变压器故障分析论文：变压器短路故障存在的问题及分析

3438 2010 探 索 EXPLORATION 变压器短路故障存在的问及分析 ■ 张奇 重庆市电力公司沙坪坝供电局 中图分类号：TM4 文献标识：A 文章编号：1006-7833(2010) 08-343-02 摘 要 电力变压器是电力系统中最关键的设备 之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电 力服务。因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、 可靠、优质、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。但由于变压器长期 运行，故障和事故总不可能完全避免，且引发故障和事 故又出于众多方面的原因。如外力的破坏和影响，不可 抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制 造过程中遗留的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压 器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化及预期寿命的 影响，已成为发生故障的主要因素。同时，部分工作人 员业务素质不高、技术水平不够或违章作业等，都会造 成事故或导致事故的扩大，从而危及电力系统的安全运 行…… 关键词 电力变压器 变压器故障 一、变压器故障 油浸电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障 两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要 类型有：各相绕组之间发生的相问短路、绕组的线匝之间 发生的匝问短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障 等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发 生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发 生的短路，引出线之间发生相问故障等而引起变压器内部 故障或绕组变形等。变压器的内部故障从性质上一般又分 为热故障和电故障两大类。热故障通常为变压器内部局部 过热、温度升高。根据其严重程度，热性故障常被分为轻 度过热（一般低于 150℃）、低温过热（150—300℃）、中 温过热（300～700℃）、高温过热（一般高于 700℃）四种 故障隋况。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用 下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。根据放电的能量密 度不同，电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放 电三种故障类型。 由于变压器故障涉及面较广，具体类型的划分方式较 多，如从回路划分主要有电路故障、磁路故障和油路故障。 若从变压器的主体结构划分，可分为绕组故障、铁心故障、 油质故障和附件故障。同时习惯上对变压器故障的类型一 般是根据常见的故障易发区位划分，如绝缘故障、铁心故 障、分接开关故障等。而对变压器本身影响最严重、目前 发生机率最高的又是变压器出口短路故障，同时还存在变 压器渗漏故障、油流带电故障、保护误动故障等等。所有 这些不同类型的故障，有的可能反映的是热故障，有的可 能反映的是电故障，有的可能既反映过热故障同时又存在 放电故障，而变压器渗漏故障在一般情况下可能不存在热 或电故障的特征。 因此，很难以某一范畴划分变压器故障的类型， 下面仅对变压器短路故障进行简单的阐述。 二、短路故障 变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引 线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的 故障。 变压器正常运行中由于受出口短路故障的影响，遭受 损坏的情况较为严重。据有关资料统计，近年来，一些地 区 110kV 及以上电压等级的变压器遭受短路故障电流冲击 直接导致损坏的事故，约占全部事故的 50%以上，与前几 年统计相比呈大幅度上升的趋势。这类故障的很多， 特别是变压器低压出口短路时形成的故障一般要更换绕 组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后 果和损失，因此，尤应引起足够的重视。 出口短路对变压器的影响，主要包括以下两个方面。 1．短路电流引起绝缘过热故障 变压器突发短路时，其高、低压绕组可能同时通过为 额定值数十倍的短路电流，它将产生很大的热量，使变压 器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定 性差，会使变压器绝缘材料严重受损，而形成变压器击穿 及损毁事故。 变压器的出口短路主要包括：三相短路、两相短路、 单相接地短路和两相接地短路等几种类型。据资料统计表 明，在中性点接地系统中，单相接地短路约占全部短路故 障的 65%，两相短路约占 10%-15%，两相接地短路约占 15%-20%，三相短路约占 5%，其中以三相短路时的短路电 流值最大，国标 GBl094•5-85 中就是以三相短路电流为依 据的。 对 220kV 三绕组变压罪而言，高压对中、低压的短路 阻抗一般在 10%-30%之间，中压对低压的短路阻抗一般在 10%以下，因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流 致使变压器绝缘材料受热损坏。 2．短路电动力引起绕组变形故障 变压器受短路冲击时，如果短路电流小，继电保护正 确动作，绕组变形将是轻微的；如果短路电流大，继电保 护延时动作甚至拒动，变形将会很严重，甚至造成绕组损 坏。对于轻微的变形，如果不及时检修，恢复垫块位置， 紧固绕组的压钉及铁轭的拉板、拉杆，加强引线的夹紧力， 在多次短路冲击后，由于累积效应也会使变压器损坏。因 此诊断绕组变形程度、制订合理的变压器检修周期是提高 变压器抗短路能力的一项重要措施。 对于由变压器出口短路电动力造成的影响，判断主变 压器绕组是否变形，过去只采取吊罩检查的，目前一 些单位采用绕组变形测试仪进行分析判断，取得了一些现 场，如有些地区选用 TDT-1 型变压器绕组变形测试仪 进行现场测试检查，通过对主变压器的高、中、低压三相 的九个绕组分别施加 l0kHz 至 lkHz 高频脉冲，由计算机记 录脉冲波形曲线并储存。通过彩色喷墨打印，将波形绘制 出图，显示正常波形与故障后波形变化的对比和分析，试 验人员根据该仪器特有的频率和波形，能比较科学地准确 判断主变压器绕组变形情况。 对于变压器的热稳定及动稳定，在给定的条件下，仍 以设计计算值为检验的依据，但计算值与实际值究竟有无 344 8 2010 探 索 EXPLORATION 误差，尚缺少研究与分析，一般情况下是以设计值大于变 压器实际承受能力为准的。目前逐步开展的变压器突发短 路试验，将为检验设计、工艺水平提供重要的依据。变压 器低压侧发生短路时，所承受的短路电流最大，而低压绕 组的结构一般采用圆筒式或螺旋式多股导线并绕，为了提 高绕组的动稳定能力，绕组内多采用绝缘纸筒支撑，但有 些厂家仅考虑变压器的散热能力，对于其动稳定，则只要 计算值能够满足要求，便将支撑取消，于是当变压器遭受 出口短路时，由于动稳定能力不足，而使绕组变形甚至损 坏。 3．绕组变形的特点 通过检查发生故障或事故的变压器进行和事后分析， 发现电力变压器绕组变形是诱发多种故障和事故的直接原 因。一旦变压器绕组已严重变形而未被诊断出来仍继续运 行，则极有可能导致事故的发生，轻者造成停电，重者将 可能烧毁变压器。致使绕组变形的原因，主要是绕组机械 结构强度不足、绕制工艺粗糙、承受正常容许的短路电流 冲击能力和外部机械冲击能力差。因此变压器绕组变形主 要是受到内部电动力和外部机械力的影响，而电动力的影 响最为突出，如变压器出口短路形成的短路冲击电流及产 生的电动力将使绕组扭曲、变形甚至崩溃。 三、变压器变形原因分析 1．受电动力影响的变形 （1）高压绕组处于外层，受轴向拉伸应力和辐向扩张 应力，使绕组端部压钉松动、垫块飞出，严重时，铁轭夹 件、拉板、紧固钢带都会弯曲变形，绕组松弛后使其高度 增加。 （2）中、低压绕组的位置处于内柱或中间时，常受到 轴向和辐向压缩力的影响，使绕组端部紧固压钉松动，垫 块位移；匝间垫块位移，撑条倾斜，线饼在辐向上呈多边 形扭曲。若变形较轻，如 35kv 线饼外圆无变形，而内圆周 有扭曲，在辐向上向内突出，在绕组内衬是软纸筒时这种 变形特别明显。如果变压器受短路冲击时，继电保护延时 动作超过 2s，变形更加严重，线饼会有较大面积的内凹、 上翘现象。测量整个绕组时往往高度降低，如果变压器继 续投运，变压器箱体振动将明显增大。 （3）绕组分接区、纠接区线饼变形。这是由于分接区 和纠接区（一般在绕组首端）安匝不平衡，产生横向漏磁 场，使短路时线饼受到的电动力比正常区要大得多，所以 易产生变形和损坏。特别是分接区线饼，受到有载分接开 关造成的分接段短路故障时，绕组会变形成波浪状，而影 响绝缘和油道的通畅。 （4）绕组引线位移扭曲。这是变压器出口短路故障后 常发生的情况，由于受电动力的影响，破坏了绕组引线布 置的绝缘距离。如引线离箱壁距离太近，会造成放电，引 线间距离太近，因摩擦而使绝缘受损，会形成潜伏性故障， 并可能发展成短路事故。 2．受机械力影响的变形 变压器绕组整体位移变形。这种变形主要是在运输途 中，受到运输车辆的急刹车或运输船舶撞击晃动所致。据 有关报道，变压器器身受到大于 3g（g 为重力加速度）重 力加速的冲击，将可能使线圈整体在辐向上向一个方向明 显位移。 四、技术改进和降低短路事故的措施 基于上述，为防止绕组变形，提高机械强度，降低短 路事故率，一些制造厂家和电力用户提出并采取了如下技 术改进措施及减少短路事故的措施。 1．优化选型要求 选型应选用能顺利通过短路试验的变压器并合理确定 变压器的容量，合理选择变压器的短路阻抗。 2．优化运行条件 要提高电力线路的绝缘水平，特别是提高变压器出线 一定距离的绝缘水平，同时提高线路安全走廊和安全距离 要求的标准，降低近区故障影响和危害，包括重视电缆的 安装检修质量（因电缆头爆炸大多相当于母线短路；对重 要变电站的中、低压母线，考虑全封闭，以防小动物侵害； 提高对开关质量的要求，防止发生拒分等。 3．优化运行方式 确定运行方式要核算短路电流，并限制短路电流的危 害。如采取装备用电源自投装置后开环运行，以减少短路 时的电流和简化保护配置；对故障率高的非重要出线，可 考虑退出重合闸保护；提高速切保护性能，压缩保护时间； 220kV及以上电压等级的变压器尽量不直接带 l0kV的地区 电力负荷等。 4．提高运行管理水平 首先要防止误操作造成的短路冲击；要加强变压器的 适时监测和检修，及时发现变压器的变形强度，保证变压 器的安全运行。 参考文献： [1]王晓莺.变压器故障与监测.2004. [2]徐树铨.电力变压器运行.1993. [3]陈宗穆.变压器原理与应用.1987. [4]变压器制造技术丛书编审委员会.变压器绕组制造工艺.1998. [5]姚志松,姚磊.中小型变压器实用全书.2003. [6]中石油人事服务中心.变压器检修工.2006. （上接第 342 页）不能够持久的。想比较而言，“金钱留人， 事业留人”的人才观可持续性更强点，但是时间一长，手下 人的忠诚度却常常出问题，随着司马氏的强大，臣子们纷 纷倒戈，“到哪不都是混碗饭吃吗？”，这正是下属对上司 缺乏感情的真实写照。 因此企业在对人才资源的管理上，不能单纯强调“金钱 留人”、“事业留人”或“感情留人”的哪一点，而应当并重。 不但要给予人才相应的报酬待遇，还要帮助他们去实现自 身的价值，更要尊重和维系他们的感情以提高他们对企业 的忠诚度。这样，企业在顺境时能够吸引到优秀人才并最 大限度地发挥他们的能力，而企业在逆境时，也能留住他 们帮助企业共度难关。 管理人才是一门艺术，不同的企业会面临不同的情况，但 是只有被管理者对管理者有信心，才是事业成功的前提条件。 而要使被管理者对管理者有信心，管理者自身具备的品德素养 是最重要的因素。曹操与刘备对待人才都能表现出充分的信任， 他们手下的谋士奇才也就对他们有信心，甘愿为其服务。 唐太宗曾说过：“以铜为镜，可以正衣冠，以人为镜， 可以见得失”。三国杰出的管理者，用自己的行动为我们塑 造了一面镜子，折射出了管理者的素质所凝聚的魅力。在 人才的任用方面，企业要综合曹操与刘备的长处，疑人不 用、用人不疑，充分授权，取人之长、优势互补。从曹、 刘二人的管理思想中，从发人深思的事例中，我们现代人 可以举一反三，触类旁通，开阔视野。这对于我们的现代 化管理，形成中国特色的管理方法也是十分有益的。 参考文献： [1]罗贯中.三国演义.北京:人民文学出版社.1979. [2]胡冰.三国人才学与现代领导艺术.沈阳:沈阳出版社.2001. [3]刘小芳.从《三国演义》想到现代管理.西藏民族学院学报(哲 学社会科学版).2005.09. [4]易中天.品三国.上海:上海文艺出版社.2006. [5]陈继征.论曹操的“奸”与“雄”.西安交通大学学报(社会科学 版).2000.03.