电力变压器短路风险评估及防治措施

电力变压器短路风险评估及防治措施

商志强 张国祥 刘杰 蒋建军 朱占文

国网新疆电力有限公司和田供电公司 新疆和田 848000

摘要：影响变压器安全运行的主要因素之一是短路冲击,变电站出口或近距离短路对变压器危害极为严重。通过电力变压器运行情况和事故的统计分析,发现因外部短路故障引起的设备损坏事故逐年增多。扼制此类事故的上升势头,已成为提高电力变压器安全运行水平的关键。

关键词：变压器；短路电流；短路风险；检修策略

引言

本文中作者分析了变压器国标短路电流和实际短路电流的计算方法，提出了在运变压器短路风险评估方法及针对性的检修策略，探讨了降低变压器运行短路风险的运维措施，给出了应用实例。

1概述

近年来，电网系统在网运行的变压器因外部短路故障导致的恶性事故屡有发生，原因之一是变压器制造厂早些年因技术、材料及工艺等因素的限制，造成变压器自身的抗短路能力不足，无法承受短路机械力的作用，导致绕组变形、崩溃甚至烧毁。变压器承受短路能力不足已成为危及电网安全运行最主要的因素之一。目前电网在运的老旧变压器较多，若采用现行的GB1094.5-2008《电力变压器第5部分：承受短路的能力》标准，很多变压器抗短路能力难以满足国标要求，不利于抗短路能力不足变压器改造更换工作的有序推进。

2变压器短路故障的表现形式和危害

2.1变压器绕组短路故障的主要形式

变压器绕组的短路电磁力作用下的损坏模式主要有以下几种形式:1)绕组变形导致匝绝缘破裂引起匝间短路,这种故障形式是直径较小的小型配电变压器受幅向拉伸电磁力作用在短路事故中损坏的主要形式。2)绕组变形导致主绝缘强度降低,从而造成主绝缘的击穿事故,这是受幅向拉伸短路力作用的中型以上电力变压器绕组的主要损坏模式。因此,在进行变压器绕组短路强度设计时,必须考虑绕组在短路电磁力作用下残余变形的积累效应。3)绕组的幅向失稳,由于紧靠铁心放置的变压器内绕组或多绕组变压器的中间绕组,在短路状况下,可能受到幅向短路电磁力所引起的周向压缩作用。中型以上变压器内绕组的幅向失稳是变压器在幅向短路电磁力作用下损坏的主要表现形式。4)绕组的轴向失稳,受短路轴向电动力和短路幅向电动力共同作用的绕组损坏的主要形式。5)三相变压器绕组的整体位移与倾斜,发生在三相对称短路故障的情况下。

2.2变压器绕组短路故障的危害

短路故障的危害是按照设备损坏程度统计的结果。轻度损坏是指设备的绕组有变形,引线被烧断,但绝缘未损坏;中度损坏是指绕组明显变形,绕组或引线被烧断,绝缘受到一定程度损坏;重度损坏是指绕组严重变形、压板被冲断、绕组烧断、绝缘被击穿或烧坏,严重的则爆炸起火,变压器被烧毁。变压器内部故障导致油流加速,可能导致重瓦斯动作,断路器跳闸,变压器退出电网运行。

3变压器短路风险评估及检修策略

对比制造厂提供的变压器各绕组可承受的最大短路电流与计算的国标短路电流和实地短路电流大小，即可判断变压器的抗短路能力是否满足国标和实地短路电流要求，从而得到变压器的实地运行风险。根据变压器绕组承受短路的能力，可以得出的结论是：变压器不能承受实地最大短路电流，这时变压器的短路风险较大，在发生出口短路时可能会发生绕组变形、崩溃甚至烧毁。这时应考虑将变压器换到短路电流水平较小的变电站（即两台变压器易地运行）或进行绕组的技术改造。一般来说，优先考虑变压器易地运行，易地运行的原则为：易地运行后的两台变压器均满足当地未来5年的负荷水平；两台变压器的电压比相同；若两个变电站存在并联运行的情况，易地后并联运行的两台变压器应容量相同、短路阻抗相差不超过10%；易地后两台变压器均能满足未来5年变电站的实地短路电流水平。

4降低变压器运行短路风险措施

4.1减小短路电流幅值

（1）主变低压母线绝缘化和站用变进线绝缘化处理。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求“变压器35kV及以下低压母线应考虑绝缘化；10kV的线路、变电站出口2km内宜考虑采用绝缘导线”。对于不满足实地短路电流要求的变压器，建议10kV的线路、变电站出口2km内必须采用绝缘导线。对于110kV和220kV电压等级变压器，很多变压器安装时反措未发布，安装时只对相色进行了标明，未安装绝缘护套，应对这部分变压器进行低压母线桥绝缘化处理。（2）加强主变和限流电抗器之间绝缘母线的运行维护。对于常规阻抗的220kV主变，一般低压侧会加装限流电抗器，当短路发生在限流电抗器之后可以极大程度减小主变低压侧出口短路时的短路电流，为防止短路发生在限流电抗器之前，应加强限流电抗器与变压器之间绝缘母线监测和维护，发现绝缘护套破损、老化和绝缘下降等现象应及时更换。

4.2减小短路几率

（1）取消线路重合闸。对于不满足实地短路电流要求的主变压器出线，全电缆线路和含电缆的混合线路不可采用重合闸，防止变压器连续遭受短路冲击。（2）取消线路并联间隙。线路并联间隙的应用，是为了推进防雷工作由“堵塞型”向“疏堵结合型”的策略转变，保护绝缘子不受雷击损坏，降低输电线路雷击故障停运率。理论研究与运行经验表明，安装并联间隙会有效提高重合闸成功率，亦会降低输电线路的耐雷水平，提高雷击跳闸率。（3）低压开关柜整治。①防止断路器开断、关合失败故障用于无功补偿回路的开关柜，易在投切过程中发生断口重燃，引起过电压造成断路器真空泡爆炸，进而引发主变低压侧短路。电容器投切所配断路器必须通过投切无功补偿设备能力的型式试验，其中投切电容器的断路器必须为适合频繁操作且开断时重燃率极低的产品，即选用M2级和C2级断路器，并在出厂前进行高压大电流老炼处理。对于电容器组电流大于400A的电容器回路，宜配置SF6断路器；投切35kV电容器组的开关应采用SF6断路器。②防止凝露导致绝缘故障开展配电室综合环境整治。在配电室内应配置通风及除湿防潮设备，改善开关柜运行环境，防止凝露导致绝缘事故发生。高压开关室应安装空调，确保湿度控制在75%以下。开关柜内小功率常投加热器应一直处于运行状态，除湿机定期排水，空调出风口不得朝向柜体，防止开关柜凝露。③防止空气绝缘净距不足导致绝缘故障。近年来，高压开关柜厂家推出了小型化、紧凑型高压开关柜，在开关柜抽检与验收中，重点对柜内空气净距的设计尺寸和实际尺寸进行复核检查，特别是24kV和40.5kV开关柜；对日常运维检修中发现绝缘隔板表面异常的，应及时进行处理或更换。④防止局部放电发展为绝缘故障超声波局部放电检测和暂态地电压检测能够有效发现开关柜内存在的因导体尖角和屏蔽不良等产生的局部放电现象，通过对检测数值的横向、纵向比较分析，可以对开关柜内部绝缘情况进行评估，及时发现绝缘缺陷。梅雨季节应加强开关柜TEV和超声波局放带电检测。对运行中检测到的局放信号异常应及时上报，组织进行局放复测、核实和定位。对于柜内绝缘部件老化、劣化较为严重的情况，应对柜内触头盒、穿柜套管及支柱绝缘子等绝缘件进行更换改造。

结语

本文提出变压器处于较高短路风险等级时的检修策略和检修前降低运行短路风险的运维措施，对于提升在网运行变压器的抗短路能力和减小运行短路风险具有重要的实际意义。

参考文献

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