电力变压器抗短路能力提升研究综述

电力变压器抗短路能力提升研究综述

刘广志 陈山

山东泰开变压器有限公司， 山东 泰安市 271000

摘要：随着经济和电力行业的快速发展，为了获得更优质的用电质量，国家对电网结构进行了优化，尤其是变压器的优化，直接关系到用户的用电感受。加强电力设备的优化管理，是确保电力设备安全、可靠运行的重要管理措施，可保证电力的优质供应，提高用户用电质量。由于变压器的电力变压器直接与用户相连，且大多数的配电变压器直接暴露在外，易受到外界因素的影响，因此常发生相对地短路故障。当外界因素引起变压器短路故障时，变压器可能会受到不可逆的损伤，对用户生活、生产造成很大的影响。电力变压器的抗短路能力是保证电网稳定运行的关键因素之一，但我国电力变压器抗短路能力差一直困扰着很多厂家。为了提高变压的抗短路能力，近年来很多学者在电力变压器抗短路能力提升方面进行了大量研究。

关键词：电力变压器；抗短路能力；提升研究

引言

为了提高变压器短路故障在线监测及诊断识别能力，提出了一种变压器在线监测和短路故障的综合诊断方法。基于电压测量和电流测量的系统模型，设计了对变压器线路运行状态的在线监测装置；并通过搭建仿真模型，对线路发生不同短路故障时的运行状态进行分析和对比；最后对该在线监测装置的测量性能进行试验验证。

1 变压器承受运行短路故障的意义

虽然短路试验模拟三相短路，只是各类短路工况中的一种，但试验验证变压器承受短路能力依然有较强的价值，针对本文中的研究结构，如下几点研究结论或控制点值得关注：1）双绕组变压器低压侧三相短路试验能模拟运行中可能发生的所有短路工况。2）三绕组变压器通过中低短路试验可以保障运行后低压承受短路的能力。3）三绕组变压器单相短路产生的中压轴向电磁力比三相短路大，在自耦变中更明显，应采用必要的加强措施，如采用自粘性换位导线，增加压紧结构和拉紧结构的强度等。4）单相短路电流的增加不一定引起中压辐向应力的提高，工程中进行抗短路能力安全性判断时应考虑运行工况的影响。5）特殊工况下高压短路电流比试验条件下电流略有增加，考虑标准电流偏差要求及短路试验的理论化，判断高中短路试验验证高压承受短路能力是合理的^[3]。

2 电力变压器抗短路能力提升对策

2.1 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。

2.2 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]。

2.3 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。

2.4 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]。

3 结语

变压器投运后绝缘老化与短路累积影响加大，设备制造企业与设备管理单位若达不成可靠产品安全运行的共识，行业若无法一起行动，本文中所讨论的低压短路问题将成为重大隐患。优化电力变压器抗短路能力需从多个方面入手，建立准确的电力变压器受力模型，对受力点进行受力校核，找出电力变压器的薄弱点，从机械特性和绝缘特性两方面上进行改进。目前对电力变压器抗短路能力的措施很多，但在电力变压器抗短路能力的问题上，除了应考虑抗短路能力外，还应该考虑生产成本，在保证电力变压器有足够抗短路能力的基础上降低成本，这也是未来对变压器抗短路能力优化的一个方向，能为厂家提供一个很好的参考和借鉴。

参考文献:

[1]于波.分析电力系统中变压器抗短路能力提高的办法[J].电子制作，2013（21）：192.

[2]康涛.试论电力系统中变压器抗短路能力提高的办法[J].科技致富向导，2012（29）：418-419.

[3]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.

[4]华中工学院，上海交通大学.高电压试验技术[M].北京:水利电力出版社.1985

[5]齐浩.如何提电力系统的高抗短路能力[J].科技创新与应用，2014，（18）.