电力变压器短路故障后的诊断及分析

电力变压器是供电生产的主要设备之一，造价高，制造周期长。一旦发生故障，将对整个供电系统及电力用户造成极大的影响，而影响变压器安全运行的主要因素之一是短路冲击，变电站出口或近距离短路对变压器危害极为严重。通过历年对全国电力变压器运行情况和事故的统计分析,发现因外部短路故障引起的设备损坏事故逐年增多。扼制此类事故的上升势头,已成为提高电力变压器安全运行水平的关键。

1 变压器短路故障的原因

变压器本身抗短路能力不够是引起变压器短路损坏的主要原因。除此之外,运行管理不当也是一个不可忽视的因素。变压器抗短路能力不够,主要表现在一部分变压器在遭受低于规定强度的短路电流冲击且保护速动下,仍然发生绕组变形,甚至绝缘击穿。例如河南开封滨河站1台SFL6-31500/110变压器,因低压侧所带线路母线电缆三相短路爆炸,引起主变重瓦斯保护动作跳闸,造成变压器低压侧A相断线,铁芯移位。但其短路电流仅为额定电流的4.5倍,保护动作时间为0.08s。

变压器动稳定性能差,经受不住各种短路,究其原因大致有以下几点: (1)在变压器结构设计中,对作用在变压器绕组上的电动力,仅按静力学计算是不能正确反映变压器突发短路电流冲击时所承受的各种应力的。(2)选择导线不恰当,存在重视热性能而忽视机械应力的现象。(3)绕组轴向压紧力不够。(4)引线固定支点不够、支架不牢固、引线焊接不良等。 (5)内绕组与铁芯柱间支撑不够。(6)制造过程中工艺条件不规范,质量控制不严。

由以上分析看出,变压器的抗短路能力主要取决于结构设计和制造工艺,当然与运行管理和运行条件也有一定的关系。如有一些事故就是因保护失灵、开关拒动、失去直流等原因,致使短路故障切除时间过长,而在电、热的共同作用下导致变压器绕组损坏。统计事故中还有一些是运行中人为误操作引发的变压器短路事故。另外运行温度、绝缘老化等也是一些变压器发生短路损坏事故的原因。所以在变压器运行管理上也有需要总结和改进之处。例如山西太原新店站一台SFSZ7-31500/110变压器,因10kV系统故障导致直流消失,由手动操作跳闸,变压器由于受长时间短路电流作用而损坏。统计事故中还有一些是运行中人为误操作引发的变压器短路事故。另外运行温度、绝缘老化等也是一些变压器发生短路损坏事故的原因。所以在变压器运行管理上也有需要总结和改进之处。

还有一点值得运行和制造部门重视的是,绕组变形的累积效应所造成的严重故障隐患。最典型的实例是上述山西太原某变电站的SFZ7-31500/110变压器。据调查,该变压器在运行的7年间曾遭受多次短路冲击(开关速断动作64次,过流保护动作8次,跳闸后重合闸动作17次),但在运行或常规试验中没有发现任何异常,在停止运行前仍带满负荷运行。如果不是用频响法及时测试出低压绕组发生变形,那么很难说什么时候会发生事故。从中不难看出,变压器在运行中经多次短路冲击后,即使不立即发生击穿,也会因绕组的残余变形带来严重的故障隐患。因此,对于绕组已有变形而仍在运行的变压器来说,虽然并不意味着会立即发生绝缘击穿事故,但根据变形情况的不同,当再次遭受并不大的过电流或过电压、甚至在正常运行的铁磁振动作用下,也很可能导致绝缘击穿事故。所以,有些“雷击”或“突发”事故很可能隐藏着绕组变形的故障隐患。为此,运行和制造部门对此都应有充分的认识而不能存侥幸心理。

2 变压器短路故障后二次保护的动作

当变压器发生短路故障后，若故障发生在外部线路上，则主保护中的纵差保护动作使变压器跳闸，继而退出电网运行。

3 变压器短路故障的表现形式和危害

3.1 变压器绕组短路故障的主要形式

在变压器短路电磁力作用下，绕组损坏和引线位移是变压器短路故障最可能的后果。试验研究和运行实践均表明，变压器绕组的短路电磁力作用下的损坏模式主要有以下几种形式：

(1) 绕组变形导致匝绝缘破裂引起匝间短路，这种故障形式是直径较小的小型配电变压器受幅向拉伸电磁力作用在短路事故中损坏的主要形式。

(2) 绕组变形导致主绝缘强度降低而造成主绝缘击穿，绕组变形导致主绝缘强度降低，从而造成主绝缘的击穿事故，这是受幅向拉伸短路力作用的中型以上电力变压器绕组的主要损坏模式。因此，在进行变压器绕组短路强度设计时，必须考虑绕组在短路电磁力作用下残余变形的积累效应。

(3) 绕组的幅向失稳，由于紧靠铁心放置的变压器内绕组或多绕组变压器的中间绕组，在短路状况下，可能受到幅向短路电磁力所引起的周向压缩作用。中型以上变压器内绕组的幅向失稳是变压器在幅向短路电磁力作用下损坏的主要表现形式。

(4) 绕组的轴向失稳，绕组的轴向失稳是受短路轴向电动力和短路幅向电动力共同作用的绕组损坏的主要形式。

(5) 三相变压器绕组的整体位移与倾斜，变压器绕组的整体位移与倾斜发生在三相对称短路故障的情况下。

3.2 变压器绕组短路故障的危害

短路损坏变压器按照设备损坏程度统计结果。轻度损坏是指设备的绕组有变形,引线被烧断,但绝缘未损坏;中度损坏是指绕组明显变形,绕组或引线被烧断,绝缘受到一定程度损坏;重度损坏是指绕组严重变形、压板被冲断、绕组烧断、绝缘被击穿或烧坏,严重的则爆炸起火,变压器被烧毁。

变压器内部故障导致油流加速，可能导致重瓦斯动作，断路器跳闸，变压器退出电网运行。

4 变压器停运后的电气试验项目

在电网中运行的变压器，经常受到各种运行条件下的短路冲击。目前，有些国产大型变压器还达不到完全适应电网短路事故的要求，所以，由短路冲击造成的变压器故障时有发生。

变压器由于短路故障停止运行后，要做的试验项目有：变压器油的色谱分析;变压器绕组变形试验;变压器所有分接的直流电阻试验;变压器变比试验。