变压器短路损坏原因分析及对策

广西电力　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＥＩ　ＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　２０１３年第３６卷第５期　Ｖｏｌ－３６　ＮＯ．５　变压器短路损坏原因分析及对策　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　Ｓｈｏｒｔ－Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｄａｍａｇｅ　黎大健，赵坚　ＬＩ　Ｄａ－ｊｉａｎ，ＺＨＡＯ　Ｊｉａｎ　（广西电网公司电力科学研究院，南宁５３００２３）　（Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３００２３，Ｃｈｉｎａ）　摘要：为了提高变压器的运行可靠性，对２００５年以来多起变压器短路损坏事故进行分析。分析结果表明，主变压器抗短路　能力不强、历次短路冲击的累积效应以及变压器出口设备故障是造成事故频发的主要原因。根据分析结果提出了防止同类故障　的管理措施和技术措施。　关键词：变压器损坏；短路故障；技术措施　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｌｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄａｍａｇｅ　ｓｉｎｃｅ　２００５　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｎｔｉ－ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ｔｈｅ　ｃｕｍｕｌｍｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｍｐａｃｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆａｕｌｔ　ａｔ　ｏｕｔｌｅｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ａｒｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ￣ｅｑｕｅｎｔ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｒｅ　ａｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｅ　ｓａｎｌｅ　ｔｙｐｅ　ｆａｕｌｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｄａｍａｇｅ，ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆａｕｌｔ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅ　中图分类号：ＴＭ４１　１文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７１—８３８０（２０１３）０５—００３４—０３　在电力系统中，变压器作为电力系统的主要设　备之一，其运行可靠性直接影响到电网系统的安全　运行。近年来，在大型变压器的事故与缺陷中，由于　变压器短路造成的变压器损坏事故不少。据统计，　２００５年至今，广西电网１１０　ｋＶ以上变压器共发生６　起出口短路引起的损坏事故。本文结合这６起变压　跳闸），３条线路故障电流叠加后，对该变电站１号　主变压器（衡阳变压器厂１９８９年产品）瞬时冲击，冲　击电流约为１．５　ｋＡ，造成１号主变压器（简称：主变）　重瓦斯动作、防爆管玻璃密封处及呼吸器底部密封　胶圈脱落处喷油。　１＿２案例２　器短路损坏实例，对损坏原因进行分析，并提出相应　的措施及建议。　２００８年７月１１　１３　１２时，某ｌ１０　ｋＶ变电站３５　ｋＶ及１０　ｋＶ出线线路在短时间内因雷害相继发生　近区短路。３５　ｋＶ及１０　ｋＶ线路短路电流分别达到　该变电站ｌ号主变（衡阳变压器厂１９９２年产品）３５　１　案例介绍　１．１　案例１　２００５年１０月７日，某酒店１０　ｋＶ高压开关室因　老鼠引起１０　ｋＶ高压母线相间短路，短路电流导致　ｋＶ侧额定电流（４７２．４　Ａ）的５．９—７．４倍，１０　ｋＶ侧额　定电流（１　６５３　Ａ）的２．７８—３．８倍。在短路电流的冲　该用户专用支线两处烧断和短路，最终造成上级某　变电站９１４出线电缆头处３个隔离开关严重烧坏，　９１４线路保护过流Ｉ、Ⅱ、Ⅲ段均动作出口，由于保　护装置出口插件上的出口继电器出口接点动作行为　不可靠，接点卡滞，没有接通跳闸回路，结果９１４断　路器未跳闸；同时，９１４线路短路弧光引起共杆架设　的９１２、９１３线路发生相间短路（过流Ｉ段保护动作　收稿日期：２０１３—０９—１８　击下，主变差动保护、重瓦斯保护动作出口，１号主　变三侧堡ｌ１１、堡３３１、堡９１断路器跳闸；３５　ｋＶ　Ｉ段　母线、１０　ｋＶ　Ｉ段母线失压；１号主变瓦斯继电器内　部有三分之一的气体。　１．３案例３　２０１０年９月１４日１５：Ｏ０，雷雨天气，某ｌ１０　ｋＶ　变电站３５　ｋＶ　３４６出线距变电所１　ｋｍ处发生相间　２０１３年１Ｏ月　Ｖｏｌ＿３６　ＮＯ．５　广西电力　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＥＩＪＥＣＴＲＩＣ　Ｐ０ＷＥＲ　３５　短路故障，短路电流为４．０　ｋＡ，约０．１　ｓ切除故障电　流。该变电站２号主变（江西变压器厂２００１年产品）　差动保护及重瓦斯保护动作，跳开１　１０　ｋＶ母联１４０　断路器、２号主变３５　ｋＶ侧３４２断路器。事故发生　后，对２号主变进行相关试验及吊罩检查，发现变压　器局部绝缘损坏，部分绕组发生变形。　１．４案例４　１９９０年以前的产品，１　１０　ｋＶ以上变压器采用薄绝缘　和铝线制作线圈，存在绝缘强度低、抗短路能力差的　问题。１９９０－－－２０００年的产品在材料选用及工艺上有　了较大的改进，抗短路能力有了一定的提高，但由于　当时国内无法开展１　１０　ｋＶ以上变压器突发性短路　试验，因此这一时期的产品抗短路能力校核仅停留　在理论分析上，未经实践检验圈。２０００年后，国内已　可开展变压器短路试验，但由于费用问题，且用户无　２００７年９月４日，某１１０　ｋＶ变电站２号主变　投入运行后，因电压低投９０４电容器组。投电容器组　的过程中，电容器组发生Ｂ、ｃ相短路故障，电容器　的开关速断保护动作，电容器组投切和故障所产生　的涌流对主变造成冲击，使得原本就存在绕组变形　而造成绝缘和机械强度降低的１号主变损坏。同年　５月，１号主变１０　ｋＶ侧出线隔离开关三相对地放　电，引起母线短路，对该主变造成冲击，绕组试验显　示短路冲击后主变低压侧ａ、ｂ相可能存在绕组变形。　１．５案例５　２０１２年７月６日，某１１０　ｋＶ变电站１０　ｋＶ电　缆出线因受外力破坏造成永久性相间短路，变电站　发生近区短路，２号主变（沈阳变压器厂１９９６年产　品）受到２次故障电流冲击。从故障录波情况看，２　号主变２次冲击电流的第１个波峰值分别约为２７　ｋＡ和２７．９　ｋＡ，热稳定短路电流为１Ｏ．３９　ｋＡ（为４．６　倍额定电流），每次持续时间为９０　ｍｓ。短路造成２　号主变高、低压侧绕组发生严重变形，主绝缘击穿，　低压ｂ相绕组对铁心发生电弧放电，部分导线熔断。　１．６案例６　２０１３年２月１５日，某１１０　ｋＶ变电站外部３５　ｋＶ用户架空地线及导线断线，造成相间短路，热稳　定短路电流为３．５　ｋＡ，持续时间为１　０７１　ｍｓ，使２号　主变遭受短路电流冲击，造成主变本体重瓦斯动作。　事故后绕组变形试验结果表明，该变压器中压侧ｃ　相线圈发生明显变形。　２原因分析　导致变压器短路损坏故障的原因很多，也比较　复杂，与结构设计、原材料及组件的质量、技术性能、　工艺水平、运输安装、运行维护和人员素质有关［１］。对　以上案例进行分析后发现，近几年变压器发生短路　故障的主要原因是主变抗短路能力不强，历次短路　冲击的累积效应，造成变压器出线及出口设备短路。　２．１　主变抗短路能力问题　变压器抗短路能力与其生产日期关系密切。　明确要求，许多厂家２０００年后的产品也未进行该项　试验。２００５年，广西电网公司在反事故措施中明确　要求：选用１１０　ｋＶ以上变压器时，１１０　ｋＶ变压器必　须选用经过突发短路型式试验的产品，２２０　ｋＶ优先　选用已通过突发短路试验的同类产品。因此，广西　２００５年后投运的变压器抗短路能力有了很大提高，　至今未发现２００５年后的产品发生短路损坏事件。　２００５年后变压器抗短路能力增强，主要是变压　器的线圈采用半硬铜和自粘性换位导线、撑条加倍、　垫块加密等提高变压器抗短路能力的工艺，增强了　轴向和幅向抗短路能力圆。短路故障时绕组容易发生　机械变形，但由于铜导线和相关的绝缘材料具有可　塑性，线圈采用半硬铜和自粘性换位导线后，在短路　故障下几乎不会发生绕组导线被大量拉断的情况。　因此，线圈采用高强度半硬铜和自粘性换位导线，是　提高变压器抗短路能力的根本性措施。铜导线可控　应力的大小和其自身的坚硬度以及导线自身的宽、　厚度有关。前文所提６个案例中发生短路损坏的主　变大部分都是９０年代产品，线圈未采用半硬铜和自　粘性换位导线。　２．２历次短路冲击的累积效应　外部短路事故频繁导致变压器遭受多次短路电　流冲击，电动力的积累效应引起变压器绕组内部相　对位移和绝缘受损。此时，绕组即使没有立即损坏，　也可能会留下严重的故障隐患『３Ｊ：绝缘距离发生改　变，遇到雷击过电压作用时有可能发生绕组匝间、饼　间击穿，导致突发性绝缘事故；固体绝缘受到损伤后　导致局部放电发生，在正常运行电压下因局部放电　的长期作用也可能引发绝缘事故；绕组机械性能下　降，当再次遭受短路事故时，将承受不住巨大的电动　力而发生损坏事故。　案例３中的２号主变在２００７年４月１９日至事　故发生时的２０１０年９月１４日期间，受到达３　ｋＡ的　短路电流　冲击共有５０多次（　，ｋ＝０－３，，ｋ为额定耐　受短路电流）。同样地，案例５的２号主变在２０１２年　７月６日事故发生前，仅２００９年６月以来，受到短　广西电力　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＥＩＪＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　２０１３年１０月　Ｖｏ１．３６　Ｎ０．５　路电流冲击数十次，其中有３次／ｇＩｋ＞Ｏ．５。　力计算报告相关资料，以掌握变压器的抗短路能力。　３．２运行维护　目前的反事故措施要求，发生出口短路造成变　压器跳闸时应进行绕组变形试验。按此要求执行后　发现：发生出口短路但变压器不跳闸时，运行维护单　位一般不做绕组变形试验，但此时受冲击变压器的　线圈可能已受损，不做绕组变形试验导致无法及时　发现缺陷；只要变压器跳闸，不管短路电流大小，都　做绕组变形试验，这造成了人力、物力浪费，在目前　变电站出线越来越多的情况下，这个问题愈加严重。　２．３变压器出口设备短路　加强对变压器遭受多次短路冲击造成抗短路能　力下降的风险管控。针对上述执行反事故措施过程　中发现的问题，建议统计１１０　ｋＶ以上变压器遭受外　部短路冲击电流大小、次数及持续时间等运行工况　数据，根据相关标准开展绕组变形和低电压短路阻　抗测试，通过横向、纵向Ｅ擞３．３变压器运行环境　时掌控绕组变形的隐患。　变压器出口２　ｋｍ以内的设备发生短路故障，特　别是永久性短路故障，对主变冲击的电动力相当大。　目前运行单位普遍采用低压母排绝缘化、２　ｋｍ内出　继续加强对变压器出口设备和近区设备进行维　护，防止近区设备对地短路波及主变。由于近几年多　次发生用户专线设备因维护不到位导致变压器损坏　的情况，建议用户资产设备接入变电站时，按照国　家、电力行业及企业标准进行验收，合格后方可接人　系统；同时对用户设备委托维护的单位资质进行审　查，必要时，需与用户签订安全责任协议，明确相关　线采用绝缘导线等防范措施，但仍存在以下两个容　易忽视的问题：用户设备维护比较差，如１０　ｋＶ开关　柜，一旦内部发生局部放电，放电产生的离子会逐渐　弥漫至整个开关柜，极易造成相间甚至三相短路；对　用１０　ｋＶ电缆出线的变电站，容易受到外力破坏或　质量问题发生相对地短路，且大多是永久性接地，重　的安全要求及职责界定。　４结语　防止变压器发生短路损坏是一项重要且复杂的　工作，本文通过对多个事故案例进行分析，并根据多　合闸投入后会对变压器造成二次冲击　。　案例１、案例６均是因用户专线设备维护不到　位导致变压器发生近区短路的案例，案例５是由于　施工时电缆被挖断造成单相接地，使主变遭受２次　短路电流冲击而导致的故障。变压器一般能承受首　次短路电流冲击，但是重合闸以后由于线圈温度已　年的运行维护经验，在设备选型、运行维护及变压器　运行环境方面提出合理的措施及建议，有助于提高　变压器的运行水平和运行质量。　参考文献　经很高，变压器抗短路能力急剧下降，第２次短路电　流再冲击就很容易造成变压器损坏。　［１】姜益民．上海市电力公司变压器运行分析（二）『Ｊ１．上海电　力，２００４，１７（２）：１２１—１２４．　３建议与措施　３．１　设备选型　【２］谢毓城．电力变压器手册【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００９．　【３】符杨，周中明，潘博，陈家良基于短路冲击累积效应的　电力变压器状态检测系统【Ｊ】．上海电力学院学报，２００１，１７　（４）：１－５．　设备选型时应注意严格把关生产厂家在工艺设　计、装配技术等方面是否达到要求，优先选用开展过　突发短路型式试验的产品；充分考虑工艺和材质的　分散性，各项安全系数应有足够的裕度；新技术先进　性与产品运行可靠性相矛盾时，应首先考虑产品的　可靠性；产品交接时应要求设备厂家提供抗短路能　（上接第３０页）　【４］姜益民．上海市电力公司变压器运行分析（三）【Ｊ］．上海电　力．２００４，１７（３）：２２０—２２６．　作者简介：黎大健（１９８３），男，工程师，工学硕士，从事电力设　备高压试验和绝缘诊断研究工作。　击穿原因仍需要进一步分析确定，建议提高避雷器　的过电压水平。　参考文献　方电网技术，２００８，２（６）：７—１２．　【２］王明新，谢国平．高压直流输电开路试验原理的探讨【ｊ］　电网技术，２００４，２８（２２）：１１－１４．　［１】饶宏，傅闯，朱功辉，黎小林，晁剑，陈松林，田杰，赵立　作者简介：童钰（１９８１），女，助理工程师，大学本科，从事继电　进，许树楷．南方电网直流融冰技术的研究与应用［Ｊ］．南　保护工作。