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摘要：电力变压器在运行过程中遭受各种短路危害是人们极力避免而又无法绝对避免的，特别是抗短路能力不足变压器受短路冲击后损坏程度较高。为有效加强事故前主动防御，从变压器抗短路能力不足的原因分析入手，结合短路故障对变压器的危害形式，即热效应和电动力的分析，分别从变压器运行管理、维护措施及试验三个方面提出提高变压器抗短路能力的主要措施。
关键词：抗短路能力不足；热效应和电动力；运维措施
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0209-02
变压器是电网中最重要的电气设备之一，俗称“电网的心脏”，变压器的安全可靠直接关系到电网的安全稳定运行。然而，近五年来对国家电网公司电网110kV及以上电压等级变压器事故统计分析表明，变压器抗短路能力不够是引起变压器损坏的主要原因之一。[1]
变压器的发展基本可分为三个阶段：[2]第一阶段是20世纪90年代初期以前的产品，当时对变压器损耗方面要求不高，其线圈的导线厚度比较大，抗短路能力较高；另外，当时电网及变压器容量比较小，因此，受短路破坏较少。第二阶段是90年代至2002年左右，鉴于第一阶段制造的变压器短路事故不高，人们开始强调变压器经济运行，各线圈导线尺寸取得很薄，忽视了短路强度要求，尤其是大量普通换位导线的采用，使这一阶段制造的变压器在抗短路能力上较第一阶段有了很大的降低。第三阶段是2003年后期，由于变压器短路事故大量出现，各变压器厂家加大了抗短路能力的研究，采取很多相关措施，使该阶段生产的变压器抗短路能力大幅提高。
为了预防运行中变压器短路损坏事故，国家电网公司制定了相应的反事故措施，取得了很大的成果。但是，目前各省、地市系统还存在一大部分在运变压器抗短路能力不足，而这些变压器正遭受短路电流及雷电冲击损坏的威胁。[3]如何有效加强事故前主动预防，需要进一步对变压器抗短路能力不足的原因及短路事故对变压器危害形式进行研究，才能有针对性、实效性的提出提高运行中变压器抗短路能力的措施。本文就以上问题对变压器抗短路能力进行分析。
一、变压器抗短路能力不足原因
变压器抗短路能力不足，主要体现在变压器内部各部件机械强度不够，如绕组轴向加紧不够、引线固定支点不够及内绕组与铁心柱间支撑不够等等。抗短路能力不足将导致变压器在运行过程中经受不住各种短路电流的冲击，尤其低压侧、出口处短路。究其原因主要包括以下几个方面：一是目前在运的抗短路能力不足变压器主要是90年代出厂产品，当时在变压器一些主要的结构设计方面还延续前苏联的一些设计理念；并且对作用在变压器绕组上的电动力，仅用静力学的理论计算，该方法不能正确反映变压器承受突发短路电流冲击的能力。二是制造工艺不规范或线圈导线材质不符合要求。如绕组的轴向压紧力不够、导线焊接不良及压板、导线材质不合格等，都会对变压器带来质量上的缺陷。三是随着电网的发展，早期投运的变压器短路容量也不满足要求，这也是造成变压器短路损坏的客观原因。四是运行温度、绝缘老化也导致变压器抗短路能力下降。五是不能忽略绕组变形的累积效应所造成的严重故障隐患。经验表明，短路电流的持续时间及短路冲击次数对绕组变形的危害比电流峰值更可怕。
二、短路事故对变压器危害形式
国家标准GB1094.5-2003《电力变压器第5部分：承受短路的能力》中明确规定：变压器及其组件和附件应设计制造成能在外部短路故障引起的电流作用下应能承受外部短路的热和动稳定效应而无损伤。也就是说，变压器在运行过程中，当外部发生各种短路故障时，应有承受短路的耐热能力和动稳定能力，而不至于由于短路引起的过电流，导致变压器内部载流部件的温度在短时间内升温过高，将各部件及其绝缘损坏；或使变压器绕组的压紧构件、绕组、引线等部件受到很大的电动力作用而变形损坏。因此，变压器外部短路故障时，短路冲击电流对变压器的危害形式主要包括两个方面：热效应和电动力。
1.热效应
变压器在正常运行过程中，内部产生的损耗主要包括空载损耗和负载损耗。变压器产生的损耗，均以热的形式使各个部件和变压器油的温度升高向周围散热
三、提高变压器抗短路能力措施
对于在运抗短路能力不足变压器，应优先考虑返厂大修，更换变形的绕组，在返厂之前应尽量避免或减少短路电流的冲击。另外，考虑到绕组变形的累积效应，还应该重视运行时间超过20年的变压器运行状况和试验结果。具体防范措施如下：
1.设备检修方面
（1）加强变压器运行维护管理，在变压器低压侧母线桥上装设绝缘热缩管保护材料进行分相绝缘，避免发生出口短路故障。
（2）排查抗短路能力不足及运行时间超过20年变压器遭受短路及雷电冲击情况，对排查结果进行记录，建立变压器遭受短路电流及雷电冲击档案。根据冲击档案分析各短路故障的主要原因及存在的突出问题，根据具体情况制定相应措施进行综合治理。
（3）对于抗短路能力不足及运行时间超过20年的变压器，若近期内未列入返厂大修计划，考虑到变压器绕组变形的累积效应，应结合变压器遭受短路电流及雷电冲击档案，论证在相关变压器低压侧出口处加装限流电抗器限制短路电流的必要性。以限制短路电流，减少短路冲击危害。
（4）对高压开关柜内部电气绝缘问题进行综合治理。结合开关柜停电检修，对停电开关柜绝缘条件进行排查，对于采用热缩套管包裹导体结构，应满足一下空气绝缘净距离要求：[6]
空气绝缘净距离：≥125mm（对于12kV），≥300mm（对于40.5kV）；爬电比距：≥18mm/kV（对瓷质绝缘），≥20mm/kV（对有机绝缘）。
不满足要求的及时整改，防止绝缘距离不够发生近区短路故障，使变压器遭受近区短路冲击。
（5）加强对变压器开关设备动作性能检测，提高动作可靠性，防止因设备缺陷造成短路拒动，导致变压器受短路冲击时间过长。 （6）提高变压器保护动作的可靠性、灵敏性，缩短继电保护动作时间，其时间应与变压器短路承受能力试验时间相匹配。
（7）检修工作中，加强变压器套管防污闪管理工作，严格按标准清扫、涂覆防污闪涂料，避免局部防污闪漏洞和死角，防污闪涂料宜优先选用加强RTV-II型涂料，防止变压器套管污闪事故发生。
2.设备运行管理方面
（1）对于抗短路能力不足及运行年限超过20年的变压器应加强设备巡视，缩短设备巡视周期，尤其是大雾等复杂天气。建立变压器巡视档案，详细记录变压器运行状态；对温度偏高、变压器渗漏油等异常情况及时上报、消缺。
（2）设备运行管理单位加强开关柜运行管理，在开关柜室加装通风除湿防潮设备，防止凝露导致绝缘事故；采取有效措施防止小动物进入开关柜室造成变压器近区短路故障。
3.试验管理方面
（1）按照“逢停必试”的原则，对110kV及以上变压器开展绕组变形和低电压短路阻抗普测工作，建立试验档案，积累详实数据。
（2）加强抗短路能力不足、运行年限超过20年及遭受短路电流和雷电冲击变压器的带电测试。变压器带电测试手段主要有红外测温、变压器超声波局放、铁心接地电流等。按变压器等级及运行现状，分级制定相应的带电测试计划，缩短带电测试周期。
（3）利用现有技术，开展变压器状态远程诊断，实时监控变压器运行状态。目前变压器远程诊断技术包括：变压器在线油色谱远程监控系统、IES-700调度自动化系统、WAVEEX等系统或软件实施监控抗短路能力不足变压器实施全面在线状态检测。
（4）对运行有抗短路能力不足及运行年限超过20年变压器的变电站开关柜开展超声波局部放电检测、暂态低电压检测、温度检测，及早发现开关柜内绝缘缺陷，防止由开关柜内部发热或放电演变成短路故障。
参考文献：
[1]中国电力科学研究院.国家电网公司变压器抗短路研究报告[R].2006.
[2]赵静月.变压器制造工艺[M].北京：中国电力出版社，2011.
[3]罗军川，张星海.电力变压器反事故措施解析[M].北京：中国电力出版社，2010.
[4]胡启凡.变压器试验技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]胡虔生.电机学[M].北京：中国电力出版社，2005.
[6]国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[M].北京：中国电力出版社，2012.
（责任编辑：孙晴）
关键词：抗短路能力不足；热效应和电动力；运维措施
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0209-02
变压器是电网中最重要的电气设备之一，俗称“电网的心脏”，变压器的安全可靠直接关系到电网的安全稳定运行。然而，近五年来对国家电网公司电网110kV及以上电压等级变压器事故统计分析表明，变压器抗短路能力不够是引起变压器损坏的主要原因之一。[1]
变压器的发展基本可分为三个阶段：[2]第一阶段是20世纪90年代初期以前的产品，当时对变压器损耗方面要求不高，其线圈的导线厚度比较大，抗短路能力较高；另外，当时电网及变压器容量比较小，因此，受短路破坏较少。第二阶段是90年代至2002年左右，鉴于第一阶段制造的变压器短路事故不高，人们开始强调变压器经济运行，各线圈导线尺寸取得很薄，忽视了短路强度要求，尤其是大量普通换位导线的采用，使这一阶段制造的变压器在抗短路能力上较第一阶段有了很大的降低。第三阶段是2003年后期，由于变压器短路事故大量出现，各变压器厂家加大了抗短路能力的研究，采取很多相关措施，使该阶段生产的变压器抗短路能力大幅提高。
为了预防运行中变压器短路损坏事故，国家电网公司制定了相应的反事故措施，取得了很大的成果。但是，目前各省、地市系统还存在一大部分在运变压器抗短路能力不足，而这些变压器正遭受短路电流及雷电冲击损坏的威胁。[3]如何有效加强事故前主动预防，需要进一步对变压器抗短路能力不足的原因及短路事故对变压器危害形式进行研究，才能有针对性、实效性的提出提高运行中变压器抗短路能力的措施。本文就以上问题对变压器抗短路能力进行分析。
一、变压器抗短路能力不足原因
变压器抗短路能力不足，主要体现在变压器内部各部件机械强度不够，如绕组轴向加紧不够、引线固定支点不够及内绕组与铁心柱间支撑不够等等。抗短路能力不足将导致变压器在运行过程中经受不住各种短路电流的冲击，尤其低压侧、出口处短路。究其原因主要包括以下几个方面：一是目前在运的抗短路能力不足变压器主要是90年代出厂产品，当时在变压器一些主要的结构设计方面还延续前苏联的一些设计理念；并且对作用在变压器绕组上的电动力，仅用静力学的理论计算，该方法不能正确反映变压器承受突发短路电流冲击的能力。二是制造工艺不规范或线圈导线材质不符合要求。如绕组的轴向压紧力不够、导线焊接不良及压板、导线材质不合格等，都会对变压器带来质量上的缺陷。三是随着电网的发展，早期投运的变压器短路容量也不满足要求，这也是造成变压器短路损坏的客观原因。四是运行温度、绝缘老化也导致变压器抗短路能力下降。五是不能忽略绕组变形的累积效应所造成的严重故障隐患。经验表明，短路电流的持续时间及短路冲击次数对绕组变形的危害比电流峰值更可怕。
二、短路事故对变压器危害形式
国家标准GB1094.5-2003《电力变压器第5部分：承受短路的能力》中明确规定：变压器及其组件和附件应设计制造成能在外部短路故障引起的电流作用下应能承受外部短路的热和动稳定效应而无损伤。也就是说，变压器在运行过程中，当外部发生各种短路故障时，应有承受短路的耐热能力和动稳定能力，而不至于由于短路引起的过电流，导致变压器内部载流部件的温度在短时间内升温过高，将各部件及其绝缘损坏；或使变压器绕组的压紧构件、绕组、引线等部件受到很大的电动力作用而变形损坏。因此，变压器外部短路故障时，短路冲击电流对变压器的危害形式主要包括两个方面：热效应和电动力。
1.热效应
变压器在正常运行过程中，内部产生的损耗主要包括空载损耗和负载损耗。变压器产生的损耗，均以热的形式使各个部件和变压器油的温度升高向周围散热
三、提高变压器抗短路能力措施
对于在运抗短路能力不足变压器，应优先考虑返厂大修，更换变形的绕组，在返厂之前应尽量避免或减少短路电流的冲击。另外，考虑到绕组变形的累积效应，还应该重视运行时间超过20年的变压器运行状况和试验结果。具体防范措施如下：
1.设备检修方面
（1）加强变压器运行维护管理，在变压器低压侧母线桥上装设绝缘热缩管保护材料进行分相绝缘，避免发生出口短路故障。
（2）排查抗短路能力不足及运行时间超过20年变压器遭受短路及雷电冲击情况，对排查结果进行记录，建立变压器遭受短路电流及雷电冲击档案。根据冲击档案分析各短路故障的主要原因及存在的突出问题，根据具体情况制定相应措施进行综合治理。
（3）对于抗短路能力不足及运行时间超过20年的变压器，若近期内未列入返厂大修计划，考虑到变压器绕组变形的累积效应，应结合变压器遭受短路电流及雷电冲击档案，论证在相关变压器低压侧出口处加装限流电抗器限制短路电流的必要性。以限制短路电流，减少短路冲击危害。
（4）对高压开关柜内部电气绝缘问题进行综合治理。结合开关柜停电检修，对停电开关柜绝缘条件进行排查，对于采用热缩套管包裹导体结构，应满足一下空气绝缘净距离要求：[6]
空气绝缘净距离：≥125mm（对于12kV），≥300mm（对于40.5kV）；爬电比距：≥18mm/kV（对瓷质绝缘），≥20mm/kV（对有机绝缘）。
不满足要求的及时整改，防止绝缘距离不够发生近区短路故障，使变压器遭受近区短路冲击。
（5）加强对变压器开关设备动作性能检测，提高动作可靠性，防止因设备缺陷造成短路拒动，导致变压器受短路冲击时间过长。 （6）提高变压器保护动作的可靠性、灵敏性，缩短继电保护动作时间，其时间应与变压器短路承受能力试验时间相匹配。
（7）检修工作中，加强变压器套管防污闪管理工作，严格按标准清扫、涂覆防污闪涂料，避免局部防污闪漏洞和死角，防污闪涂料宜优先选用加强RTV-II型涂料，防止变压器套管污闪事故发生。
2.设备运行管理方面
（1）对于抗短路能力不足及运行年限超过20年的变压器应加强设备巡视，缩短设备巡视周期，尤其是大雾等复杂天气。建立变压器巡视档案，详细记录变压器运行状态；对温度偏高、变压器渗漏油等异常情况及时上报、消缺。
（2）设备运行管理单位加强开关柜运行管理，在开关柜室加装通风除湿防潮设备，防止凝露导致绝缘事故；采取有效措施防止小动物进入开关柜室造成变压器近区短路故障。
3.试验管理方面
（1）按照“逢停必试”的原则，对110kV及以上变压器开展绕组变形和低电压短路阻抗普测工作，建立试验档案，积累详实数据。
（2）加强抗短路能力不足、运行年限超过20年及遭受短路电流和雷电冲击变压器的带电测试。变压器带电测试手段主要有红外测温、变压器超声波局放、铁心接地电流等。按变压器等级及运行现状，分级制定相应的带电测试计划，缩短带电测试周期。
（3）利用现有技术，开展变压器状态远程诊断，实时监控变压器运行状态。目前变压器远程诊断技术包括：变压器在线油色谱远程监控系统、IES-700调度自动化系统、WAVEEX等系统或软件实施监控抗短路能力不足变压器实施全面在线状态检测。
（4）对运行有抗短路能力不足及运行年限超过20年变压器的变电站开关柜开展超声波局部放电检测、暂态低电压检测、温度检测，及早发现开关柜内绝缘缺陷，防止由开关柜内部发热或放电演变成短路故障。
参考文献：
[1]中国电力科学研究院.国家电网公司变压器抗短路研究报告[R].2006.
[2]赵静月.变压器制造工艺[M].北京：中国电力出版社，2011.
[3]罗军川，张星海.电力变压器反事故措施解析[M].北京：中国电力出版社，2010.
[4]胡启凡.变压器试验技术[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]胡虔生.电机学[M].北京：中国电力出版社，2005.
[6]国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[M].北京：中国电力出版社，2012.
（责任编辑：孙晴）