杨占杰
特变电工新疆变压器厂 新疆昌吉 831100
摘 要：在整个电力系统中，变压器起着能量变送和功率传输的核心作用，可以说是电网“心脏”，其运行状态直接影响电网安全运行。变压器在运行过程中面临短路故障的严重威胁，因短路损坏在变压器所有事故中占比在30%~50%，同时短路冲击也极有可能导致变压器微小绝缘缺陷不断发展从而加速绝缘损坏故障的发生。对于变压器抗短路能力的治理，一直以来是变压器专业的工作难点和关键点。尤其是近年来我国电力需求不断提升，基本建成以超/特高压为核心的跨区域骨干网架结构，电网容量显著增加，系统短路电流也将进一步提升，对变压器抗短路能力的提升及治理工作提出了更高更迫切的需求。
关键词：电力变压器；抗短路能力；治理技术
引 言
电力变压器是电网的重要电气设备之一，保证其可靠运行对电力系统的安全稳定意义重大。近年来，因短路引起的事故已成为变压器故障的首要原因，严重影响电力变压器的安全、可靠运行。统计数据表明：自1992年以来，发生短路事故的变压器占事故总台次的比率一直稳定在30%以上，因此，提高变压器的抗短路能力，减少变压器事故发生率显得尤为重要。
1 电力变压器抗短路能力隐患分析
1.1 变压器近区短路故障严重
变压器的抗短路能力一方面取决于变压器自身可承受短路电流大小，另一方面取决于实际遭受短路电流大小。变压器出口短路或近区短路冲击对变压器的威胁最大。开关柜凝露问题、异物搭接、中低压侧设备故障是导致主变遭受近区短路故障的最主要原因。发生近区短路时回路阻抗小、故障电流大，导致主变发生绕组变形故障并损坏的可能性极大。同时，随着系统短路容量的不断提升，近区短路电流不断加大，对于主变的威胁也日益严峻。
1.2 抗短路能力不足变压器大量存在
根据近年主变的损坏情况和厂家提供的部分抗短路能力核算结果，电网系统目前在运的电力变压器普遍存在抗短路能力不足的情况。大量主变短路损坏后的解体检查表明，部分厂家在特定时期内出厂的变压器在抗短路能力设计、结构、工艺、材质上均存在较大问题，变压器生产水平较低，质量管控不严，导致生产的变压器抗短路能力远远不能满足实际运行需求。
2 电力变压器抗短路能力综合治理方案
2.1 抗短路能力不足变压器改造
在针对变压器抗短路能力进行有效评估的基础上，需针对性地开展抗短路能力不足变压器的改造工作。对于抗短路能力不足在运主变的改造，最直接的方式即为更换。但通常针对抗短路能力与运行要求存在明显偏差，短路损坏风险较大的情况。对于新更换主变，可对变压器绕组电密度、磁密度、短路阻抗、电磁线屈服强度、辅助撑条等参数进行要求，以此来确保新建主变的抗短路性能[1]。
2.2 低压侧运行环境优化
2.2.1 中低压侧出线设备绝缘化改造
针对变压器中低压侧出线设备进行绝缘化改造是改善主变低压侧运行环境，减少主变低压侧近区及站内短路故障最有效的方法。可通过采用绝缘性能良好的材料（如热缩绝缘材料、自固化绝缘包裹材料等）对220kV变压器低压侧、110kV变压器中低压侧设备进行绝缘化处理。经绝缘化处理后，可避免大部分异物搭接导致的变压器出口/近区短路故障。在进行绝缘化改造时，应充分考虑包裹材料进水失效等问题。
2.2.2 中低压侧开关柜设备消缺及运行监视
针对低压侧设备故障问题，应加强变压器中低压侧开关柜、电容器柜及大电流柜的运行监视及局部放电检测，每年度开展变电站开关室的封堵措施检查和开关柜防凝露消缺工作。加强开关柜、电容器柜及大电流柜的运行监视，必要时进行局部放电检测[2]。
变电站开关室可安装室内环境温湿度控制系统，防止开关柜因环境问题特别是凝露问题造成变压器站内短路故障。
2.2.3 中低压侧出线的通道巡视及防雷
加强变压器中低压侧出线通道巡视，重点关注变电站出口2km范围内与架空导线距离较近的树木及施工机械带来的外力破坏等隐患。在变电站出线侧装设出线避雷器，对于未全线架设地线的35kV、110kV架空输电线路，可在变电站2km范围内的进线段架设地线。对于同塔双回接入的220kV终端变，为避免双回路同时单相跳闸出现变压器间隙击穿续流问题，可采用不平衡绝缘保证其中一回线路能够正常供电。
2.2.4 变压器保护配置优化调整
变压器一旦出现近区/出口短路故障，相关保护应能快速正确动作，实现对变压器的保护。主要可遵循以下原则：变压器低压侧母线原则上应配置母差保护以实现母线故障快速切除。变压器本体与开关柜之间应至少有一套差动保护接于低压侧开关柜内电流互感器，确保变压器差动保护与低压侧母差保护交叉配合。变压器中性点间隙应采用棒间隙水平布置方式，间隙距离和避雷器参数（冲击放电电压、残压等）应协调配合，避免雷击过电压时间隙频繁击穿引起间隙零序电流保护动作[3]。
2.3 轴向抗短路能力不足问题的治理
随着抗短路能力治理工作的推进，变压器整体抗短路能力有明显提升，但是近年出现越来越多的轴向失稳现象。而目前轴向抗短路能力核算暂无明确标准，且难以通过传统变形监测方法进行有效检测，治理难度较高。
针对轴向抗短路能力问题，应加强变压器轴向安匝平衡设计，合理优化压紧结构，提升变压器轴向抗短路能力；深入开展变压器轴向抗短路能力校核技术研究，明确核算方法、边界条件，提高核算准确度；开展运行中变压器绕组变形诊断及预警技术研究，深入应用声纹振动、电气熵值等检测手段加强运行中变压器机械稳定性状态感知，完善抗短路能力动态评价技术，实现短路故障的有效预警。
2.4 变压器绝缘隐患问题排查
与轴向抗短路能力问题类似，存在绝缘隐患的变压器的抗短路能力治理也是一个难点。变压器遭受短路冲击后并不一定是发生绕组变形后损害，也极有可能是在短路作用力的作用下激发了原本存在的绝缘缺陷导致放电性故障损坏。典型的绝缘隐患例如电磁线毛刺、异物缺陷、S弯剪刀口等。这一类缺陷在出厂时并不一定十分明显以至于局放等出厂试验均合格，但是运行过程中在各种不良工况作用下缺陷不断发展，再次受到短路冲击时便有可能产生严重故障。更有很大一部分早期出厂的主变并未要求进行局部放电试验，此类变压器短路过程中损坏的风险极高。对于这类问题，目前暂无非常有效的排查方法，但应加强带电局放检测等绝缘隐患排查工作。
2.5 高阻抗变压器应用研究
变压器抗短路能力的提升一方面在于变压器机械强度的增强，另一方面与变压器自身短路阻抗也密切相关。短路阻抗的提升能有效地降低变压器短路时候的短路电流，而短路电流与短路作用力成平方关系，外部短路电流的降低相较于绕组机械强度的增加具有更显著的抗短路能力提升效果。因此高阻抗变压器的应用对于变压器抗短路能力的治理工作效果非常明显[4]。目前已有内置电抗器、分裂绕组、高压绕组内置等多种高阻抗技术手段，但高阻抗变压器的推广应用仍应充分考虑生产成本、系统运行方式、技术成熟度等方面的影响。
结束语
总而言之，变压器抗短路能力的治理是一项长期的工作，希望通过本文所述各项措施，可对大部分抗短路能力问题进行有效治理。
参考文献
[1]张森鹏.多次短路冲击下变压器绕组电动力及强度计算[D].沈阳工业大学，2019.
[2]卢华东.在运电力变压器抗短路能力试验研究与程序开发[D].湖南大学，2019.
[3]吴涛.电力变压器绕组短路动态稳定性研究[D].华北电力大学，2018.
[4]杨国新.浅谈非晶合金变压器抗短路能力的措施提高[J].低碳世界，2017（35）:132-133.