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超高压电力变压器抗短路能力研究孟庆云

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：孟庆云

[导读] 摘要：作为变电所及发电厂的主要设备以及核心元件，电力变压器的的输送和传导电能的主要枢纽，也是可以有效确保整个系统的安全程度。

        （国网山东省沂南县供电公司运检中心山东沂南县 276300）
        摘要：作为变电所及发电厂的主要设备以及核心元件，电力变压器的的输送和传导电能的主要枢纽，也是可以有效确保整个系统的安全程度。电力变压器的作用在于对电压进行升高、降低，以及对电流进行输送，从而对使用者的用电需求进行满足。电力变压器的使用状况是否良好，与变压器的检修方法、材料结构、设计结构都具有较强的关联性。
        关键词：超高压；电力变压器；抗短路能力
        引言
        变压器在电力系统中起着能量变送和功率传输的核心作用，堪称电网“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。
        1变压器抗短路能力隐患分析
        1.1变压器初始抗短路能力核算问题
        准确掌握变压器初始抗短路能力是开展变压器抗短路能力问题治理的前提。但是变压器短路承受能力试验为破坏性试验，且试验费用极高，一台220kV、180MVA变压器短路试验费用高达近百万元，无法作为例行出厂试验项目。而国内最早对变压器抗短路能力进行要求的标准为GB/T1094.52003《电力变压器第5部分：承受短路的能力》，于2004年正式实施，2008年完成第一次修订。可以说2008年前的产品，对于抗短路能力并未进行严格管控，在2004年前生产的产品，甚至无明确的抗短路能力核算报告。同时，现有标准中对于变压器短路运行工况、边界条件等要求不甚明确，导致各厂家在前期自主核算时标准不统一，难以支撑变压器抗短路能力治理工作。
        1.2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。
        1.3运行中变压器抗短路能力评价技术不完善
        变压器在遭受短路冲击后并不一定立即损坏，但是会造成一定程度的绕组变形。变压器在发生绕组变形后其机械稳定性降低，抗短路能力将不断下降，当再次遭受较大短路电流作用时就将发生损坏。因此对于变压器绕组变形状态的检测与诊断，对于运行中变压器抗短路能力的评价至关重要。但是当前对于变压器绕组变形检测主要依赖于短路阻抗法、频率响应法、电容电感比较法等方法，检测灵敏度和可靠性难以兼顾，对于初期的微小形变或结构松动等缺陷检出率较低。而且传统方法需停电开展，难以进行实时在线的有效监测。同时，对于绕组变形程度与变压器抗短路能力之间的对应关系也不甚明确，难以实现运行中变压器抗短路能力的动态评价。
        1.4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。

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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超高压电力变压器抗短路能力
        2.1变压器短路试验
        为更好地进行变压器的短路试验，应对变压器的基本结构有所了解，通常来讲，变压器大体都为油浸式，也就是说绕组和铁芯都会在盛满变压器的油箱中浸放，并且，绝缘套管会通过各绕组的端点在油箱外进行引入，进而达到与外线路连接的目的。而就电力变压器的组成部分来说，包括绝缘套管、油箱、变压器油、绝缘绕组和铁芯。其中，铁芯的作用在于对涡旋损耗进行减小，它是变压器的磁路，是由电工钢片叠成；而对于绕组来说，它是以铁芯中排列进行分类的，又分为铁壳式和铁芯式两种，铁壳式变压器通常与交叠式绕组进行匹配，铁芯式变压器通常与同芯式绕组进行匹配。而变压器油具有双重作用，一是绕组与铁芯中由于损耗而产生热量，油在受热后以对流的形式在铁箱表面传递热量，然后再向四周进行扩散。二是可以增加绝缘性。在电力系统中，若想有效确保大型变压器运行的可靠性，应确保变压器的工艺制作水平以及自身结构；同时，也需要在运行过程中，通过不同的试验对设备的工况进行掌握。可以通过承受短路试验，对变压器的机械稳定性进行了解，并针对其薄弱环节加以改正，从而对变压器的结构设计强度质量有一个深入了解。
        2.2自动重合闸系统的使用
        通常来讲，在电力系统运行过程中，出现短路事故是在所难免的，尤其对于10kV的线路来说，由于外力原因、操作失误、用户责任，甚至小动物进入，都有可能出现短路故障。所以，对于处在运行中的变压器，第一步应对可靠的保护系统进行配备，并对直流电源进行使用，还应对动作的正确性进行确保。就目前变压器运行中出现的外部强度较差的问题，包括系统跳闸短路后的强行投运或者自动重合，应将关注点放在其不利因素方面，否则会出现变压器损坏程度加剧的现象，有一部分甚至可能存在永远无法修复的可能。针对这一问题，目前有一部分运行部门，对短路故障是否可以实现瞬间自动消除的概率进行推算，对2.2km之内电缆线或进区架空线的使用重合间进行取消，或者对合间间隔时间进行适当延长，旨在对由于重合闸不成而形成的危险隐患进行避免。此外，也应检查试验短路跳闸的变压器，并记录运行中短路电流冲击变压器的情况，包括对短路电流的倍数进行计算。
        2.3绕组的变形测试诊断
        电力系统的变压器在工作过程中，一旦短路故障电流对其冲击后，会形成绕组的局部变形，有些即便没有即刻损坏，但也有可能会留下较为严重的安全隐患。具体来说，在这种情况下，容易导致绝缘距离的改变，包括固体绝缘的损伤会对局部放电产生影响。而且，对于遇到的雷电天气，一旦雷电的电压作用，就容易出现饼间击穿以及匝间的情况，这些都会出现绝缘性的突发事故。同时，也有可能电压在正常运行的情况下，由于长期局部的放电作用，也容易出现绝缘击穿事故。再者，对于绕组机械性能下降的情况，当再次出现短路情况的时候，对巨大的点动力将很难承受，进而导致设备的损坏。
        3 结束语
        综上所述，对于电力系统的运行来说，在运行过程中变压器是否可以对各种短路电流进行承受，与变压器的运行管理、结构工艺等都有较大关系。因此对电力系统及变压器的稳定运行进行确保，需要从多元角度对其运行质量进行控制。
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