从典型变压器短路事故谈变压器抗短路问题

曾华荣

（贵州电力试验研究院   贵阳  550002）

 摘　要：统计了贵州电网变压器短路事故，分析了典型事故后认为应增加变压器抗短路能力并减少出口短路概率。

关键词：变压器；抗短路；典型事故；分析

0　引言

贵州电网变压器事故中，因外部短路而导致的损坏事故所占比例较高，减少变压器短路事故的发生，尤其是110kV及以上电力变压器短路事故的发生成为电力运行中急需解决的问题。另外运行中误操作或保护误动而造成的变压器损坏的也占有相当比例。需从设计、制造、试验、运行监督等多方面进行密切合作。

电力变压器在运行中无法完全避免短路冲击，这就要求其有足够的承受短路能力。国标^[1]和IEC76标准均对其承受短路能力做出了相应的规定。然而近年的变压器事故统计分析表明，电力变压器抗短路强度不够是变压器短路事故发生的主要原因。提高变压器的抗短路能力是解决问题的关键。

1　短路事故统计

从1983年到1997年，贵州电网共发生110kV及以上电力变压器事故41

台次，事故容量共2024.5MVA，其中因外部短路而导致的变压器损坏事故12台次，事故容量497MVA，分别占同期总事故台次的29.2%，占总事故容量的24.5%（见表1）。

表1　　1982-1997年110kV及以上变压器外部短路事故情况

2　典型事故分析

2.1　贵阳市北供电局新场变2号主变事故

新场变2号主变1994-05-13投运，型号SFSZ8-31500/110。1996-07-15发生事故，事故当天有雷雨，事故前发生10、35kV侧线路多次单相接地。18:40，35kV侧新开301线过流动作，重合成功；18:42,35kV侧304线过流动作，重合成功；18:42,35kV侧304过流动作，重合闸动作，同时主变重瓦斯保护跳主变三侧开关。1997-07-25变压器运至贵阳变压器厂吊罩检查发现：①C相高压线圈失圆，变成椭圆形；②C相中压线圈严重变形，并挤破围板造成中、低压线圈短路；③C相低压线圈烧断2股；④B相低压、中压线圈严重变形；⑤所有线圈匝间散布很多细小铜珠、铜末；⑥有载分接的销钉脱落1根；⑦上部铁心、变压器底座有锈迹。

事后调查发现35kV侧304线路距变电站不远处B、C相间有放电烧损痕迹，证实变压器曾受近区短路冲击(见图1)。保护动作完全正确。这是一起典型的变压器动稳定性能不足造成的损坏事故。

短路容量8000MVA的110kV变压器，应能承受最大非对称短路电流系数为2.55^[1]，变压器高压对中压阻抗电压为10.5%,据此变压器应能承受此次短路冲击。故认为该变压器存在以下问题:

①调查发现变压器线圈松散，高压线圈幅向用手可摇动5mm左右。外侧高压线圈所受的幅向电动力是使线圈沿径向向外胀大，受到的是拉张力，表现为向外撑开；内侧中压线圈所受的幅向电动力使线圈沿径向向内压缩，受到的是压力，表现为向内挤压。这与该变压器的B、C相高、中压线圈在事故中的表现一致。外侧高压线圈受的幅向电磁力从内层至外层呈线性递减，最内层受的幅向电磁力最大，两倍于线圈所受的平均圆周力。当线圈卷紧时，内层导线受力后将力转移一部分到外层，结果造成内层导线应力趋向减小，而外层导线应力则增大，内应力关系使导线上的作用趋于均衡。内侧中压线圈受力方向相反，但均衡作用的原理和要求是一致的。线圈如果松散,就起不到均衡作用，从而降低了变压器抗短路冲击能力。

②该变压器设计上有欠妥地方，高压导线选取截面较小，该变压器高压器绕组采用中部进线，导线为2×2(并联)，ZB1.35,线规为1.6×7.5/3.0×8.9，这样小的线规包1.35厚的绝缘本身就包不紧，再分成两路两根并联，每饼绕14～15匝，难于拉紧导线。如果用端部进线两根并绕，截面加大1倍，这样将大大加强机械强度。

③吊罩检查发现该变压器撑条不齐，垫块有松动位移，这大大降低了内侧中压绕组承受幅向和轴向力的能力，使线圈稳定性降低。撑条作为内侧线圈的骨架，应与被压紧的线圈和垫块牢固结合成整体，才能提高变压器的动稳定性能。故需对垫块进行预密化处理，线圈在预压整形和整体套装中都采用恒压真空干燥，并保证高、中、低电抗高度一致。

④绝缘结构的强度不高。由于该变压器中、低压线圈采用的是围板结构,而围板本身较软，经真空干燥收缩后，中、低绕组之间呈空松的格局，当中压侧受短路冲击时，中压线圈易受幅向电动力向内挤压的作用而变形，甚至挤破围板，造成中、低压间短路。为了提高承受短路的能力，宜选用硬纸筒。

2.2　安顺供电局普定变1号主变事故

安顺供电局普定1号SFPSZ-90000/110主变1990-01投运，1993-10-13发生事故。事故起因是10kV三相短路，损坏10kV开关柜达8台。主变压器重瓦斯保护和差动保护跳三侧开关。检查发现110KV侧直流电阻不平衡率达14%，判断110kV侧A相有断线，试验判断A线断1股。经扒线圈检查证实断股，断股处幅向位置在从引线处反时针数9木撑条间隔，轴向位置在线圈从上往下数第16线饼处。

事故调查发现断股处为一临时搭接铜线，而非正规铜导线焊接，这一严重质量问题，大大降低了变压器线圈耐短路电流的热稳定性能而烧断。线圈在制造中的疏忽是变压器事故的直接原因。

3　短路事故中暴露的突出问题及改进建议

1)事故主要原因是变压器抗短路能力差，建议：

①设计上寻求更合理的机械强度动态计算方式；适当放宽安全裕度；合理选取导线规格和布线方式；恰当选取压板和压钉材料，合理选择压钉数量和大小；合理选择撑条和垫块数量；内绕组采用硬纸筒绝缘结构；合理安排分接位置，尽量保持安匝平衡。

②工艺上应加强幅、轴向强度。采用立式绕线机绕制线圈，采用先进自动拉紧装置卷紧线圈；牢固撑紧绕组与铁心及各侧绕组之间；采用整体套装方式。采用垫块预密化处理；线圈恒压干燥方式；线圈整体套装恒压状态下保证高度一致；采用整圆压板并保证压板结构完整；强化绕组端部绝缘；保证铁轭及夹件紧固。

2)从贵州电力系统的电力变压器短路事故中发现有不少变压器是在多次出口短路冲击下，因“累积效应”而发生损坏的。如1994-08-13安顺供电局平坝变2号主变在事故损坏前曾受4次10kV侧出口短路冲击， 1989-10-27贵州供电局白云2号主变在事故前受到过8次短路冲击，多为10kV及35kV侧出口短路。因而加强变压站10kV及35kV系统维护，减少变压器遭遇出口短路冲击机率，对减少变压器短路事故的发生极为重要。

同时应及时开展变压器变形测量工作，平时可事先进行测量，积累原始数据，在变压器遭受短路冲击后再测量，前后进行对比，以检查变压器是否存在变形，有利于决定变压器是否继续运行。

对变形检查中发现有变形或有疑问的变压器及时安排吊罩检修。1994-10-13安顺供电局普定变电站2号主变遭受10kV出口短路冲击，油色谱分析和预防性试验未发现异常，经变形测量发现10kV可能有变形，经吊罩检查发现AB上铁轭夹件松动，器身固定地脚螺帽4角松动，A相线圈压钉2只松动，C相线圈压钉1只松动，B相线圈压板下方垫块有位移，经检修投入运行，避免了可能发生的变压器短路事故。

3)从贵州电网变压器短路事故中发现1990年以前有不少变压器是在保护失灵的情况下烧毁的，如1987年贵阳供电局鸡场变2号主变事故、1988年遵义供电局一江变1号主变事故、1989年贵阳供电局白云变1号主变事故。近年来，由于加强运行监督和保护校验，这一情况得到改变。

4　结论

a. 对110kV及以上的大型电力变压器，需要从设计、制造、试验、运行监督等多方面开展工作，以提高变压器的抗短路能力。变压器制造厂家从设计和工艺两方面提高变压器耐短路的动稳定能力是解决问题的关键。

b. 加强变压器低压系统的维护，推广变形测量，并及时检修曾经受过出口短路冲击的变压器。

参考文献

[1]GB1094.5-2003   电力变压器   第5部分:承受短路的能力[S].

曾华荣　　1969年生，高工,从事变压器及过电压方面的技术研究。电话:(0851)5592059