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电力变压器短路故障处理方法

时间:2012-07-05 来源:www.dqjsw.com.cn 编辑:李亮 点击:次 字体设置:

电力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。

电力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。这类故障的案例很多,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%一20%,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%一30%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。

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。

    (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。

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,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)技术改进措施。

  1)电磁计算方面。在保证性能指标、温升限值的前提下,综合考虑短路时的动态过程。从保证绕组稳定性出发,合理选择撑条数、导线宽厚比及导线许用应力的控制值,在进行安匝平衡排列时根据额定分接和各级限分接情况整体优化,尽量减小不平衡安匝。考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍,因此尽可能使作用在内绕组上的轴向外力方向与轴向力的方向相反。(信息来源:www.dqjsw.com.cn

    2)绕组结构方面。绕组是产生电动力又直接承受电动力的结构部件,要保证绕组在短路时的稳定性,就要针对其受力情况,使绕组在各个方向有牢固的支撑。具体做法如在内绕组内侧设置硬绝缘筒,绕组外侧设置外撑条,并保证外撑条可靠地压在线段上。对单螺旋低压绕组首末端均端平一匝以减少端部漏磁场畸变。对等效轴向电流大的低压和调压绕组,针对其相应的电动力,采取特殊措施固定绕组出头,并在出头位置和换位处采用适形的垫块,以保证绕组稳定性。

    3)器身结构方面。器身绝缘是电动力传递的中介,要保证在电动力作用下,各方向均有牢固的支撑和减小相关部件受力时的压强。在设计时采用整体相套装结构,内绕组硬绝缘筒与铁心柱间用撑板撑紧.以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上;合理布置压钉位置和选择压钉数量,并设计副压板,以减小压钉作用到绝缘压板上的压强和压板的剪切应力。
 

    4)铁心结构方面。轴向电动力最终作用在铁心框架结构上。如果铁心固定框架出现局部结构失稳和变形,将导致绕组失稳而变形损坏。因此,设计铁心各部分结构件时,强度要留有充分的裕度,各部件间尽量采用无间隙配合和互锁结构,使变压器器身成为—个坚固的整体。

    5)工艺控制和工艺手段。对一些关键工序,如垫块预处理、绕组绕制、绕组压装、相套装、器身装配时预压力控制等方面,进行严格的工艺控制,以保证设计要求。

(2)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。

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