线路故障引起变压器故障与防范措施的分析

【摘要】随着社会经济的不断发展，当前用电量日益激增，电网结构日益复杂，给电力线路及其设备设施增加了巨大的压力。在夏季，长时间的重负荷运行，在一定条件下，电力线路故障很有可能会引起变压器的故障，给正常的电力配送造成严重后果。本文通过具体的分析近年来的电力事故介绍了可能引发线路故障的因素，并针对故障原因提出了相关的防范措施。

【关键词】线路故障;变压器故障;防范措施

引言

近年来，通过我国输配电网的的技术升级和改造，目前大多数的电力设备都预装了保护装置，这大大降低了线路及配电变压器发生损坏的概率。但是线路及配电变压器发生故障的因素有很多，因此，不断加强线路故障及变压器故障的研究与分析显得尤为重要。

一、线路故障引发的变压器故障的原因

（一）自然灾害导致线路故障

由于配电线路经过的区域面积宽广且地形复杂，而配电线路大多都暴露在自然环境下。在雷雨台风季节，雷击等现象会产生较强的电场，发生放电现象，其中的电压大大超过了配电线路的电压，导致配电线路故障的发生。此外，超强的放电在空气中会产生强大的电磁感应，一旦这种磁场作用于线路上时，必然会影响配电线路自身的磁场，干扰线路的电压与电流。秋冬干燥季节山火发生几率增大，冬季容易造成线路覆冰，这两项对线路的安全运行同样有着影响。2008年冰灾对华南地区电网曾经造成严重影响。对2012以及2013年的事故进行统计分析，共计26起自然灾害事件中，雷击造成的有10起，山火和覆冰造成的有6起。可见雷击对线路的安全运行。

（二）重负荷运行下导致变压器故障

随着用电量的日益激增，以往的老旧配电线路在经过长时间的运行后，已经出现绝缘老化和破损的现象，已经不能负担起日益激增的配电输送，一旦检修或维护不及时或配电线路处于用电高峰时，很容易发生线路因重负载运行而发生的故障。变压器在经过长时间的重负荷运行后，变压器内部的零部件就会出现老化或损坏的现象。在这种情况下，变压器极有可能发生渗漏油的现象，从而引发配电变压器的故障。甚至影响到输电系统的正常安全运行。

（三）外力破坏导致的线路故障

随着城市化建设进程的加快，现在市政建设越来越多，这些工程的建设很大程度会对配电网系统造成破坏。其主要包括两个方面。首先，在进行里面路基深挖时，可能会造成地下敷设电缆的破坏。其次，城市绿化对线路造成的威胁，当前城市绿化建设进入了高速发展的时期，在绿色生态城市环境的同时，对配电线路的安全也带来了严重的威胁，在遇到刮风下雨时，非常容易造成树木或树枝对线路的破坏，从而引发线路事故。再次，在城市建设的过程中，临近输电走廊的工地会由于违规挖土，夯土，顶管对输电杆塔地基造成破坏，严重的时候会有倒塔的风险。大型起吊器械在工作过程中与输电线路安全距离不足导致放电引起线路跳闸。据统计南方电网公司内2012年发生了9起因外力破坏引起的电网非计划停电事件，2013年则有11起。在这20起事件中按照事故主要原因可归结为人为因素的一共有10起，其中有7起事故是因为市政施工调车起吊，大型车辆经过导线下方导致安全距离不足放电造成。

二、典型事故的分析

（一）2012年超高压某局500kV罗某站#3主变非计划停运

1.事件经过

220kV罗某线路B相近区故障（现场巡线结果为故障距离500kV罗某站1km）跳闸后，重合闸动作再次合于故障跳闸，同时，500kV#3主变第一套差动保护动作，第二套差动保护动作，非电量重瓦斯动作、压力释放阀动作，跳开主变三侧开关;站用电备自投装置动作，全部站用电负荷由35kV备用站用变供电。#3主变由重庆ABB公司生产，型号为ODFPS-250000/525，于2002年6月17日投运。该变压器最近一次预试时间为2011年5月，主要包括绕组绝缘电阻及吸收比、绕组直流电阻测试、绕组连同套管的介损和电容量测试、末屏绝缘、套管电容量及介损，试验结果均合格。

2.原因分析

（1）直接原因

2012年5月12日21时53分，220kV罗某Ⅰ线发生B相接地故障，接地时在距离变电站1032m处，重合于故障后58.5ms罗某站#3主变B相故障跳闸。在罗某Ⅰ线两次短路过程中，由#3主变提供的220kV侧短路电流分别达到12.2kA和12.3kA，持续时间分别为60.4ms和68.6ms，两次间隔1131ms。第二次短路过程中，变压器跳闸前，从故障主变高压串联绕组穿越电流达到4.78kA，接近该绕组的最大容许穿越电流4.9kA从该变压器故障后的试验检查情况分析，串联绕组的直流电阻从196mΩ降低到46.6mΩ，低压线圈对高中线圈、地的电容量增大23.64%。内部进箱检查发现：整个油箱内部污染严重;高压串联绕组的上部纠结区域线饼有烧损，220kV引线出头处绝缘件有破损及移位，上箱盖变形;高压线圈上端小角环受损移位，压圈下部铁轭垫块有移位受损，高压外侧围屏爆开，围屏绑带拉断。如图1所示。

图1

综上事件的直接原因为：#3主变是在经受2次连续近区接地故障后，在短路电流引起的强大电动力作用下，内部发生短路，引起变压器内部故障。

（2）间接原因

故障相变压器的抗短路能力不足，在穿越电流未达到最大容许穿越电流的条件下，变压器内部发生故障。

3.暴露问题

重庆ABB公司生产的型号为ODFPS-250000/ 525的故障相变压器制造质量不良，设计时未能充分计算短路电流值，抗短路能力不足。

（二）2013年广西某局110kV某站#1主变非计划停运

1.事件经过

2013年7月9日21时57分19秒，110kV朝某站10kV朝某907线路电流Ⅰ段动作，重合闸不成功，21时57分22秒，110kV朝某站#1主变差动保护出口动作，跳开#1主变两侧开关，#1主变本体保护发“本体轻瓦斯”信号，21时57分23秒，10kV备自投动作成功，110kV朝某站无负荷损失。事件造成110kV朝某站#1主变绕组严重变形损坏，设备退出运行。经配网人员巡线，发现在110kV朝某变电站附近的人民东路人防工程施工的钩机因施工不慎造成10kV朝某907线路跳闸（钩机作业时触碰线路#3杆拉线造成电杆严重倾斜导致线路相间短路），故障点离变电站120m。

2.原因分析

（1）直接原因

110kV朝某站#1主变连续2次受到低压侧近区短路电流冲击后，主变低压绕组发生严重变形，低压A相绕组匝间短路，低压绕组接地，铁芯内部接地，主变差动保护动作。

（2）次要原因

110kV朝某站外钩机作业时触碰10kV朝某907线路#3杆拉线造成电杆严重倾斜导致线路相间短路，造成110kV朝某站#1主变近区短路故障。

3.暴露问题

110kV朝某站#1主变抗短路能力差。该主变生产于1995年，在馈线907线路故障短路电流14.6kA的冲击下，变压器动、热稳定即遭到破坏，与该主变的边际短路电流计算值2.330753kA有较大差距，主变抗短路能力差，达不到设计值要求。

三、线路故障引起变压器故障的防范措施

（一）针对外力破坏的防范措施

针对外部破坏的防范，首先可以利用各种宣传手段普及电力设施保护方面的法律知识和重要作用。例如宣传单、海报、电视媒体广告等，以此增强人们对于配电线路的维护和相关电力知识的了解。其次，严厉打击非法破坏电力线路及电缆的破坏活动。再次，电力工作管理人员不仅要加强对电力设备设施的巡视、检查以及维修等工作，还要严格按照相关管理措施和流程，保证电力线路的运行时符合相关要求的。若在巡视时发现存在着一定的安全隐患，就要进行及时维修。最后，建立健全电力线路杆塔、埋地电缆标志牌或警告牌等的建设，电力部门应当及加强与市政部门、城市规划管理部门等相关部门的联系与沟通，加强各部门间业务上的合作与沟通，以此规划出更加合理、安全的电力设施建设。相关法律条文也有明确规定，《电力设施保护条例》第三条、第四条，《电力设施保护条例实施细则》第十三条、第十八条均有明确规定电力设备受法律保护。

（二）加强变压器的上游质量控制工作

变压器设备的安全关系着正常供电，因此加强变压器的质量和监造工作，将有利于增强变压器的运行能力和运行时间，进而降低变压器发生事故及故障的概率。这就要求广大企业在变压器的采购过程中做好三个方面。首先，在编写工程项目的技术协议书的时候明确变压器各项技术参数，做好系统可能出现的短路电流计算从而从结构、选材上完善变压器质量。其次，变压器的选择可以采用公开招投标的方式，择优选取实力雄厚、质量优越、技术含量高、事故发生率低的厂家。同时派遣专业人员认真做好驻厂建造等工作，严格进行变压器质量的把关。

（三）提高变压器负荷侧设备的绝缘水平

一般情况下，由于配电网络中的负荷侧设备电压等级较低，往往导致其被忽视。当如果一旦发生绝缘故障就会造成更大的危害，进而造成变压器的损伤。尤其对于架空线路和电缆线路来说，都及其容易发生故障。归结起来，关于此类问题可以积极采用下列措施进行防范：

1.分别在变压器的中、低压侧加装可以绝缘的热缩套，从而防止动物钻入造成的变压器出口短路故障。2.针对变压器的中、低压侧为35kV及10kV电压的变压器，或者是电流超过10A的35kV不接地系统的变电站进行自动跟踪补偿消弧线圈的安装。以便于有效防止中性点不接地系统发生单相弧光接地过电压扩大成相间短路事故的发生。3.将变压器中的开断容量变换成更大的断路器，以确保事故发生的原因不是由开断容量不足而引起的断路器爆炸造成的变压器出口短路。4.不断加强变压器的巡查工作，切实做好变压器的后期维护工作。此外，还要加强输电线路安全运行环境的清理和治理，尤其是变压器周围出口及近区的治理。

（四）加强电力设备的巡视与预防性试验

运行的日常巡视必须保质保量的完成，每台变压器须保证15分钟以上的巡视时间，详细检查套管油位、油枕油位，连接处有无渗漏油，顶层油温与绕组温度与环境温度、负荷水平是否相符，运行声音是否正常等。同时在夜间开展红外测温，仔细观察油位，散热片有无堵塞等异常状况。对变压器的安全运行检测依靠的是多个技术项目的综合分析进行的，其中包括变压器的油化试验、电介质的损耗、绝缘体的损耗、绕组变形、绝缘电阻等。尤其是对变压器油中溶解气体的组分含量的测试是最重要的内容。进行变压器烧组变形测试是判断主变压器在受短路冲击时损坏程度的重要依据，对那些新投入运行的变压器来说都应该对其进行一次烧组变形测试，可以得到并记录出各种质量、型号。在具体条件下的测试结果，这有助于建立并完善在110kV及以上变压器电压等级的烧组变形测试的档案数据库，以此作为日后处理变压器事故或故障的判断依据。

（五）运用色谱分析技术在线监测

运用色谱分析技术可以实现对变压油的在线监测，能够有效避免由变压器制造质量问题二引发的故障问题。现阶段我国安装油色谱在线监测装置的变压器主要集中在220kV主变压器上。按照上级的反措要求，故而在220kV电压等级及以上变压器上一般是安装三组分油色谱气体连续在线监测装置，这样能最大化的保证220kV电压等级及以上变压器的安全运行。珠海供电局500kV国安站#1主变在2009年投产并且安装了油色谱在线监测装置，2011年通过油色谱在线监测装置发现了#1主变三相含气量超标。通过持续关注，含气量并无突变，最后安排在2013年进行停电滤油处理后恢复正常。

（六）科学合理计算保护定制，消除保护死区

在实际的变压器维护工作中，对中、低压电网的保护一般采用的都是安装微机线路保护装置，并积极缩小低压侧保护用与高压的保护间的等级上的配合差别。正常运行中的变压器低压侧的故障自动切除的时间应当在两秒以内，从而保证电流对变压器冲击的最小化。但是对于终端变电站来说，电源侧线路保护定值可延伸到终端变电站的变压器内部，在一定程度上将增加保护动作的可靠性。

四、结语

由配电线路引起的变压器故障往往不是单一原因诱发的，故而，我们要对可能引起线路故障从而引发变压器故障的因素进行全面的综合分析和研究试验。此外，还要加强各种有效检测手段的应用，严格执行标准化的指导作业，这对电力线路及变压器的正常运行具有重要意义。

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