淺談變壓器短路產生原因及防治措施

電網的運行要求安全性和穩定性，作為變電過程中的重要設備變壓器，其安全性尤為重要。近年來由于變壓器自身設計以及電網運行導致的變壓器短路事故時有發生。文章重點針對變壓器短路產生原因以及防治措施進行了詳細分析。

　　電網要求繼電保護裝置具有可靠性、速動性、靈敏性來保證安全穩定運行，而變壓器是變電過程中最為重要的設備，其制造復雜、成本高，因此保證變壓器的安全運行對電力系統具有重要意義。面對變壓器頻頻發生的短路事故，我們需要對其短路產生原因、短路表現形式以及減少短路發生的次數和影響進行研究，以保證電力系統的正常運行，保證供電可靠性。

　　一、變壓器短路

　　1. 變壓器短路產生原因

　　變壓器短路產生的原因很多，主要分為以下兩類：一是結構短路因素；二是運行短路因素。下面就分別闡述：

　　結構短路

　?。?）溫度、繞線方式等是造成變壓器短路的重要因素。溫度對導線的彎度和強度都有很大的影響，隨著導線溫度的升高，其彎度、強度均有不同程度的下降，同時，導線的延伸率也會隨著下降。而變壓器中導線的設計通常是在常溫下進行的，沒有考慮到實際運行工況，實際額定運行變壓器的繞組溫度大大高于常溫，能夠達到100℃以上。而隨著繞組溫度的升高，其抗彎強度和抗拉強度均會明顯下降。繞線松散、導線與線匝間固化措施較差使得導線在運行中易發生變形，造成變壓器短路。

　?。?）采用導線類型不同對變壓器短路產生的效果也不盡相同。普通的換位導線由于其機械強度較差，在外力作用下出現變形、露銅的情況時有發生。在額定電流下，扭矩較大的兩個部位包括換位導線爬坡處以及繞組兩端的線餅，扭矩大的直接結果就是導致導線扭曲甚至變形，從而大大增加了變壓器內部短路的風險。軟導線是早期造成變壓器短路的最主要的原因。由于認識不足以及成本問題，廠家在生產時采用軟導線而不是硬導線，使得由于導線類型造成的變壓器短路成為較為主要的原因。

　　運行短路

　　長時間的短路電流是造成運行短路的主要原因。一般情況下，當在電流速斷保護范圍內發生短路故障時，繼電保護裝置能夠保證在無延時情況下迅速切除故障，考慮到機械作用固有延時等情況，短路電流持續的時間一般不會超過250ms，但是實際情況卻與此有所不同：首先，由于繼電保護的選擇性，配電側的保護一般不采用電流速斷保護，而是采用定時限過電流保護，配電側也正是短路多發部分；其次，繼電保護雖然要求速動性、選擇性、靈敏性和可靠性，可是也不免發生繼電保護裝置拒動的情況，而當保護拒動時，故障存在時間會較長，有時會到好幾分鐘甚至幾小時，這時變壓器導線承受大的短路電流的時間大大增加，超過其熱穩定性就會造成短路故障；最后，電力系統的安全穩定可靠運行要求繼電保護需配備重合閘裝置，如果故障為性故障，那么重合閘的過程就會對變壓器產生二次沖擊，短路剛發生時產生的過電流已經使變壓器導線溫度急劇升高，導線的扛彎性已經很差，二次沖擊電流則很可能導致變壓器發生短路事故。

　　某變電站10kV母線發生弧光短路，多臺開關柜燒毀，過電流的持續時間長達4min，這種現象至今每年都有發生。據資料反映，54%短路事故的過電流持續時間大于0.25s，有的長達數秒甚至數分，22%是連續多次短路沖擊，有的連續沖擊8次。

　　2. 變壓器短路表現形式

　　變壓器短路對電網安全穩定運行帶來很大的危害，因此研究變壓器短路的表現形式有助于我們能夠積極的研究應對措施，防止和減少變壓器短路的發生。目前變壓器短路的表現形式主要有：

　　外部短路時，由于重合閘等原因導致的多次的短路沖擊，使得變壓器導線線圈嚴重變形，并引發絕緣損壞甚至擊穿。

　　外部短路時，頻繁短時間間隔的短路沖擊最終會導致變壓器短路損壞。

　　由于繼電保護裝置拒動而導致的長時間的短路沖擊導致的變壓器短路損壞。

　　短路電流較大而導致的一次短路沖擊損壞變壓器。

　　3. 變壓器短路常見損壞部位

　　變壓器繞組引出線部分。由于軸向電流的存在，使得斜口螺旋繞組處產生橫向力矩而使得繞組扭曲甚至變形，而螺旋繞組繞制過程中自身的恢復原狀的應力作用更加劇了這一變形的情況，較易發生短路故障。

　　由于繞組繞制間隙過大或者過于松散，導致鐵軛側繞組發生變形。同時短路電流產生的很強的電磁場大多通過鐵軛閉合，形成回路，其受到的電磁力也是導致鐵軛發生短路變形的重要原因。

　　換位導線的爬坡較陡，相比普通導線來說，其在爬坡處產生的相反的切向力使得里側繞組的換向直徑減小，而外側繞組換向直徑增大，軸向電流的作用使得繞組承受附加力的作用，變形加劇。換位導線越粗，其爬坡的坡度越陡，受應力和附加力作用產生的變形越嚴重。

　　調壓分接區域較易產生短路事故。該區域由于運行一段時間后，較厚的墊塊自然收縮量較大，一方面加劇安匝不平衡現象，另一方面受短路力時跳動加??；繞組套裝后不能確保中心電抗高度對齊，致使安匝進一步加劇不平衡；該部位的線餅為力求安匝平衡或分接區間的應有絕緣距離，往往要增加較多的墊塊，較厚的墊塊致使力的傳遞延時，因而對線餅撞擊也較大。

　　4. 短路故障的危害

　　電網短路故障產生的較大的短路電流會產生很大的磁場，同時變壓器的漏磁場也較大，強大的電磁力使得變壓器繞組承受很大的機械應力，較大的短路電流同時會在變壓器繞組中發熱，使得電能有很大一部分轉化為熱能，溫度的升高會大大削弱繞組的機械強度和延伸性。變壓器繞組在機械應力和熱應力的作用下很容易發生扭曲變形，同時也會使繞組間、線匝和繞組間的絕緣老化嚴重，不僅對變壓器產生很大的危害，也對電網的安全穩定運行產生很大的威脅。

　　二、變壓器短路防治措施

　　1. 正確安裝變壓器

　　變壓器在設計時須符合實際工況要求，安裝時應嚴格按照變壓器銘牌上的額定容量、額定電流、額定電壓、額定阻抗以及繞線組別進行。安裝的變壓器應該具有出廠合格證，保證變壓器是正規廠商生產的合格產品。應嚴格查看變壓器的各結構有無質量問題，包括其型鋼是否有銹蝕，螺栓的類型是否為鍍鋅螺栓，是否配備與其規格相符的平墊圈和彈簧墊。防銹漆和絕緣漆是否有合格證書。在施工安裝完畢后，要驗收其尺寸、結構是否符合設計要求，室內變壓器要查看其屋頂是否有漏水，屋內地面是否平整干凈等。

　　2. 完善變壓器的保護配置

　　微機機電保護的使用使得變壓器的短路事故大大減少，但是為了使得保護動作的速動性、靈敏性兼顧可靠性，還需在保護的配置上安裝母線差動保護，失靈保護等。變壓器自身的保護也同樣重要，在變壓器中壓側和低壓側需要配置限時速斷保護，使得變壓器出口故障時能夠快速切除故障，使短路電流對變壓器的沖擊減小。在變壓器的選擇方面，應該選擇抗短路能力較強的變壓器，并且適當調整電網的主接線形式，使得故障時對變壓器的沖擊短路電流減小。減小變壓器承受短路電流的措施還有在線路上加裝限流電抗器。近年來由于開關容量不足而導致的變壓器短路經常發生，因此在變壓器中壓側和低壓側安裝大容量開關非常有必要，與此同時，由于氧化鋅避雷器較強的承受過電壓能力也適用于變壓器以及母線的保護中，爬距較大的防污瓷瓶較好的絕緣性能可以有效防止變壓器出口短路。

　　3. 對變壓器的短路動態特性進行分析

　　電網發生短路時，短路電流對變壓器的沖擊實際為變壓器繞組的振動，因此，對變壓器繞組振動特性進行研究是防止變壓器短路的有效措施。短路電流產生的磁場會在變壓器繞組中產生機械應力，該機械應力與電磁線絕緣、繞組繞制、頻率等有關。繞組固有頻率與機械應力頻率相近時會發生諧振，這就會加劇繞組的振動。

　　三、結語

　　由于變壓器成本很高，變壓器短路事故不僅會造成資金和資源的浪費，同時也不利于電力系統的供電安全可靠性。本文對變壓器短路產生的原因及防治措施進行了詳細研究，提出的建議對于變壓器以及電網的安全穩定運行具有重要的工程實際意義。