浅谈几种提升电力变压器抗短路能力的改造建议

浅谈几种提升电力变压器抗短路能力的改造建议

毛学飞陈冲唐小峰

（南方电网公司南宁供电局广西南宁530031）

摘要:为了保障电力系统的安全稳定运行，开展电力变压器抗短路能力提升工作越来越重要。本文首先介绍了电力变压器抗短路能力的背景及现状，按照不同出厂时期对应的制造工艺、材质等分析了电力变压器抗短路能力的特点，结合近年来电力变压器运行经验，经过实践研究，提出了提高电力变压器抗短路能力的几种改造建议。

关键词:电力变压器，近区短路，抗短路能力

0引言

电力变压器在整个运行寿命期间,不可避免地要受到短路电磁力的多次冲击，随着变压器电压等级的不断提高,系统容量和变压器单台容量的不断增大,在变压器短路阻抗一定的条件下,短路电磁力对变压器的威胁将更加严重，尤其是近区短路对变压器产生了极大的危害。为了确保变压器的安全可靠运行,必须设法提高变压器绕组的抗短路能力。近几年来的运行实践表明,在短路电磁力的冲击下,有很多变压器因绕组的抗短路能力不够而导致的电力事故发生。因此变压器绕组抗短路能力的提高,是一个值得深入研究和认真对待的技术难题。

1提高变压器抗短路能力的传统措施

变压器抗短路能力与其生产日期关系密切，上世纪90年代前的产品，110kV以上变压器广泛采用薄绝缘和铝线制作线圈[1]，存在绝缘强度低、抗短路能力差的问题。1990-2000年间的产品吸取了以上教训，在材料选用及工艺上都有了较大的改进，抗短路能力有了一定的提高，但由于当时国内尚无能力开展110kV以上变压器突发性短路试验，因此这一时期的产品抗短路能力校核仅停留在理论分析上，未经实践检验。2000年后，国内已可开展短路试验工作，但牵涉到费用问题，加之用户未有明确要求，许多厂家2000年后的产品也未进行此项工作。

2005年后产品抗短路能力增强，主要是采取了以下措施：(1)线圈采用高强度半硬铜和自粘性换位导线，采用整体套装和恒压干燥工艺，并采用内衬硬纸筒。(2)采用大型成套计算软件，使变压器抗短路强度设计时对漏磁分布、绕组轴向和幅向受力及导线应力计算结果接近实际变压器受力情况[2]。(3)采用了撑条加倍、垫块加密等提高变压器抗短路能力的措施，增强了轴向和幅向抗短路能力。

而线圈采用高强度半硬铜和自粘性换位导线，是提高抗短路能力的根本性措施，因为铜导线和相关的绝缘材料，是保证变压器绕组在短路状态下抗受住短路力的作用下应用的最主要和基本的材料，其特点是具有可塑性，在运行短路的损坏都是绕组的机械失稳变形，在短路故障下的绕组导线被大量拉断的情况几乎是没有的[3]。铜导线的可控应力的大小和其自身的坚硬度（如退火导线、半硬导线、自粘性换位导线等）以及导线自身的宽、厚度有关。

在2005年之前，国内大多数变压器厂家还是采用退火软铜导线生产变压器，半硬铜导线和自粘性换位导线用得不多[4]（涉及成本、绕制技术和工艺处理技术等），因此，这些年代的产品较2005年后的产品，其抗短路能力也较差。统计近年来变压器的损坏情况，也证实了这一点，部分变压器使用的导线σ0.2强度较低，甚至只有85MPa，仅有通常的一半左右，使得变压器的抗短路能力不足。部分变压器的撑条数量仅有24个，计算结果显示这些变压器的抗短路能力受到了一定的影响。总之，影响变压器抗短路能力的因素是很复杂的，包括线圈绕制形式、导线材质、铁芯结构、支撑压紧结构等，其中主要因素有导线的材质、硬绝缘支撑纸筒的使用与否及撑条数量的设计等[5]，经统计发现：线圈采用普通导线圈的变压器的抗短路能力普遍较弱，而采用自粘换位导线的变压器的抗短路能力得到了有效的提高。

变压器遭受短路故障电流冲击后，绕组将会发生局部变形，即使没有立即损坏，也可能会留下严重的故障隐患。首先绝缘距离将发生改变，固体绝缘收到损伤后将导致局部放电发生。当遇到雷击过电压作用时便有可能发生匝间、饼间击穿，导致突发性绝缘事故，甚至在正常运行电压下，因局部放电的长期作用也可能引发绝缘事故[6]。其次，绕组机械性能下降，当再次遭受短路事故时，将承受不住巨大的电动力而发生损坏事故。标准《GB1094.5-2008电力变压器第5部分:承受短路的能力》提供了检验电力变压器承受能力的计算程序和理论评估方法，而标准《DL/T1093-2008电力变压器绕组变形的电抗法检测判断导则》则对短路电流的大小和冲击次数与绕组变形试验的关系做了说明。由此可以看到，变压器的年限、生产厂家、生产工艺、短路电流的幅值、冲击次数等是影响变压器抗短路能力的主要因素。

2提升变压器抗短路能力改造建议

3.1运行中的变压器现场改造

变压器运行10多年后，绝缘件因在油中浸泡会有微小收缩，线圈轴向压紧力会失去一部分，结合原有器身结构，线圈圆周方面各点受力并不均匀，因此，在现场进行改造，需要对上部压紧机构进行微小调整，重新进行压紧，该方法也可以提高变压器的抗短路能力，具体分两个步骤：

（1）增加副压板及打钎板，使线圈圆周方向受力均匀，此种方式可在现场吊罩实现；

（2）采用同步液压地雷压紧机构，重新调整压钉轴向预紧力，使线圈受力达到原初始状态，此种方式可以在现场吊罩实现；考虑到运行过程中绝缘老化导致绕组绝缘层不能完全承受出厂时的器身压紧力，现场加压时因根据压力表示值和器身轴向压缩量(5mm到10mm)来判断是否终止加压。通过这种方式进行绕组的现场结构改造，可提高线圈的稳定性，特别是轴向稳定性。当然，考虑到变压器投运十多年，各处电网的复杂性，安全系数取得越大，抗短路能力则越强。但这种改造方式受到天气的制约，在湿度大、雨天的环境下均不适宜改造。此外，吊车、场地、滤油机等也是必须考虑的因素。

3.2主变低压侧或中压侧串电抗

对于已经投运多年、在事故多发的线路上运行的变压器，在变压器低压出线侧串限流电抗器可减小可能出现的最大短路电流值，达到保护主变的目的。

3结束语

变压器抗短路的问题在电力系统中受到越来越多的重视,解决这一难题关系到电网的安全稳定运行。本文首先介绍了电力变压器抗短路能力的背景及现状，按照不同出厂时期对应的制造工艺、材质等分析了电力变压器抗短路能力的特点，结合近年来电力变压器运行经验，结合实践研究，提出了提高电力变压器抗短路能力的几种改造建议。变压器抗短路能力工作中取得的成果对于提高电网的管理水平和班组人员的检修试验水平具有重要的作用，而且所取得的经验在今后的老旧变压器大修工作中值得借鉴和推广。

参考文献

[1]郑红艳，刘海龙.浅议电力系统中变压器抗短路能力提高的措施

[2]夏一峰.浅议电力系统中变压器抗短路能力提高[J].科技风，2010..

[3]谢毓城.电力变压器手册［M］.北京：机械工业出版社,2002.

[4]洛君婷.变压器绕组导线对抗短路能力的影响［J］.变压器，2010.

[5]董晓玲.浅谈预防低阻故障对变压器的冲击[J].山西科技,2011(01).

[6]刘美娟.浅谈提高电力变压器抗短路能力的措施[J].广西轻工业，2009.