变压器出口短路危害分析及预防

摘要：本文主要阐述了变压器在日常的运行中发生出口短路对变压器的危害。并从变压器发生出口短路的危害角度出发，分析了变压器出现出口短路的原因以及预防出口短路的相应措施。

关键字：出口短路  绕组绝缘  电动力  预防措施

引言：电力变压器在电力系统运转中，短路是人们努力避免而又不能绝对避免的，特别是出口短路，巨大的过电流产生的机械力，对变压器产生的危害是非常大的。因此，国家标准GB1094和国际标准IEC76都对变压器的承受短路能力作出了比较明确的规定，要求电力变压器在运行过程中，应能承受住各种短路事故。然而，近几年来对全国110kV及以上电压等级电力变压器事故统计分析表明，因对变压器的短路重视强度不够而引起的事故已成为变压器事故发生的主要原因。严重影响了电力变压器的安全、可靠运行。

一、变压器出口短路的危害

变压器在短路电流的冲击下，所产生的电动力和变压器过热将危及变压器的稳定性能。

1、电动力对变压器的危害。变压器在运行的过程中，本身存在着电流和漏磁场，在变压器绕组上将产生电动力，变压器中的电流大小和楼磁场的密度与产生的电动力是成正比的。不仅如此，电动力也与通过电流的平方成正比。在正常运转中的变压器导线上的电动力是很小的，由于突然发生短路，会产生十几倍至几十倍的电流，将产生几百甚至上千倍的与额定电流的电动力。极易造成变压器的绕组变形，导致变压器损坏。

电动力对电压器的破坏表现有：绕组压紧件变形和损坏，严重时会使上夹件的钢支板被顶弯、压钉的弯曲移位、压钉板的脱落、引线的木支架断裂、端部的纸压包环崩裂等，同时会造成绕组的变形：内侧绕组被压弯、外侧绕组被拉松或拉断、线饼间的油间隙变小、绕组线饼沿轴向发生形变、破坏匝间绝缘、引起绝缘击穿等等。变压器在多次承受了出口短路的冲击后，即使没有发生绝缘击穿和变压器掉闸，但是绕组已经了多次的累积形变，这些形变会导致绕组绝缘强度大大降低，当再次受到电流或电压冲击时，甚至在正常的铁磁谐振过的电压作用下都可能造成内部的绝缘击穿，导致变压器的损坏。

2、过热对变压器的危害，变压器绕组的电阻损耗和通过电流的平方、时间成正比。所以在变压器发生短路时，几十倍的额定的短路电流就会产生几百倍的绕组的电阻损耗，这些损耗就会产生热能导致绕组的温度快速上升。由于短路的时间一般只有几秒，所产生的热量根本来不及向外扩散，全部都会使绕组的温度升高。变压器在设计时，绕组上的铜导线允许的温度一般为250℃，设计的起始温度为105℃。只要断路器和保护装置可靠运作，短路的电流时间一般也不会超过变压器的热稳定要求，只有保护装置拒动或者短路电流长时间通过绕组时才会烧坏变压器。

二、变压器出口短路的原因分析

由于变压器的出口短路导致的变压器内部故障和事故的原因很多，但是最为关键的原因还是电磁线的选用。基于变压器静态理论设计而选用的电磁线，与实际运行时作用在电磁线上的应力差异是比较大的。

1、使用中采用了普通的换位导线。普通换位导线的抗机械强度较差，在承受短路机械力时很容易出现散股、变形和露铜等现象。采用普通换位导线时，由于短路时电流大，换位爬坡陡，导致该部位产生较大的扭矩，而处在绕组二端的线饼，由于轴向和幅向漏磁场的共同作用，也会产生较大的扭矩，致使扭曲变形。

2、变压器生产商在计算程序中是在线匝直径相同、漏磁场的均匀分布、等相位的力等理想化的模型基础上而编制的，而实际上变压器的漏磁场并非分布均匀，在铁轭部分相对比较集中，所以在这个区域的电磁线所受到机械力也相对较大，换位导线在换位处由于爬坡会改变力的传播方向，而产生扭矩，由于垫块弹性模量的因数、轴向垫块不等距分布，会使交变漏磁场所产生的交变力延时共振，这也是处在换位处、铁心轭部、有调压分接的对应部位的线饼首先变形的根本原因。

3、在运行变压器抗短路能力的计算时，没有考虑到温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。因为按常温下设计的抗短路能力根本不能反映变压器的实际运行情况，根据试验结果，电磁线的温度对其屈服极限的影响很大，随着电磁线的温度提高，其抗弯、抗拉强度及延伸率均会下降，在250℃以下抗弯、抗拉强度要比在50℃时下降，延伸率则下降40%以上。而实际运行中的变压器，在额定负荷下，其绕组的平均温度可以达到105℃，甚至最高的热点温度可达118℃。一般变压器再运行过程中均会有重合闸过程，因此，短路没有在很短的时间内消失的话，会在很短的时间内承受第二次短路电流冲击。由于在受到第一次短路电流冲击后，绕组温度已经急剧上升，根据GBl094的规定，最高允许250℃，这时的绕组抗短路能力已经大大的降低，这就是变压器在重合闸后容易发生短路事故的主要原因。

4、采用了软导线。这也是造成变压器抗短路能力变差的主要原因之一。由于早期对采用软导线的认识不足，或着是绕线装备以及工艺上的一些难度等，变压器制造商均不使用半硬导线或对变压器设计初期根本没有这方面的要求，从发生故障的变压器来看大多数都是采用了软导线。

三、变压器出口短路的预防措施

1、在变压器的中、低压侧加装绝缘热缩套。变压器的中、低压侧电压等级是指35kV及以下的，只要变压器的中、低压侧出线采用硬母线，就可以从变压器出口接线桩头到开关柜的母线，包括开关室内的高压开关柜底部母排，全部都加装上绝缘热缩套。相反，如果其采用的是软母线，则可以在变压器出口接线桩头和穿墙套管附近加装绝缘热缩套。这样可以有效的防止小动物等造成变压器的出口短路。

2、对于变压器的中、低压侧为35kV或10kV电压等级的变压器，由于其属于中性点和小电流接地系统，所以要采取以下有效措施来防止单相接地时发生的谐振过电压，引起绝缘击穿，从而造成变压器的出口短路。防止单相接地时发生谐振过电压的措施主要有：在电压互感器的二次开口三角处加装消谐器，比如加装微电脑控制的电子消谐器。一般使用的是WNX III型系列微电脑多功能消谐装置，它是控制铁磁谐振过电压、保护高压熔丝和电压互感器的比较理想的自动保护装置。WNX III型系列微电脑多功能消谐装置是电力电子技术和微电脑技术相结合的产物，其具有如下优点：消谐能力强、抗干扰性能好、功能齐全、可靠性高、运行时不改变一、二次接线，而且不需要对装置整定。电压互感器的一次中性点对地加装小电阻或者非线性消谐电阻。一般建议加装的是LXQ-10和LXQ(D)-35非线性电阻。针对电容电流超过规程标准的，则需要加装消弧线圈或者是自动调协消弧线圈。

3、对变压器的中、低压侧的支柱瓷瓶，包括高压开关柜，可以更换爬距比较大的防污瓷瓶，或涂刷常温固化硅橡胶防污闪涂料，所使用的常温固化硅橡胶防污闪涂料应符合DL/T627—1997标准，使用后可防止绝缘击穿造成的变压器出口短路。

4、不断得更新和完善变压器的保护配置。变压器的继电保护要采用微机化，双重化，尽量的去安装母线差动保护和失灵保护，以此来提高保护装置的可靠性、灵敏性和速动性。变压器的中、低压侧应配置限时速断保护，动作反应时间应小于0.5秒。以确保在变压器发生出口短路时，快速的完成切除故障，把出口短路对变压器的冲击和损害减小到最小程度。

5、要科学的计算保护定值，对流过变压器的故障电流进行快速的切除。例如，对于变压器的过流保护，应该尽可能的缩短动作时间，在满足与下一级保护相配合的条件下，越短越好，最长也不能超过2秒，尽可能的去减小过电流对变压器的冲击。对于终端变电所而言，电源测线路保护定值可以延伸到终端变的变压器内部，来增加保护动作的可靠性。

6、对于抗外部短路强度较弱的变压器或受过出口短路冲击发生变形的变压器，在系统短路跳闸后的自动重合或强行投运情况下，应该看到不利的因素。因此，应根据变压器发生短路故障时否能瞬时自动消除的概率，对近区架空线或电缆线路取消使用自动重合闸，或着采用适当延长合闸间隔时间来减小因重合闸带来的危害，一定要对短路跳闸的变压器进行仔细的试验检查。否则有可能会加重变压器的损坏程度，甚至使变压器无法重新修复。

7、对于新使用的变压器或者是没有作过变形测试的变压器应做一次全面的变形测试，保留测试后的相关数据。这样，可以在变压器受到出口短路冲击后，以此数据为基础，快速判断变压器的变形程度，认定变压器能否继续运行。及时的使未发生明显的绕组变形的变压器投入运行，这样不仅节省了大量的人力、物力，而且还大大得缩短了变压器的检修周期。

四、参考文献

[1] 康万银：《中小企业管理与科技》2009年10月上旬刊。

[2] 咸日常：《电力变压器出口短路事故的危害与防范措施》，《电力设备》 2006 年7卷 2期