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摘要：变压器在正常运行时，因为受出口短路故障问题的影响，受到损坏的情况比较严重。近几年来，据统计，l10kV及以上电压等级的变压器受到短路故障电流冲击直接导致损坏的事故发生，占约全部事故的一半以上，显然大幅度上升的趋势。针对变压器短路故障的成因、影响、判断方法，找出相应采取的措施。
关键词：变压器短路故障绕组变形 问题处理
一、短路电流故障
当变压器忽然发生短路时，高、低压绕组可能一起通过为额定值数十倍的短路电流，使其产生很大的热量，变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差时，就会使变压器绝缘材料严重受损，而形成变压器击穿及损毁事故。
变压器在发生出口短路时，短路电流的绝对值表达式为：
Id(n)=m(n)Id1(n)(1)
式中 (n)一短路类型的角标；
m(n) 一比例系数。其值与短路类型有关；
Id(n)一所求短路类型的正序电流绝对值。
不同类型短路的正序电流绝对值表达式为：
Id1(n) =E／(Xl+X1(n) (2)
式中 E一故障前相电压；
Xl一等值正序阻抗；
X1(n)一附加阻抗。
变压器的出口短路主要包括：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等几种类型。据统计表明，在中性点接地系统中，单相接地短路约占全部短路故障的65％，两相短路约占10％～15％，两相接地短路约占15％一20％，三相短路约占5％。其中以三相短路时的短路电流值最大。
忽略系统阻抗对短路电流的影响。则三相短路表达式为：
(3)
式中：I(3)dt一三相短路電流；
U一变压器接人系统的额定电压
Zt一变压器短路阻抗；
IN一变压器额定电流；
UN一变压器短路电压百分数。
对 220kV三绕组变压器而言，高压对中、低压的短路阻抗一般10％～30％之间。中压对低压的短路阻抗一般在10％以下，因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流会导致变压器绝缘材料受热损坏。
二、短路电动力引起绕组变形故障
变压器受短路冲击时，如果短路电流小，继电保护正确动作，绕组变形将是轻微的；如果短路电流大。继电保护延时动作甚至拒动，变压器绕组变形将会很严重。甚至造成绕组损坏。对于轻微的变形，如果不及时检修，恢复垫块位置，紧固绕组的压钉及铁轭的拉板、拉杆，加强引线的夹紧力，在多次短路冲击后，由于累积效应也会使变压器损坏。因此诊断绕组变形程度、制订合理的变压器检修周期是提高变压器抗短路能力的一项重要措施。
由于绕组中漏磁的存在，载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在绕组突然短路时，电动力最严重。漏磁通常可分解为纵轴分量和横轴分量。纵轴磁场使绕组产生辐向力，而横轴磁场使绕组受轴向力。轴向力使整个绕组受到张力 P1，在导线中产生拉伸应力。而内绕组受到压缩力P2，导线受到挤压应力。
轴向力的产生分为两部分，一部分是由于绕组端部漏磁弯曲部分的辐向分量与载流导体作用而产生。它使内外绕组都受压力：由于绕组端部磁场最大，因而压力也最大，但中部几乎为零，绕组的另一端力的方向改变。轴向力的另一部分是由于内外安匝不平衡所产生的辐向漏磁与载流导体作用而产生，该力使内绕组受压，外绕组受拉；安匝不平衡越大 ，该轴向力也越大。
因此，变压器绕组在出口短路时，将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩，这种由电动力产生的机械应力，可能影响绕组匝间绝缘，对绕组的匝间绝缘造成损伤；而辐向电动力使绕组向外扩张，可能失去稳定性 ，造成相间绝缘损坏。电动力过大，严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。
对于由变压器出口短路电动力造成的影响，判断主变压器绕组是否变形，过去只采取吊罩检查的方法，目前采用绕组变形测试仪进行分析判断，通过对主变压器的高、中、低压三相的九个绕组分别施加10kHz至lkHz高频脉冲，由计算机记录脉冲波形曲线并储存。通过打印，将波形绘制出图，显示正常波形与故障后波形变化的对比和分析，试验人员根据该仪器特有的频率和波形，能比较科学
地准确判断主变压器绕组变形情况 。
三、绕组变形的特点
通过检查发生故障或事故的变压器进行事后分析，发现电力变压器绕组变形是诱发多种故障和事故的直接原因。一旦变压器绕组已严重变形而未被诊断出来仍继续运行，则极有可能导致事故的发生，轻者造成停电，重者将可能烧毁变压器。致使绕组变形的原因，主要是绕组机械结构强度不足、绕制工艺粗糙、承受正常容许的短路电流冲击能力和外部机械冲击能力差。因此变压器绕组变形主要是受到内部电动力和外部机械力的影响，而电动力的影响最为突出，如变压器出口短路形成的短路冲击电流及产生的电动力将使绕组扭曲、变形甚至崩溃。
1．受电动力影响的变形 。
1．1高压绕组处于外层，受轴向拉伸应力和辐向扩张应力，使绕组端部压钉松动、垫块飞出，严重时，铁轭夹件拉板、紧固钢带都会弯曲变形，绕组松弛后使其高度增加。
1．2中、低压绕组的位置处于内柱或中间时，常受到轴向和辐向压缩力的影响，使绕组端部紧固压钉松动，垫块位移；匝间垫块位移，撑条倾斜，线饼在辐向上呈多边形扭曲。若变形较轻，如35kv线饼外圆无变形。而内圆周有扭曲，在辐向上向内突出，在绕组内衬是软纸筒时这种变形特别明显。如果变压器受短路冲击时，继电保护延时动作超过2s，变形更加严重，线饼会有较大面积的内凹、上翘现象。测量整个绕组时往往高度降低，如果变压器继续投运变压器箱体振动将明显增大。
1．3 绕组分接区、纠接区线饼变形。这是由于分接区和纠接区(一般在绕组首端)安匝不平衡，产生横向漏磁场使短路时线饼受到的电动力比正常区要大得多，所以易产生变形和损坏。特别是分接区线饼，受到有载分接开关造成的分接段短路故障时，绕组会变形成波浪状，而影响绝缘和油道的通畅。
1．4 绕组引线位移扭曲。这是变压器出口短路故障后常发生的情况，由于受电动力的影响，破坏了绕组引线布置的绝缘距离。如引线离箱壁距离太近，会造成放电，引线间距离太近，因摩擦而使绝缘受损，会形成潜伏性故障，并可能发展成短路事故 。
2．受机械力影响的变形。
变压器绕组整体位移变形。这种变形主要是在运输途中，受到运输车辆的急刹车或运输船舶撞击晃动所致。据有关报道，变压器器身受到大于3g(g为重力加速度)重力加速的冲击，将可能使线圈整体在辐向上向一个方向明显位移。
四、技术改进和降低短路事故的措施
1．技术改进措施
1．1电磁计算。在保证性能指标、温升限值的前提下，综合考虑短路时的动态过程。从保证绕组稳定性出发，合理选择撑条数、导线宽厚比及导线许用应力的控制值，在进行安匝平衡排列时根据额定分接和各级限分接情况整体优化，尽量减小不平衡安匝。考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍，因此尽可能使作用在内绕组上的轴向外力方向与轴向力的方向相反。
1．2绕组结构方面。绕组是产生电动力又直接承受电动力的结构部件，要保证绕组在短路时的稳定性，就要针对其受力情况，使绕组在各个方向有牢固的支撑。具体做法如在内绕组内侧设置硬绝缘筒，绕组外侧设置外撑条，并保证外撑条可靠地压在线段上。对单螺旋低压绕组首末端均端平一匝以减少端部漏磁场畸变。对等效轴向电流大的低压和调压绕组，针对其相应的电动力，采取特殊措施固定绕组出头，并在出头位置和换位处采用适形的垫块，以保证绕组稳定性。
1．3器身结构方面。器身绝缘是电动力传递的中介，要保证在电动力作用下，各方向均有牢固的支撑和减小相关部件受力时的压强。在设计时采用整体相套装结构，内绕组硬绝缘简与铁心柱间用撑板撑紧，以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上：合理布置压钉位置和选择压钉数量，并设计副压板，以减小压钉作用到绝缘压板上的压强和压板的剪切应力。
1．4 铁心结构方面。轴向电动力最终作用在铁心框架结构上。如果铁心 固定框架出现局部结构失稳和变形，将导致绕组失稳而变形损坏。因此，设计铁心各部分结构件时，强度要留有充分的裕度，各部件间尽量采用无间隙配合和
互锁结构，使变压器器身成为一个坚固的整体。
1．5 工艺控制和工艺手段。对一些关键工序，如垫块预处理、绕组绕制、绕组压装、相套装、器身装配时预压力控制等方面，进行严格的工艺控制，以保证设计要求。
2．减少短路事故的措施
2．1优化选型要求。选型应选用能顺利通过短路试验的变压器并合理确定变压器的容量，合理选择变压器的短路阻抗。
2．2 优化运行条件。要提高电力线路的绝缘水平，特别是提高变压器出线一定距离的绝缘水平，同时提高线路安全走廊和安全距离要求的标准，降低近区故障影响和危害，包括重视电缆的安装检修质量(因电缆头爆炸大多相当于母线短路)；对重要变电站的中、低压母线，考虑全封闭，以防小动物侵害；提高对开关质量的要求，防止发生拒分等。
2．3优化运行方式。确定运行方式要核算短路电流，并限制短路电流的危害。如采取装备用电源自投装置后开环运行，以减少短路时的电流和简化保护配置；对故障率高的非重要出线 ，可考虑退出重合闸保护；提高速切保护性能，压缩保护时间；220kV及以上电压等级的变压器尽量不直接带10kV的地区电力负荷等。
2．4 提高运行管理水平。首先要防止误操作而造成的短路冲击；要加强变压器的适时检修和监测，及时发现变压器的变形强度，保证变压器的安全运行。
关键词：变压器短路故障绕组变形 问题处理
一、短路电流故障
当变压器忽然发生短路时，高、低压绕组可能一起通过为额定值数十倍的短路电流，使其产生很大的热量，变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差时，就会使变压器绝缘材料严重受损，而形成变压器击穿及损毁事故。
变压器在发生出口短路时，短路电流的绝对值表达式为：
Id(n)=m(n)Id1(n)(1)
式中 (n)一短路类型的角标；
m(n) 一比例系数。其值与短路类型有关；
Id(n)一所求短路类型的正序电流绝对值。
不同类型短路的正序电流绝对值表达式为：
Id1(n) =E／(Xl+X1(n) (2)
式中 E一故障前相电压；
Xl一等值正序阻抗；
X1(n)一附加阻抗。
变压器的出口短路主要包括：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等几种类型。据统计表明，在中性点接地系统中，单相接地短路约占全部短路故障的65％，两相短路约占10％～15％，两相接地短路约占15％一20％，三相短路约占5％。其中以三相短路时的短路电流值最大。
忽略系统阻抗对短路电流的影响。则三相短路表达式为：
(3)
式中：I(3)dt一三相短路電流；
U一变压器接人系统的额定电压
Zt一变压器短路阻抗；
IN一变压器额定电流；
UN一变压器短路电压百分数。
对 220kV三绕组变压器而言，高压对中、低压的短路阻抗一般10％～30％之间。中压对低压的短路阻抗一般在10％以下，因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流会导致变压器绝缘材料受热损坏。
二、短路电动力引起绕组变形故障
变压器受短路冲击时，如果短路电流小，继电保护正确动作，绕组变形将是轻微的；如果短路电流大。继电保护延时动作甚至拒动，变压器绕组变形将会很严重。甚至造成绕组损坏。对于轻微的变形，如果不及时检修，恢复垫块位置，紧固绕组的压钉及铁轭的拉板、拉杆，加强引线的夹紧力，在多次短路冲击后，由于累积效应也会使变压器损坏。因此诊断绕组变形程度、制订合理的变压器检修周期是提高变压器抗短路能力的一项重要措施。
由于绕组中漏磁的存在，载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在绕组突然短路时，电动力最严重。漏磁通常可分解为纵轴分量和横轴分量。纵轴磁场使绕组产生辐向力，而横轴磁场使绕组受轴向力。轴向力使整个绕组受到张力 P1，在导线中产生拉伸应力。而内绕组受到压缩力P2，导线受到挤压应力。
轴向力的产生分为两部分，一部分是由于绕组端部漏磁弯曲部分的辐向分量与载流导体作用而产生。它使内外绕组都受压力：由于绕组端部磁场最大，因而压力也最大，但中部几乎为零，绕组的另一端力的方向改变。轴向力的另一部分是由于内外安匝不平衡所产生的辐向漏磁与载流导体作用而产生，该力使内绕组受压，外绕组受拉；安匝不平衡越大 ，该轴向力也越大。
因此，变压器绕组在出口短路时，将承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力使绕组向中间压缩，这种由电动力产生的机械应力，可能影响绕组匝间绝缘，对绕组的匝间绝缘造成损伤；而辐向电动力使绕组向外扩张，可能失去稳定性 ，造成相间绝缘损坏。电动力过大，严重时可能造成绕组扭曲变形或导线断裂。
对于由变压器出口短路电动力造成的影响，判断主变压器绕组是否变形，过去只采取吊罩检查的方法，目前采用绕组变形测试仪进行分析判断，通过对主变压器的高、中、低压三相的九个绕组分别施加10kHz至lkHz高频脉冲，由计算机记录脉冲波形曲线并储存。通过打印，将波形绘制出图，显示正常波形与故障后波形变化的对比和分析，试验人员根据该仪器特有的频率和波形，能比较科学
地准确判断主变压器绕组变形情况 。
三、绕组变形的特点
通过检查发生故障或事故的变压器进行事后分析，发现电力变压器绕组变形是诱发多种故障和事故的直接原因。一旦变压器绕组已严重变形而未被诊断出来仍继续运行，则极有可能导致事故的发生，轻者造成停电，重者将可能烧毁变压器。致使绕组变形的原因，主要是绕组机械结构强度不足、绕制工艺粗糙、承受正常容许的短路电流冲击能力和外部机械冲击能力差。因此变压器绕组变形主要是受到内部电动力和外部机械力的影响，而电动力的影响最为突出，如变压器出口短路形成的短路冲击电流及产生的电动力将使绕组扭曲、变形甚至崩溃。
1．受电动力影响的变形 。
1．1高压绕组处于外层，受轴向拉伸应力和辐向扩张应力，使绕组端部压钉松动、垫块飞出，严重时，铁轭夹件拉板、紧固钢带都会弯曲变形，绕组松弛后使其高度增加。
1．2中、低压绕组的位置处于内柱或中间时，常受到轴向和辐向压缩力的影响，使绕组端部紧固压钉松动，垫块位移；匝间垫块位移，撑条倾斜，线饼在辐向上呈多边形扭曲。若变形较轻，如35kv线饼外圆无变形。而内圆周有扭曲，在辐向上向内突出，在绕组内衬是软纸筒时这种变形特别明显。如果变压器受短路冲击时，继电保护延时动作超过2s，变形更加严重，线饼会有较大面积的内凹、上翘现象。测量整个绕组时往往高度降低，如果变压器继续投运变压器箱体振动将明显增大。
1．3 绕组分接区、纠接区线饼变形。这是由于分接区和纠接区(一般在绕组首端)安匝不平衡，产生横向漏磁场使短路时线饼受到的电动力比正常区要大得多，所以易产生变形和损坏。特别是分接区线饼，受到有载分接开关造成的分接段短路故障时，绕组会变形成波浪状，而影响绝缘和油道的通畅。
1．4 绕组引线位移扭曲。这是变压器出口短路故障后常发生的情况，由于受电动力的影响，破坏了绕组引线布置的绝缘距离。如引线离箱壁距离太近，会造成放电，引线间距离太近，因摩擦而使绝缘受损，会形成潜伏性故障，并可能发展成短路事故 。
2．受机械力影响的变形。
变压器绕组整体位移变形。这种变形主要是在运输途中，受到运输车辆的急刹车或运输船舶撞击晃动所致。据有关报道，变压器器身受到大于3g(g为重力加速度)重力加速的冲击，将可能使线圈整体在辐向上向一个方向明显位移。
四、技术改进和降低短路事故的措施
1．技术改进措施
1．1电磁计算。在保证性能指标、温升限值的前提下，综合考虑短路时的动态过程。从保证绕组稳定性出发，合理选择撑条数、导线宽厚比及导线许用应力的控制值，在进行安匝平衡排列时根据额定分接和各级限分接情况整体优化，尽量减小不平衡安匝。考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍，因此尽可能使作用在内绕组上的轴向外力方向与轴向力的方向相反。
1．2绕组结构方面。绕组是产生电动力又直接承受电动力的结构部件，要保证绕组在短路时的稳定性，就要针对其受力情况，使绕组在各个方向有牢固的支撑。具体做法如在内绕组内侧设置硬绝缘筒，绕组外侧设置外撑条，并保证外撑条可靠地压在线段上。对单螺旋低压绕组首末端均端平一匝以减少端部漏磁场畸变。对等效轴向电流大的低压和调压绕组，针对其相应的电动力，采取特殊措施固定绕组出头，并在出头位置和换位处采用适形的垫块，以保证绕组稳定性。
1．3器身结构方面。器身绝缘是电动力传递的中介，要保证在电动力作用下，各方向均有牢固的支撑和减小相关部件受力时的压强。在设计时采用整体相套装结构，内绕组硬绝缘简与铁心柱间用撑板撑紧，以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上：合理布置压钉位置和选择压钉数量，并设计副压板，以减小压钉作用到绝缘压板上的压强和压板的剪切应力。
1．4 铁心结构方面。轴向电动力最终作用在铁心框架结构上。如果铁心 固定框架出现局部结构失稳和变形，将导致绕组失稳而变形损坏。因此，设计铁心各部分结构件时，强度要留有充分的裕度，各部件间尽量采用无间隙配合和
互锁结构，使变压器器身成为一个坚固的整体。
1．5 工艺控制和工艺手段。对一些关键工序，如垫块预处理、绕组绕制、绕组压装、相套装、器身装配时预压力控制等方面，进行严格的工艺控制，以保证设计要求。
2．减少短路事故的措施
2．1优化选型要求。选型应选用能顺利通过短路试验的变压器并合理确定变压器的容量，合理选择变压器的短路阻抗。
2．2 优化运行条件。要提高电力线路的绝缘水平，特别是提高变压器出线一定距离的绝缘水平，同时提高线路安全走廊和安全距离要求的标准，降低近区故障影响和危害，包括重视电缆的安装检修质量(因电缆头爆炸大多相当于母线短路)；对重要变电站的中、低压母线，考虑全封闭，以防小动物侵害；提高对开关质量的要求，防止发生拒分等。
2．3优化运行方式。确定运行方式要核算短路电流，并限制短路电流的危害。如采取装备用电源自投装置后开环运行，以减少短路时的电流和简化保护配置；对故障率高的非重要出线 ，可考虑退出重合闸保护；提高速切保护性能，压缩保护时间；220kV及以上电压等级的变压器尽量不直接带10kV的地区电力负荷等。
2．4 提高运行管理水平。首先要防止误操作而造成的短路冲击；要加强变压器的适时检修和监测，及时发现变压器的变形强度，保证变压器的安全运行。