变组保护装置“主变压器差动、发变组差动、高压脱硫变压器压力释放”报警发出，低压脱硫变压器高压侧“过流速断保护”动作。#2高压脱硫变压器爆炸起火被烧毁，由高压脱硫变压器供电的低压脱硫变压器高压侧开关柜出线仓A，B，C三相电缆接线端子有放电痕迹，后仓门爆开，变形严重。

2故障分析

故障发生后，检查试验#2发电机、#2主变压器、#2高压厂用变压器、#2高压脱硫变压器低压侧6 kV母线、电源进线开关、电缆、#2低压脱硫变压器本体、高压侧开关出线仓A，B，C三相电缆一次设备均无异常。高压脱硫变压器高压侧出线套管损坏，本体损坏严重，封闭母线及共箱母线局部损坏。低压脱硫变压器高压侧开关柜出线仓A，B，C三相电缆接线端子有放电痕迹，后仓门爆开，变形严重。

分析故障录波曲线(如图1所示)，首出故障为低压脱硫变压器开关出线侧A，B，C三相短路，过流速断保护动作切除故障，故障切除时间为130 ms。在保护启动切除故障118 ms时，#2高压脱硫变压器高压侧发生三相短路，发变组差动、主变压器差动保护动作。#2高压脱硫变压器低压侧在6 kV脱硫岛内低压脱硫变压器开关下部三相弧光短路时最大二次故障电流为30 A，电流互感器(CT)变比为1 500/5，一次电流为9 000 A。高压脱硫变压器高压侧二次故障电流为4 0A，变比为400/5，一次电流为3 200 A。

脱硫岛高压脱硫变压器的设计文件中，脱硫变压器低压侧母线三相短路电流为16.492 kA，高压脱硫变压器短路电压百分比设计值为6.5%。高压脱硫变压器招标技术规范书规定：“变压器能承受二次侧出口三相金属性短路冲击，不少于3次，变压器不损伤，绕组无不允许的变形及位移，且可继续运行(高压侧系统阻抗为零、电源为无穷大，电源电压为1.05倍变压器额定电压，变压器阻抗为最大负误差)”。

变压器阻抗计算公式为

(1)

式中：UK%为变压器短路电压百分比；UN为变压器额定电压；SN为变压器额定容量。

高压侧电流I1计算公式为

(2)

图1　故障录波曲线

式中：ZT为考虑负误差计算所得变压器阻抗；ZS为系统阻抗，ZS=0。低压侧电流为13 159 A。

此次故障电流未超过变压器应承受的短路故障电流，变压器承受低压侧出口三相短路冲击后，绕组的变形及位移应在允许范围内，无损伤,可以继续运行。此次故障是高压厂用变压器低压侧出口三相短路，变压器因抗短路能力不足造成严重毁坏的典型案例。

3防范措施

变压器能否承受各种短路电流与变压器的设计、制造、运行管理等方面有很大的关系。电力企业在购买变压器时，应从制定招标技术规范书开始对变压器加强全过程技术监督。

(1)变压器的抗短路设计强度决定了抗短路能力，主要决定因素是导线材质、设计结构和制造工艺。一些变压器的抗短路能力不足是先天的，往往在一两次近区短路冲击中便遭到致命损坏。在技术协议书中应明确要求提供同型号变压器的抗短路能力型式试验报告，并对变压器线圈材质、制造工艺等提出具体要求，例如变压器低压侧线圈必须使用半硬铜自黏性换位导线，其抗短路能力远远优于普通的纸包单线或组合导线，所有绕组内部都采用进口高密度纸板制作的硬纸板筒做支撑，纸板厚度至少为4 mm[3]。加强制造过程的工艺管控，尤其在变压器器身压紧、线圈绕紧、套装撑紧、引线夹持、线圈出头绑扎、变压器出厂试验及变压器绕组频响试验等重要环节，应驻厂监造。

(2)继电保护的灵敏性和可靠性是预防变压器突发短路损坏的第2道防线。GB 1094.5—2008《电力变压器 第5部分：承受短路的能力》规定[4]：“承受短路能力的验证试验应在被试相的电流达到最大非对称值时进行。每相试验次数为3次，每次试验的持续时间为0.25 s。”这是基于短路试验设备的能力，说明绕组承受短路能力是有限的。变压器发生出口短路时，继电保护应正确动作，在少于0.25 s内切断电源，以此避免变压器绕组变形甚至损坏。

(3)在日常运行管理中，应加强变压器低压侧设备的运行管理，减少外部短路对变压器的冲击。例如选用可靠性高的高压开关柜，柜内整体结构设计、绝缘材料性能应符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》；加强对低压母线及其所有连接设备的维护管理；加强开关柜配电室环境的通风、防潮治理，防止凝露导致绝缘事故；定期开展超声波局部放电检测、暂态地电压检测，及早发现开关柜内绝缘缺陷，防止演变成短路故障[5]。

(4)应避免电力变压器在经历出口短路后未经任何试验和检查就试投。在运行中遭受短路电流冲击跳闸的电力变压器应进行相关试验检查和绕组变形测试。绕组变形测试对电力变压器受到短路冲击后能否继续运行提供了重要判断手段。经测试发现有问题的电力变压器应通过吊罩检查和其他试验进行综合判断，注意跟踪检查和修理，防止变形积累演变成绝缘事故。

4结束语

通过分析一起高压厂用变压器突发短路故障损坏的典型案例可知，发电企业应高度重视高压厂用变压器的抗短路能力，应从设备订货、设备监造、运行管理、保护设置、事故处理等进行全过程技术监督，保证高压厂用变压器的抗短路能力满足实际需要，减少因高压厂用变压器近区短路故障造成的设备损坏事故。

参考文献：

[1]胡晓萌，邓江桂.110 kV变压器抗短路能力典型案例分析及对策[J].高压电器，2013，49(12)：133-136.

[2]邢海瀛，刘少宇，马继先，等.变压器抗短路能力核算与治理[J].中国电力，2012(5):25-29.

[3]董宝骅.大型油浸电力变压器应用技术[M].北京：中国电力出版社，2014.

[4]电力变压器 第5部分：承受短路的能力:GB 1094.5—2008[S].

[5]国家能源局电力安全监管司，中国电机工程学会.防止电力生产事故的二十五项重点要求[M].北京：中国电力出版社，2015.

(本文责编：弋洋)

收稿日期:2016-02-18；修回日期:2016-02-28

中图分类号：TM 407

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)03-0058-03

作者简介：

杜宁宁(1973—)，女，山东莱阳人，高级工程师，工学硕士，从事发电厂电气技术管理方面的工作(E-mail:2585652014@qq.com)。

于爱民(1970—)，女，山东泰安人，高级工程师，从事发电厂电气技术管理方面的工作。