变压器短路故障的防范措施

变压器短路故障的防范措施

王立红

(山东鲁能泰山电力设备有限公司山东省泰安市271000)

摘要：随着社会在不断的发展，电力在我国已经被广泛应用。电力变压器运行时突发短路将产生比稳态短路还大的冲击电流，尽管变压器安装了过电流保护装置，但仍会在线圈上产生强大的冲击电磁力，将其移位和损伤，严重的还将使电力变压器发生爆炸和火灾。文章分析了变压器发生短路时的现象、使用仪器检测寻找原因以及对短路故障采取的处理方法。

关键词：变压器故障；原因分析；改进措施

引言

随着国民经济的增长,社会生产力水平的提高,电力需求量不断增加。在电力系统中,变压器是主要设备之一,其运行的可靠性直接关系到电网系统以及所带负载能否安全运行。随着用电负荷的增多,所用变压器的不断增加,变压器的故障也在增多。变压器的故障主要表现在外部短路、密封不良、设计制造工艺不良及安装不妥等,其中外部短路是引起变压器损坏的首要原因,而变压器本身抗短路能力不够是造成设备损坏主要原因。电力变压器短路故障的理论研究很多,主要有介绍变压器短路故障及原因,提出诊断短路故障的方法,但仍然存在着不足和缺陷,急需理论分析完善,以便提出更合理的故障诊断和保护方法。本文主要分析电力变压器正常工作状态以及原、副边短路。

1电力变压器的发生短路故障的现象

变压器突然发生短路现象时，变压器的高压绕组与低压绕组可能会同时通过高于额定值十几倍的短路电流，这样会使变压器产生很大的热量，就会造成变压器的击穿损毁事件。变压器出口短路主要包括以下几种类型：单相接地、两相接地短路，两相短路，三相短路等。由相关统计可知，在中性点的接地系统当中，单相接地短路约占所有短路故障的65%，两相接地短路为15%～20%，两相短路约为10%～15%，三相短路约为5%，当变压器为三相短路时电流值最大。如果忽略了系统的阻抗对短路电流的影响，那么三相短路可以表达为：

式中：

对于变压器来说，高压对中、低压的短路阻抗通常在10%～30%之间，而中压对低压的短路阻抗通常在10%以下。所以当变压器发生了短路故障的时候，强大的短路电流会导致变压器绝缘材料受热损坏。由此产生的电磁力将是正常状态的上百倍，如此强大的电磁力可能会使紧固件、铁芯、线圈等都受到非常大的冲击，具体表现为：（1）线圈发热向外膨胀变形，甚至烧毁发生火灾或爆炸；（2）线圈上下串动；（3）油道松动；（4）铁芯变形、松动，冲片之间接缝变大，呈现鼓肚现象；（5）端部绝缘破裂；（6）导线绝缘受损伤；（7）铜铝接头断裂，焊缝断裂等。

2变压器短路故障的问题分析

2.1结构短路分析

（1）温度和绕线方式是导致变压器短路的重要因素。温度对导线的强度和弯度有很大的影响，当导线的温度过高时，使导线的弯度、强度有所下降，导线的延伸率也会下降。变压器中所使用的导线都是在常温下使用的导线，没有专门适用于高温的导线，而变压器的绕组温度高于常温，甚至可在100℃以上。绕组温度的过高，会使导线的强度和拉强度明显下降。绕线松散、导线与线匝间固化措施较差使得导线在运行中很容易出现变形，造成变压器短路。

（2）导线的不同对变压器造成短路的效果不同。普通导线的机械强度较差，在外力作用下经常发生导线变形和露铜的情况。在额定电流下，扭矩较大的两个部位包括换位导线爬坡处以及绕组两端的线饼，扭矩大的直接结果就是导致导线扭曲甚至变形，从而大大增加了变压器内部短路的风险。软导线是早期造成变压器短路的最主要的原因。由于认识不足以及成本问题，厂家在生产时采用软导线而不是硬导线，使得由于导线类型造成的变压器短路成为较为主要的原因。

2.2运行短路分析

变压器长时间的运行中，短路电流液也会导致变压器短路。一般情况下，当短路故障发生在电流速断保护范围内时，在无延时情况下，继电保护装置能够迅速切除故障，当出现机械作用固有延时等情况，短路电流持续的时间一般不会超过250ms，但是实际情况却与此有所不同：首先，由于继电保护的选择性，配电侧的保护一般不采用电流速断保护，而是采用定时限过电流保护，配电侧也正是短路多发部分；其次，继电保护虽然要求速动性、选择性、灵敏性和可靠性，可是也不免发生继电保护装置拒动的情况，而当保护拒动时，故障存在时间会较长，有时会到好几分钟甚至几小时，这时变压器导线承受大的短路电流的时间大大增加，超过其热稳定性就会造成短路故障；最后，电力系统的安全稳定可靠运行要求继电保护需配备重合闸装置，如果故障为永久性故障，那么重合闸的过程就会对变压器产生二次冲击，短路刚发生时产生的过电流已经使变压器导线温度急剧升高，导线的扛弯性已经很差，二次冲击电流则很可能导致变压器发生短路事故。

2.3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变压器短路故障预防及处理策略

3.1.1做好方案优化工作

优化设计。把握好产品的质量是根本，这就需要生产商家在设计变压器时应充分考虑其使用性能，将抵抗短路作为一项重要的参考指标进行改进。由于很多变压器都采用了绝缘压板，且高低压线圈共用一个压板，该结构要求要有很高的制造工艺水平，应对垫块进行密化处理，在线圈加工好后还要对单个线圈进行恒压干燥，并测量出线圈压缩后的高度；同一压板的各个线圈经过上述工艺处理后，再调整到同一高度，并在总装时用油压装置对线圈施加规定的压力，最终达到设计和工艺要求的高度。在总装配中，除了要注意高压线圈的压紧情况外，还要特别注意低压线圈压紧情况的控制。

3.1.2强化检查工作

企业在采购了一批变压器设备后，在投入使用前要对产品进行试验检测，检查过程中要对变压器设备实施多方面的试验，从性能参数、设备结构、内部材质等方面综合考察，确保变压器能够满足电力设备的运行要求。这是降低短路问题的重要策略。

3.2重视相关方面事项

3.2.1绝缘方面

改善绝缘性能不但有助于设备运行的需要，还能维护系统运行的安全。在处理变压器故障时，要加强对设备绝缘性能的检测，从而有效避免漏电、失电问题导致的故障。故障处理过程中，需要采取新型的绝缘材料，并把握好变压器的安装位置。

3.2.2时间方面

在开展各项检查时要掌握好时间，对于其内部注油之后要在1d内尽快观察，以掌握最准确的变压器情况。此外，为防止故障问题不断加重导致电力设备的损坏。在处理故障时要尽可能在几小时内把握好故障处理。

3.2.3材料方面

使用材料时主要是关注绕组材料的使用性能。为保证各项设备结构的协调运行，对于绕组材料的选择要结合变压器的型号来决定。在绕组材料的挑选上通常都要保持足够的机械强度，将各支撑结构体系相互稳固起来，提高绕组材料的使用效率。

结语

变压器如果发生了短路故障，强大的短路电流将造成严重危害，影响电网安全。只有在事故发生后进行详细测量和分析，才可以准确地找出发生事故的性质及原因，提出合理的解决处理办法，才能使故障尽快得到解决。工作人员应当采取系统性的防范措施来降低变压器发生短路的几率以及短路电流，并且需要使用自身抗短路冲击能力较高的变压器，才能够保证设备的安全运行。

参考文献:

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[2]麻枫桦，任翔．电力变压器的短路故障与改进措施[J]．新疆电力，2006，（3）．