电力变压器短路故障的详细分析

本文论述了电力变压器出口短路故障的影响与危害，分析了电力变压器短路电流引起的故障成因，提出强化电力变压器监造和验收的措施、以及提高电力变压器运行管理水平、采取技术改进和降低短路事故的措施，并提出相关建议。变压器正常运行中由于受出口短路故障的影响，遭受损坏的情况及后果较为严重。据有关资料统计，近年来，一些地区110kV及以上电压等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故，约占全部事故的50%以上，与前几年统计相比呈大幅度上升的趋势。

这类故障的案例很多，特别是变压器低压出口短路形成的故障危害更大，一般要更换线圈，严重时可能要更换全部线圈，从而造成十分严重的后果和损失，因此，尤应引起足够的重视。

一、电力变压器出口短路故障案例

近期，某变电站发生的一起SFSZ10-240000/220kV变压器出口短路事故，由于该变压器遭受出口短路电流强大冲击力的影响，致使低压线圈受到的强烈的机械振动力而形成匝间短路，造成变压器损毁事故的发生。该变压器刚出厂运行仅40余天，故障前运行方式为220kV双母单分段接线，出线7条;110kV为双母接线并列运行，出线6条;35kV为单母四分段，分列运行。该主变带35kVⅣ母运行，出线分别为29341线、29345线，均为高耗能负荷，采用避峰运行方式，运行时正常负荷为30MW。

保护动作情况。故障开始发生在变压器区外低压侧A、B相间，约15ms后转为三相短路故障;I套保护启动后约80ms，低压侧区外故障被切除;启动后186ms，C相差流达到1.21A，差动保护动作。

短路故障产生低压线圈轴向电动力，致使该台变压器低压线圈上端压紧结构破坏。由于遭受机械冲击力的影响，致使变压器低压线圈发生匝间短路而损毁。通过对故障录波图分析，此次低压短路电流值低于技术协议要求。说明该台变压器低压线圈未能承受住此次短路电流电动力的冲击，变压器制造设计的抗短路能力没有满足要求。

a、c相发生匝间短路而损坏。故障后实测未损坏的低压b相线圈存在约20mm未压实的间隙;实测低压三相未损坏的3/4线圈高度，得到数据为：a相1226mm，b相1225 mm，c相1220 mm。由此判断三相低压线圈均存在未压实的情况，轴向高度尺寸控制工艺存在缺陷。压紧结构、压板强度需进一步改进和加强。

该变压器短路强度设计2s内低压绕组的短路电流耐受值为48.54kA;而此次外部短路冲击的短路电流为20kA，持续时间约80ms。变压器实际承受的短路电流远未达到该变压器承诺的技术指标。在故障电流远未达到设计值的情况下发生损坏。 因此，确认变压器存在严重的设计、制造缺陷。对于变压器的热稳定及动稳定，在给定的条件下，仍以设计计算值为检验的依据，但计算值与实际值误差如何，尚缺乏研究与分析，一般情况下是以设计值大于变压器实际承受能力为准。目前逐步开展的变压器突发短路试验，为检验设计、工艺水平提供重要的依据。

变压器低压侧发生短路时，所承受的短路电流最大，而低压线圈的结构一般采用圆筒式或螺旋式多股导线并绕，为了提高线圈的动稳定能力，线圈内多采用绝缘纸筒支撑，但有些厂家仅考虑变压器的散热能力，对于其动稳定，则只要计算值能够满足要求，便将支撑取消，于是当变压器遭受出口短路时，由于动稳定能力不足，而使线圈变形甚至损坏。

低压线圈短路电流的轴向电动力，产生线圈上弹的冲击力，造成变压器低压线圈上端压紧结构破坏，线圈变形冲散，致使变压器损毁。

二、电力变压器线圈变形原因分析

通过变压器返厂解体检查分析， 发现：

1、检查油箱内时发现2根断裂的绝缘螺杆，为低压线圈下部出线夹持处的螺栓掉落。

2、C、A相压板及副压板开裂损坏严重;B相压板开裂，副压板发生弯曲变形。

3、C、A相压板及副压板开裂损坏严重，C相压板内径侧大面积开裂，层压纸板层间裂开;B相压板靠近低压出线区约1/3圆周有层压纸板的层间开裂，副压板发生弯曲变形。

4、 c、a相低压线圈上部11饼向上窜动，轴向损坏严重;b相低压线圈没有发生损坏，但是b相低压线圈高度比高、中线圈低20mm。

5、 三相低压线圈没有发生幅向变形。

6、三相中压、高压、调压线圈没有损坏。

分析认为，致使该变压器发生短路事故的原因主要是高低压线圈高度不一致、线圈机械强度不够、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。由于该变压器低压线圈端部低于压紧端圈，空隙位置产生短路后的弹性冲击力致使压紧端圈破损，变压器线圈损毁

三、几点体会与建议

1、加强对变压器设备从选型、订货、监造、验收到投运的全过程管理，明确变压器专 责人员及其职责。

2、220kV及以上电压等级的变压器应强化质量控制措施，明确监造和验收职责，按变压器驻厂监造见证规范要求进行监造，监造验收工作结束后，要求监造人员在规定时间内提交监造总结，并作为变压器原始资料存档。

3、制造厂生产变压器使用的主要原材料和附件必须符合订货合同中技术协议的要求，的工厂检验报告和生产厂家出厂试验报告;工厂试验时应将供货的套管安装在变压器上进行试验;所有附件在出厂时均应按实际使用方式整体预装。

4、安装、试验阶段，投产时不遗留同类型问题，如，进一步改进和加强压紧结构、压板强度等。同时，按有关规定向制造厂索取做过突发短路试验变压器的试验报告和抗短路能力动态计算报告;在设计联络会前，应取得所订购变压器的抗短路能力计算报告。

5、大型变压器在运输过程中必须按规范安装具有时标且有合适量程的三维冲击记录仪，到达安装现场后，制造厂、运输部门和用户三方人员应共同验收，记录数据和押运记录应留档。

6、加强电力变压器运行管理。严格执行交接试验规程，对110kV及以上电压等级变压器在出厂和投产前应做低电压短路阻抗测试或用频响法测试线圈变形以留原始记录。220kV及以上电压等级和120MVA及以上容量的变压器在新安装时必须进行现场局部放电试验。220kV及以上电压等级变压器在大修后，也必须进行现场局部放电试验。同时，加强变压器油色谱分析和变压器在线监测技术的应用，努力提高变压器安全可靠运行的能力。

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