变压器出口短路的危害及预防措施

2023-02-25

电力变压器是电网的核心设备之一, 其稳定、可靠运行将对电力系统安全起到非常重要的作用。然而, 由于设计、制造及运行维护水平的限制, 变压器的故障还是时有发生, 尤其是近年来逐步引起人们重视的变压器近区或出口短路 (以下简称出口短路) 故障, 大大影响了电力系统的安全稳定运行。统计资料表明, 80%以上的变压器损坏是由于变压器出口短路的大电流冲击造成的。因此, 加强变压器的运行维护, 采取切实有效措施防止变压器出口短路, 对确保变压器的安全稳定运行有重要的意义。

1 变压器出口短路的危害

在发生出口短路时, 变压器绕组在电动力和机械力的作用下将产生永久变形。绕组变形包括轴向和径向尺寸的变化, 器身位移, 绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。变压器绕组变形后, 有的会立即发生损坏事故, 更多的是仍能继续运行一段时间, 这段时间的长短取决于变形的部位和严重程度。显然, 这种带病运行的变压器存在故障隐患, 这是因为以下几点。

(1) 绕组机械性能下降。当再次遭受短路电流冲击时, 将承受不住巨大的冲击电动力的作用而发生损坏事故。

(2) 绝缘强度发生变化, 或固体绝缘受到损伤, 导致局部放电发生。当遇到过电压作用时, 绕组便有可能发生饼间或匝间短路, 导致变压器绝缘击穿事故;或者在正常运行电压下, 因局部放电的长期作用, 使绝缘损伤部位逐渐扩大, 最终导致变压器发生绝缘击穿事故。

(3) 累积效应。运行经验表明, 运行变压器一旦发生绕组变形, 将导致累积效应, 出现恶性循环。

因此, 对于绕组已有变形但仍在运行的电力变压器来说, 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, 当再次遭受并不大的过电流或过电压, 甚至正常运行的铁磁振动作用下, 也可能导致绝缘击穿事故。所以, 在有的所谓“雷击”或“突发”事故中, 很可能隐藏着绕组变形故障因素。

2 防止变压器出口短路的技术措施

(1) 在变压器中低压侧加装绝缘热缩套。对电压等级为35k V及以下的变压器的中、低压侧, 若其出线采用硬母线, 可从变压器出口接线桩头一直到开关柜的母线, 包括开关室内高压开关柜底部母排, 全部加装绝缘热缩套;如出线采用软母线, 则可在变压器出口接线桩头和穿墙套管附近加装绝缘热缩套, 这样可有效防止小动物等造成的变压器出口短路。

(2) 对中低压侧为35k V或10k V电压等级的变压器, 由于其中性点属于小电流接地系统, 所以要采取有效措施防止单相接地时发生谐振过电压而引起绝缘击穿, 造成变压器的出口短路。可采取的措施有: (1) 在电压互感器的二次开口三角加装消谐器, 如微电脑控制的电子消谐器; (2) 在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; (3) 对电容电流超过规程标准的, 加装消弧线圈或者自动调谐消弧线圈。

(3) 对变压器中低压侧的支柱瓷瓶, 包括高压开关柜, 更换爬距较大的防污瓷瓶, 或者涂刷常温固化硅橡胶防污闪涂料 (RTV) , 以防止绝缘击穿, 造成变压器出口短路。常温固化硅橡胶防污闪涂料应满足DL/T627-1997标准。

(4) 核算变压器中低压侧开关的开断容量, 防止因开断容量不足引起开关爆炸, 造成变压器出口短路。

(5) 将变压器、母线及线路的避雷器更换为性能良好的氧化锌避雷器, 以提高设备的过电压水平。

(6) 完善变压器的保护配置。对变压器的继电保护, 应尽量实现微机化、双重化;尽可能安装母线差动保护、失灵保护, 提高保护动作的可靠性、灵敏性和速动性;变压器的中低压侧应配置限时速断保护, 动作时间应小于0.5s, 以确保在变压器发生出口短路时, 能可靠、快速地切除故障, 减小出口短路对变压器的冲击和损害。

(7) 对进线为双电源备用电源自投的110k V变电站, 要采取措施, 防止备用电源自投对故障变压器的再次冲击。

(8) 对于新建和技改项目, 应选用短路阻抗高、抗出口短路能力强的变压器, 并采用合理的主接线方式, 以降低短路电流。特别对离大电源距离近的大容量变压器更要选择高的短路阻抗。此外, 也可采用分裂变或者加装电抗器等方法来降低短路电流。

3 防止变压器出口短路的管理措施

(1) 加强对变压器保护的年检以及继电保护的定值、保护压板的管理工作, 确保其动作的正确性, 杜绝在故障时因保护拒动对变压器造成的损害。

(2) 科学合理地计算保护定值, 消除保护死区, 以快速切除流过变压器的故障电流。例如, 对变压器的过流保护 (后备保护) , 应缩短其动作时间, 在满足与下一级保护配合的选择性条件下, 越短越好, 最长也不应大于2s, 以减小过电流对变压器的冲击。对于终端变电站, 电源侧线路保护定值可延伸到终端变的变压器内部, 以增加保护动作的可靠性。

(3) 对于抗外部短路强度较差的变压器或者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时, 均存在不利的因素。因此, 应根据短路故障是否能瞬时自动消除的概率, 对近区架空线 (如2km以内) 或电缆线路取消使用自动重合闸, 或适当延长合闸间隔时间, 以减少因重合闸不成而带来的危害。尽量对短路跳闸的变压器进行试验检查, 防止加剧变压器的损坏程度, 以致失去重新修复的可能。

(4) 加强对线路的巡视, 及时砍伐长高的树木, 防止线路接地造成的变压器出口短路或者引起的过电压。

(5) 加强电缆沟封堵, 严防小动物进入开关室, 避免小动物引起的单相接地造成变压器的出口短路。

(6) 对于全封闭的开关室, 应加装排气扇或抽湿机, 始终保持开关室的干燥, 防止设备凝露及污闪事故造成的变压器出口短路。

(7) 加强对变压器出口处避雷器的预试和运行维护, 确保其对因雷击等产生的过电压的吸收, 防止避雷器损坏造成的变压器出口短路。

(8) 加强变电设备的运行管理, 及时发现、及时处理设备缺陷, 保证变压器的正常运行。

(9) 加强技术监督, 严禁设备超周期运行, 对室内母线及瓷瓶定期进行清扫, 及时进行耐压试验, 确保设备绝缘良好。

(10) 每年安排2次以上的设备红外线普测;积极开展避雷器、绝缘、高压开关SF6气体等项目的在线监测, 及时掌握设备运行状况。

(11) 对新投运的变压器和未做过变形测试的变压器, 进行一次变形测试并保留测试数据, 以便在变压器遭受出口短路冲击后, 以此作为基础数据判断变压器的变形程度, 认定变压器能否继续运行。

(12) 加强对电网规划、建设的科学管理, 合理安排运行方式, 限制短路电流, 减小出口短路对变压器造成的损害。

摘要：笔者结合实际分析了变压器发生出口短路的危害, 从技术措施和管理措施两个方面说明了如何防止变压器出口短路。

关键词：变压器,出口短路,预防措施