变压器短路故障分析及处理措施探讨

【摘　要】变压器短路故障是变压器事故中发生概率较高、对设备威胁较大的问题之一，本文在阐述变压器发生短路时现象的基础上，分析了故障发生的主要原因，重点提出变压器短路处理的相关方案，以期为日常电力系统工作中变压器的维护和事故的预防处理提供理论指导。

【关键词】变压器；短路；处理

变压器在电力系统中承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务的功能，是电力系统的“心脏”，因此，其正常运行与否对电力系统的安全、可靠、优质、经济运行有着重要影响，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故不可能完全避免，近年来，随着我国电力系统发电容量的不断提高，变压器的利用率也在逐年上升，随之而来的变压器突发短路冲击后损坏几率大增，据不完全统计，已占全部损坏事故的40%以上。变压器一旦发生短路故障，强大的短路电流将造成严重危害，影响电网及设备安全运行。基于此，本文就变压器运行中的短路故障进行相关探讨，以供广大同仁参考借鉴。

１．变压器短路故障现象

变压器突然发生短路现象时，变压器的高压绕与低压绕组可能会同时通过高于额定值十几倍的短电流，使得变压器产生很大的热量，造成变压器的击穿损毁事件。一般而言，变压器出口短路的类型主要有如下几种，即单相接地、两相接地短路，两相短路，三相短路等。据相关统计资料显示，在中性点的接地系统中，单相接地短路约占所有短路故障的65%，两相地短路为15%～20%，两相短路约为10%～15%，三相路约为5%，当变压器为三相短路时电流值最大。如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：

I■■=U/■Z■,Z■=I■/U■

式中，I■■——三相短路电流；U——变压器接入系统额定电压；Z■——变压器的短路阻抗；I■——变压器的额定电流；U■—— 变压器的短路电压百分数。

对于变压器而言，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1O%以下。因此，当变压器一旦发生短路故障，强大的短路电流会导致变压器绝缘材料受热损坏，而由此产生的电磁力将是正常状态的上百倍，从而使得线圈、紧固件、铁芯等都受到很大的冲击力，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.变压器短路故障原因分析

变压器短路故障原因错综复杂，主要因素包括变压器本身的结构设计、原材料质量、工艺水平以及实际运行中的各种突况等，其中最重要的是电磁线的选用。结合实践经验，笔者认为造成变压器短路故障的原因主要有如下几方面：

1)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较大。2)变压器生产之前的程序计算是建立在漏磁场的均匀分布等理想化的模型基础之上的，这与事实不符，从而导致交变漏磁场所产生的交变力延时共振，最终会造成处在铁心轭部等对应部位内部的线饼首先变形。3)抗短路能力计算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。按常温下设计的抗短路能力不能反映实际运行情况，根据试验结果，电磁线的温度对其屈服极限影响很大，随着电磁线的温度提高，其抗弯、抗拉强度及延伸率均下降，在250°C下抗弯抗拉强度相较50°C时，下降约10%以上，延伸率则下降40%以上。而实际运行的变压器，在额定负荷下绕组平均温度可达105℃，最热点温度可达118°C。变压器运行时均有重合闸过程，因此若短路点一时无法消失，将在很短时间内(0.8s)连续承受第二次短路冲击，但由于受第一次短路电流冲击后，绕组温度急剧增高，此时绕组的抗短路能力己大幅下降，再承受第二次冲击，就增大了短路故障发生几率。4)换位导线选材质量得不到保证。采用了抗机械强度差的普通材料，难以很好地保证变压器短路时承受短路机械力的能力，从而出现严重变形、散股、露铜现象。5)绕组线匝或导线之间未固化处理，抗短路能力差。早期经浸漆处理的绕组无损坏。6)绕组的预紧力控制不当造成普通换位导线的导线相互错位。7)套装间隙过大，导致作用在电磁线一E的支撑够，这给变压器抗短路能力方面增加隐患。8)作用在各绕组或各档预紧力不均匀，短路冲击时造成线饼的跳动，致使作用在电磁线上的弯应力过大而发生变形。9)外部短路事故频繁，多次短路电流冲击后电动力的积累效应引起电磁线软化或内部相对位移，最终导致绝缘击穿。10)变压器制造中匝问绝缘存在缺陷，局部电场强度过大。

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。

3.1.3 强化保护工作

在系统运行时若发生短路故障，继电保护能尽快做出判断，提前切断变压器电源，预防短路带来的问题，是防范短路的重要装置。企业对于目前使用的继电保护装置，要做好改进处理，并安排专业人员进行定期检查，这些都是短路故障控制的策略，能够优化电力系统的内部结构形式。

3.1.4 强化处理

掌握先进的处理方式能够把短路造成的损失降至最低，对此，企业必须要借助于各类专业人才的运用。绕组变形是变压器短路的主要表现，在处理变形问题上要积极更新方式，掌握好先进的处理技术满足不同的设备要求，从而增强变压器设备的抗短路性能。

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。

3.2.4 干燥方面

一般而言，变压器受短路冲击后的维修工作需要一定的时间，因此，为防止变压器受潮，可采取如下两种措施：一是在每天收工前将变压器扣罩，使用真空泵对变压器进行抽真空，以抽去变压器器身表面的游离水，第二天开工时。使用干燥的氮气或干燥空气解除真空，一般变压器在检修后热油循环24h即可直接投入运行；二是每天收工后，对变压器采取防雨措施，在工作全部完工后，对变压器采用热油喷淋法进行干燥，这种方法一般需要7～10d的时间。

【参考文献】

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