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1、评审论文关于对电力变压器短路的认识杨红军山西省侯马发电厂电气车间二四年五月十四日关键词：变压器 短路 事故 电流 措施6关于对电力变压器短路的认识摘要：分析电力变压器短路造成的危害和损失，通过对具体事例进行短路电流及电动力计算并加以分析，阐明变压器承受短路能力的重要性；分析 110KV 电力系统因短路性质及位置的不同而使电力变压器承受不同短路电流和电磁力，如三相短路发生在变压器出口，引起的冲击电流相当于几倍乃至几十倍的额定电流，承受的电动力是额定载荷的上千倍；阐述造成变压器短路的主要原因是变压器本身机械强度不够和运行中误操作及管理不当；并建议厂家改进制造工艺，用户加强运行与检修管理，双方密切联
2、系，使短路事故得到有效防止。关键词：变压器 短路 事故 电流 措施在我国的电厂中，大多采用 110kv 变压器在电网中运行，这些变压器不可避免地会受到各种短路事故的威胁，其中包括单相对地短路、两相对地短路、两相之间短路、三相之间短路，甚至最严重的变压器的出口短路。当发生短路事故时，绕组中将流过很大的短路电流。在短路电流的作用下，一方面产生巨大的电动力，致使绕组发生变形，进一步扩展成匝间、饼间短路，高、中、低压线柱间短路，甚至将机身崩掉；另一方面，强大的短路电流会造成绕组过热而烧坏绝缘。因此，要求变压器有足够的动稳定及热稳定性。电力变压器的设计结构必须能够耐受住外部系统发生短路所引起的机械应力的
3、作用。应在标准规定的条件下承受外部短路的热、动稳定效应而无损伤。一台大型电力变压器在系统运行，如发生短路损7坏，则会导致大面积停电，其检修期要在半年以上，造成的损失是巨大的，这一点是众所周知的。因此，避免和解决这一问题成了当务之急。一、短路电流的分析变压器在系统中运行，系统的实际短路容量是一定的，标准把它规定为该电压等级的表观容量。例如，110KV 系统为 800MVA，在实际实验一台 31500KW/110KV 变压器时，系统阻抗只占 3.6%。假如一台变压器与一能量为无穷大的网络系统相连，而电流相当与流经变压器绕组的三相短路电流的第一个峰值，按 GB 规定，当非对称系数为1.8 时，代表实
4、际上可能发生最严重的短路情况，以此为基础，三相短路电流的最大值为328 . 1223 RXUI ch式中：U线电压折算到变压器低压侧的电阻22RX如：候马市 2004 年 5 月 11 日凌晨有大暴雨，至 01：50 时，候马电厂 110KV 变电站主控室蜂鸣骤响，2#主变 35KV 侧 302 开关穿墙套管有电弧及爆炸声，紧接着 2#发电机各侧开关跳闸，因 1#机变正在大修，所以 35KV 母线失压，110KV#102 及 35KV#302 开关差动动作跳闸。断开 35KV 所有开关，检查发现，在 2#主变 35KV 侧 302 开关穿墙套管处瓷瓶因污闪造成短路，致使瓷瓶炸裂，因此初步认为因
5、污闪致使 2#主变 35KV 侧发生三相短路事故。经对该变取油样分析，其结果总烃为事故前的近 4 倍，C2H2比重8也很大，H2含量判断为内部有高能量放电性故障，并作进一步的定位分析确认为变压器出口短路。下面我们计算一下此种情况下的短路电流：短路故障电流的计算：该变铭牌参数如下表所示：型号短路损耗（kw）阻抗电压（%）21P31P32P 21U31U32USFS-31500/110222 165.5 210.516.4 6.05 9.81) 计算短路电阻(折算到低压侧)5 .8825 .2105 .165222 2)32()31()21( 1KKK KPPPP7722225 .2105 .16
6、55 .13325 .1655 .21022232KKPP则)(0094. 010315001177)(0165. 0103150011135)(0108. 01031500115 .88103 2233 2223 22 3 22 1 1KKNNK KRRSUPR2) 短路电抗的计算275. 024 .168 . 905. 6(%)075.10205. 68 . 94 .16(%)65.1228 . 905. 64 .16(%)321KKKUUU9则有)(012. 0315001011275. 0)(387. 0315001011075.10)(486. 031500101165.122322
7、21KKKXXX三相短路电流周期分量有效值的计算)(78.41 3)012. 0()0094. 0(1011223223kA RXUId 短路电流最大值为)(35.10678.418 . 123kAich二、短路电动力分析在短路状态时，变压器额定电压全部加到变压器阻抗电路中，此时，短路电流将达到额定电流的几倍到几十倍，这巨大的短路电流流经绕组，一方面产生很大的损耗，使绕组发热，导致温度急剧上升，造成变压器的绝缘脆化，而使变压器退出运行；另一方面，短路电流产生的巨大的电动力，在该电动力作用下，绕组饶饼与线饼之间，引线与引线之间以及线匝与线匝之间均产生强烈的相互运动，导致变压器的绝缘发生机械损伤而
8、造成内部短路。这是发生短路时损坏变压器的主要原因。短路电动力的大小，不仅决定于变压器和系统的短路阻抗（指对称分量），还决定于短路开始瞬间一次电压的相位角（指非对称分量）。在绕组内部，匝与匝、饼与饼、层与层之间的电流方向均相同，该电流产生的电动力称之为内力。在该内力作用下，绕组内部各导线紧10紧靠在一起，有缩成一团的趋势。在绕组外部，一次绕组与二次绕组之间，一个为顺时针方向流过电流，另一个必然为逆时针方向流过电流，该电流产生的电动力称之为外力。在外力作用下，内外绕组之间、高低压引线之间、同一绕组但电力方向相反的引线之间（低压线端母线排与中性点母线排）将互相排斥，压迫铁心、压板、夹件、压钉等结构件
9、。当变压器突然短路时，数倍乃至数十倍的短路电流产生的巨大电动内力和电动外力，将有使变压器器身结构失去稳定的趋势。还以上述事故为例,最大冲击系数6 .20286.5241063503Nch Zi这时,绕组承受的电动力为NNFFF410462即,出口短路事故后,绕组承受的最大电动力为额定荷载时的41046 倍,强大的电动力可能使绕组被蹦断或被压得变形,如果继电保护没有及时动作掉闸、强大的冲击电流可能将变压器烧毁或线圈部分熔断。另外，由于电力系统有线路阻抗，所以不同位置发生的短路，将引起不同的短路电流及电磁机械力。以 110KV 系统为例，系统短路表观容量（按标准）8000MVA，设线路长 40km
10、，阻抗 0.4/km，则首端 0，中间 8，末端 16，电力变压器阻抗 10.5%，则可计算出下列短路 I 与电磁机械力 F（见下图及下表）。1112变压器容量愈大，在中间和末端受到的短路电磁机械力愈小，反之则愈大。以上是按三相短路估算的,如只发生单相对地,或两相对地短路,I与F(%) 变压器 (MVA)首端(0Km)中间(20Km) 末端(40Km)I100 96936.3F1009387 I10095918.0F1009083 I100948910F1008879 I100938712.5F1008676 I100918316F1008369 I100898020F1007964 I100
11、877625F1007658 I100847231.5F100 7152 I100816840F1006646 I100776350F1005940 I100735763F100533313机械力要小得多,一般不会发生重大的问题。三、电力变压器短路的原因：（1）变压器本身动稳定性能差电力变压器因外部短路而损坏的因素很多，情况也比较复杂。但从近几年来电力变压器短路事故发生的过程、现象及其事后的解体检查情况看，电力变压器之所以短路后立即造成损坏，主要是电力变压器本身抗短路能力不够。也就是说，电力变压器动稳定性能先天不足。我们是发电厂，对电力变压器的设计及出厂时所做的实验不是十分清楚，在此，只是从理
12、论的角度来粗略地讨论。变压器结构设计中，对作用在电力变压器绕组上的电动力仅仅进行了静态分析而没有进行动态分析，这样是不能正确反映电力变压器承受短路电流冲击能力的。因为绕组各部分的作用力和形变的关系是很复杂的，也是随时间在变化的。正是这一原因致使一部分电力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，仍然发生绕组变形现象，甚至导致绝缘击穿。这明显说明这些电力变压器的动稳定性能较差，不能承受短路瞬间的非对称电流第一个峰值产生的电动力作用。如山西神头一电厂 2 号连变 120000KVA/500KV 单相自偶电力变压器，继 1990 年 B 相事故后，又发生 C 相类似事故。运行中，由于 2
13、20KV 单相短路发展为 B、C 相短路，持续 220ms，电力变压器释放筏动作，高压套管爆破，油箱焊缝开裂 10 处，绕组严重变形，这说明该组电力变压器没有承受近区短路故障的能力。（2）在电力变压器出厂时，绕组轴向压紧工艺不佳，不能使其始终14保持紧固状态，而且在短路轴向力的作用下，绕组有可能出现松动或变形。（3）运行管理不当在所有短路中，同时也包括某些由于运行管理不当而造成电力变压器损坏的情况。如短路事故后不实验、不检查，投入运行后损坏；10KV 线路重合闸投入不当，对部分永久性短路故障重合闸后，加剧了电力变压器的损坏；还有因保护失灵、开关拒动、失去直流电源或容量不足等，指使短路故障切除时
14、间过长，导致电力变压器损坏。如山西太原供电局新店站 SFSZ731500/110 #1 主变，因 10KV 系统故障导致直流消失，由手动操作跳闸，电力变压器受长时间短路作用损坏。据资料显示，在遭受外部短路时，因不能及时跳闸而发生损坏的电力变压器约占短路损坏事故的地 30%，当然也包括其中有的电力变压器动稳定性并未过关，只是不易区分而已。另外，运行中人为误操作形成短路，增加了短路事故的引发因素。如上海闸北发电厂的 SFPS763000/110 #7 主变，在运行中由于误操作引起弧光短路，将电力变压器烧坏。C 相的中压和低压绕组严重变形烧坏，A 相的中压绕组出现局部变形。由上述例子可见，在电力变压
15、器的管理上有许多需要总结和改进的地方，尤其需要提高运行人员的素质，最大可能地避免人为事故的发生四、运行中须注意的问题变压器在工厂干燥处理要达到一定的干燥状态，以保证绝缘电阻、15吸收比合格，但仍有一定的含水量。在长期运行之后，热油可能将一部分水分带走，这样垫块会收缩。如果没有弹簧压钉，则绕组松了，承受机械力的能力要下降。另外，变压器在运行中如发生了短路，高、低压必有一个绕组受压力；如能承受住，以后也可能使受压的绕组松动，下次短路，就有可能损坏。为此，建议在大修时和短路后，要拧紧压钉。切不可以认为已经短路过了，经受了考验，没有问题而掉以轻心。这就要求我们运行人员在平时巡回检查时，仔细观察变压器的油枕、压钉、套管等各部的变化。总之，电力变压器的短路问题是一个极其复杂而又难以解决的问题，这无疑给制造厂家和用户提出了更高的要求，只有我们互相总结经验教训，密切配合，不断提高变压器的制造和运行管理水平，短路事故将会得到有效的防止，造成的损失将会大大减轻。参考文献：1、贺以燕。关于电力变压器承受短路能力的讨论。变压器，1996,112、高严道。提高变压器承受短路能力的措施。 变压器，1997，103、涂光瑜。汽轮发电机及电气设备。中国电力出版社，1998
