浅谈变压器抗短路能力强化措施

浅谈变压器抗短路能力强化措施

李黎

国网晋中供电公司，山西晋中，030600

摘要：电能主要通过变压器进行传输和分配，且用户的电能质量以及电力系统的安全程度也受到变压器可靠运行的直接影响。只有变压器自身质量达标，才能确保变压器可靠运行，而变压器的质量受到其结构材料以及设计制造的影响，同时与检查维修之间也存在较大的联系。基于此，本文将针对电力系统中变压器抗短路能力提高的的有效措施展开以下探讨。

关键词：电力系统；变压器；抗短路能力

1 前言
变压器在运行过程中能最大程度的发挥其作用，并保证电网的安全稳定，最重要的是其运行环境是否适宜，制造质量是否合格以及日常检修是否到位。文章主要针对设备在日常维护过程中，如何预防突发故障提出了几点建议。由于受到雷击以及继电保护拒动、误动等影响，电路会发生短路故障，而短路产生的电流冲击对于电路会造成严重的损害，致使变压器受损，因此必须从各方面加强变压器对于短路电流冲击的抗性。

2 电力变压器概述
电子电力变压器主要是采用电力电子技术实现的，其基本原理为在原方将工频信号通过电力电子电路转化为高频信号，即升频，然后通过中间高频隔离变压器耦合到副方，再还原成工频信号，即降频。通过采用适当的控制方案来控制电力电子装置的工作，从而将一种频率、电压、波形的电能变换为另一种频率、电压、波形的电能。由于中间隔离变压器的体积取决于铁芯材质的饱和磁通密度以及铁芯和绕组的最大允许温升，而饱和磁通密度与工作频率成反比，这样提高其工作频率就可提高铁芯的利用率，从而减小变压器的体积并提高其整体效率。

3 电力变压器抗短路能力存在的问题
3.1 变压器近区短路故障严重
变压器的抗短路能力一方面取决于变压器自身可承受短路电流大小，另一方面取决于实际遭受短路电流大小。变压器出口短路或近区短路冲击对变压器的威胁最大。开关柜凝露问题、异物搭接、中低压侧设备故障是导致主变遭受近区短路故障的最主要原因。发生近区短路时回路阻抗小、故障电流大，导致主变发生绕组变形故障并损坏的可能性极大。同时，随着系统短路容量的不断提升，近区短路电流不断加大，对于主变的威胁也日益严峻。
        3.2 抗短路能力不足变压器大量存在
        根据近年主变的损坏情况和厂家提供的部分抗短路能力核算结果，电网系统目前在运的电力变压器普遍存在抗短路能力不足的情况。大量主变短路损坏后的解体检查表明，部分厂家在特定时期内出厂的变压器在抗短路能力设计、结构、工艺、材质上均存在较大问题，变压器生产水平较低，质量管控不严，导致生产的变压器抗短路能力远远不能满足实际运行需求。

4电力变压器抗短路能力提升对策
       4.1 计算与设计
优化电力变压器的设计是从根源上提高变压器抗短路能力的重要手段，合理的设计能减轻短路带来的冲击，所以在设计变压器时可通过磁路计算从根源上减少变压器短路时产生的电动力。从绕组结构、绕制工艺系数、安匝平衡、导线规程选用、器身夹紧结构设计和绝缘结构方面进行改进的措施。这些均对变压器短路时产生的电动力有影响，所以从设计上对这几方面进行改进，可有效提高电力变压器的抗短路能力。根据绕组安匝计算结果及器件的许用应力计算检验设计方案，使用正偏差的短路阻抗值，在保证绕组抗短路能力下尽可能地降低损耗，提高变压器电气绝缘，在选材上选择截面较大的导线，减小电动力。在设计变压器时尽可能保证短路时安全系数大于２，使整体结构牢固，保证铁芯有足够的机械强度，不易发生位移。最后，保证支点具有足够的可靠性，撑条和垫块具有良好的机械强度，让变压器能很好地缓冲电动力。张玮等人提出在设计上应减少安匝不平衡，适当提高变压器短路阻抗，改善铁芯截面形状，设计合适的绕组端部绝缘，采用合理的引线结构。
        4.2 变压器低压侧短路
        （1）低压额定容量根据运行方式选择合理比例，若低压侧存在出口短路概率，其额定容量不能仅考虑负荷限制，普通阻抗时应提升至全容量。对于1/3容量或更低容量的变压器，仅适合高阻抗变压器或平衡绕组结构；（2）改变低阻抗变压器造价低于高阻抗变压器的传统观念，成本是影响性能的重要因素，普通阻抗变压器在考虑抗短路能力时没有任何优势，同等条件下，在满足短路可靠性前提时，其成本可能大于高阻抗变压器；（3）推广使用高温自粘性换位导线和耐热绝缘材料，导线及绝缘材料在短路热效应作用下依然能保持较好的机械性能，减少热效应对动稳定能力的影响；（4）对可能产生短路累积效应的短路故障进行必要的试验和数据记录。低压侧短路冲击容易达到最严重的冲击电流，冲击累积作用明显，出现短路故障后应进行合理的评估再投运。
        4.3 短路故障综合判据
        通过对变压器的短路故障特征进行仿真研究，总结出根据线路电压电流发生的变化情况，所判断出故障类型的具体特征为：(1）当变压器采集的信号为线路三相的电流突然上升，而且其三相的电压又直接降至零。该情况判断为出现了三相短路故障。(2）当变压器采集的信号为有两相电流突然急剧上升，并且其相位是相反的，同时该两相的电压忽然减少为之前的二分之一，此外，另外一相电流则是直接突变为零，且该相电压未出现变化。该情况判断为出现了两相短路故障，并且故障发生在电流突然增大的两相上。(3）当变压器采集的信号为有两相电流突然急剧上升，而且其电压却突变至零；另外一相的情况则是相反，其电流突变至零，而电压却有少量的增大。该情况判断为出现了两相短路接地故障，并且故障发生在电流突然增大的两相上。(4）当变压器采集的信号为有一相的电压忽然下降至零，但该相的电流却急剧增大，此外，另外两相的情况却是相反的，其电流忽然下降至零，但是电压较原先却有少量的增大。该情况判断为出现了单相接地短路故障，并且故障发生在电流突然上升的那相上。

        4.4 变压器短路试验
        为更好地进行变压器的短路试验，应对变压器的基本结构有所了解，通常来讲，变压器大体都为油浸式，也就是说绕组和铁芯都会在盛满变压器的油箱中浸放，并且，绝缘套管会通过各绕组的端点在油箱外进行引入，进而达到与外线路连接的目的。而就电力变压器的组成部分来说，包括绝缘套管、油箱、变压器油、绝缘绕组和铁芯。一是绕组与铁芯中由于损耗而产生热量，油在受热后以对流的形式在铁箱表面传递热量，然后再向四周进行扩散。二是可以增加绝缘性。在电力系统中，若想有效确保大型变压器运行的可靠性，应确保变压器的工艺制作水平以及自身结构；同时，也需要在运行过程中，通过不同的试验对设备的工况进行掌握。可以通过承受短路试验，对变压器的机械稳定性进行了解，并针对其薄弱环节加以改正，从而对变压器的结构设计强度质量有一个深入了解。

5 结束语
电力系统中变压器抗短路能力的缺失导致的电力设备以及电网事故，都会造成极其重大的经济损失。现今，这一难题已经引起了相关电力部门和变压器制作单位的重视，变压器抗短路能力的提高也成为科技工作者通过不断研究必须跨过的一大难关。现今，变压器在设计、工艺、造型、运行以及维护方面都还存在着大量问题，为了提高变压器抗短路能力，这些问题都该引起相关人员的重视，这对于电力系统整体的运行质量具有极其重要的意义。

参考文献：

[1]李文军.大型电力变压器低压绕组辐向稳定性的仿真研究[J].变压器，2017（24）：148-152．

[2]吴涛.电力变压器绕组短路动态稳定性研究[D].华北电力大学，2018.