變壓器運行中短路損壞的原因分析

變壓器運行中短路損壞的原因分析依據(jù)近幾年的變壓器因出口短路而發(fā)生損壞的狀況，變壓器在短路故障時，其損壞主要有以下幾種特征及產(chǎn)生的原因。這種損壞主要是在輻向漏磁產(chǎn)生的軸向電磁力作用下，導(dǎo)致變壓器繞組軸向變形，該類事故占整個損壞事故的32.9％。這種損壞是由于兩個軸向墊塊間的導(dǎo)線在軸向電磁力作用下，因彎矩過大產(chǎn)生永久性變形，通常兩餅間的變形是對稱的。這種損壞是由于導(dǎo)線在軸向力作用下，互相擠壓或撞擊，導(dǎo)致傾斜變形。如果導(dǎo)線原始稍有傾斜，則軸向力促使傾斜增加，嚴(yán)重時就倒塌；導(dǎo)線高寬比例大，就愈容易引起倒塌。端部漏磁場除軸向分量外，還存在輻向分量，二個方向的漏磁所產(chǎn)生的合成電磁力致使內(nèi)繞組導(dǎo)線向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，外繞組向外翻轉(zhuǎn)。這種損壞往往是因為軸向力過大或存在其端部支撐件強度、剛度不夠或裝配有缺陷。這種損壞主要是在軸向漏磁產(chǎn)生的輻向電磁力作用下，導(dǎo)致變壓器繞組輻向變形，占整個損壞事故的21.2%。輻向電磁力企圖使外繞組直徑變大，當(dāng)作用在導(dǎo)線的拉應(yīng)力過大會產(chǎn)生永久性變形。這種變形通常伴隨導(dǎo)線絕緣破損而造成匝間短路，嚴(yán)重時會引起線圈嵌進(jìn)、亂圈而倒塌，甚至斷裂。端部漏磁場除軸向分量外，還存在輻向分量，二個方向的漏磁所產(chǎn)生的合成電磁力致使繞組導(dǎo)線向內(nèi)翻轉(zhuǎn)，外繞組向外翻轉(zhuǎn)。輻向電磁力使內(nèi)繞組直徑變小，彎曲是由兩個支撐(內(nèi)撐條)間導(dǎo)線彎矩過大而產(chǎn)生永久性變形的結(jié)果。如果鐵心綁扎足夠緊實及繞組輻向撐條有效支撐，并且輻向電動力沿圓周方向均布的話，這種變形是對稱的，整個繞組為多邊星形。然而，由于鐵芯受壓變形，撐條受支撐狀況不相同，沿繞組圓周受力是不均勻的，實際上經(jīng)常發(fā)生局部失穩(wěn)形成曲翹變形。這種損壞主要由于引線間的電磁力作用下，造成引線振動，導(dǎo)致引線間短路，這種事故較少見。2變壓器短路損壞的常見部位依據(jù)近幾年的變壓器因出口短路而發(fā)生損壞的狀況，變壓器在短路故障時，其繞組損壞部位主要有以下幾種。該部位發(fā)生變形原因有：(1)短路電流所產(chǎn)生的磁場是通過油和箱壁或鐵心閉合，由于鐵軛的磁阻相對較小，故大多通過油路和鐵軛間閉合，磁場相對集中，作用在線餅的電磁力也相對較大；(2)內(nèi)繞組套裝間隙過大或鐵心綁扎不夠緊實，導(dǎo)致鐵心片二側(cè)收縮變形，致使鐵軛側(cè)繞組曲翹變形；(1)在結(jié)構(gòu)上，軛部對應(yīng)繞組部分的軸向壓緊是最不可靠的，該部位的線餅往往難以達(dá)到應(yīng)有的預(yù)緊力，因而該部位的線餅最易變形。該區(qū)域由于：(1)安匝不平衡使漏磁分布不均衡，其幅向額外產(chǎn)生的漏磁場在線圈中產(chǎn)生額外軸向外力，這些力的方向總是使產(chǎn)生這些力的不對稱性增大。軸向外力和正常幅向漏磁所產(chǎn)生的軸向內(nèi)力一樣，使線餅向豎直方向彎曲，并壓縮線餅件的墊塊，除此之外，這些力還部分地或全部地傳到鐵軛上，力求使其離開心柱，出現(xiàn)線餅向繞組中部變形或翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象；(2)該部位的線餅為力求安匝平衡或分接區(qū)間的應(yīng)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；(1)繞組套裝后不能保證中心電抗高度對齊，致使安匝進(jìn)一步加劇不平衡；(2)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(xiàn)象，另一方面受短路力時跳動加??；(3)在制定時間為力求安匝平衡，分接區(qū)的電磁線選用了較窄或較小截面的線規(guī)，抗短力能力低。這部位的變形常見于換位導(dǎo)線的換位和單螺旋的標(biāo)準(zhǔn)換位處。換位導(dǎo)線的換位，由于其換位的爬坡較一般導(dǎo)線的換位為陡，使線匝半徑不同的換位處產(chǎn)生相反的切向力，這對大小相等方向相反的切向力，致使內(nèi)繞組的換位向直徑變小，方向變形，外繞組的換位力求線匝半徑相同，使換位拉直，內(nèi)換位向中心變形，外換位向外變形，而且換位導(dǎo)線厚度越厚，爬坡越陡，變形越嚴(yán)重。另外，換位處還存在軸向短路電流分量，所產(chǎn)生的附加力，致使線餅變形加劇。單螺旋的標(biāo)準(zhǔn)換位，在空間上要占一匝的位置，造成該部位安匝不平衡，同時又具有換位導(dǎo)線換位變形特征，因此該部位的線餅更容易變形。常見于斜口螺旋結(jié)構(gòu)的繞組，該結(jié)構(gòu)的繞組，由于二個螺旋口安匝不平衡，軸向力大，同時又有軸向電流存在，使引出線拐角部位產(chǎn)生一個橫向力而發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象。另外螺旋繞組在繞制過程中，有剩余應(yīng)力存在，會使繞組力求恢復(fù)原狀現(xiàn)象，故螺旋結(jié)構(gòu)的繞組，受短路電流沖擊下更容易扭曲變形。常見于低壓引線間，低壓引線由于電壓低流過電流大，相位120度，使引線互相吸引，如果引線固定不當(dāng)?shù)脑?，會發(fā)生相間短路。3變壓器短路故障原因分析因變壓器出口短路導(dǎo)致變壓器內(nèi)部故障和事故的原因很多，也比較復(fù)雜，它與結(jié)構(gòu)制定、原材料的質(zhì)量、工藝水平、運行工況等因數(shù)有關(guān)，但電磁線的選用是關(guān)鍵。從近幾年解剖變壓器，對其事故進(jìn)行分析來看，與電磁線有關(guān)的大致有以下幾個原因。3.1基于變壓器靜態(tài)理論制定而選用的電磁線，與實際運行時作用在電磁線上的應(yīng)力差異較大。3.2目前各廠家的計算程序中是建立在漏磁場的均勻分布、線匝直徑相同、等相位的力等理想化的模型基礎(chǔ)上而編制的，而事實上變壓器的漏磁場并非均勻分布，在鐵軛部分相對集中，該區(qū)域的電磁線所受到機械力也較大；換位導(dǎo)線在換位處由于爬坡會改變力的傳遞方向，而產(chǎn)生扭矩；由于墊塊彈性模量的因數(shù)，軸向墊塊不等距分布，會使交變漏磁場所產(chǎn)生的交變力延時共振，這也是為什么處在鐵心軛部、換位處、有調(diào)壓分接的對應(yīng)部位的線餅首先變形的根本原因。3.3抗短路能力計算時沒有合計溫度對電磁線的抗彎和抗拉強度的影響。按常溫下制定的抗短路能力不能反映實際運行狀況，依據(jù)試驗結(jié)果，電磁線的溫度對其屈服極限?0.2影響很大，隨著電磁線的溫度提升，其抗彎、抗拉強度及延伸率均下降，在230℃下抗彎抗拉強度要比在30℃時下降10％以上，延伸率則下降20％以上。而實際運行的變壓器，在額定負(fù)荷下，繞組平均溫度可達(dá)103℃，最熱點溫度可達(dá)118℃。一般變壓器運行時均有重合閘過程，因此如果短路點一時無法消失的話，將在非常短的時間內(nèi)(0.8s)緊接著承受第二次短路沖擊，但由于受第一次短路電流沖擊后，繞組溫度急劇增高，依據(jù)GBl092的規(guī)定，最高同意230℃，這時繞組的抗短路能力己大幅度下降，這就是為什么變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多。3.4采納一般換位導(dǎo)線，抗機械強度較差，在承受短路機械力時易出現(xiàn)變形、散股、露銅現(xiàn)象。采納一般換位導(dǎo)線時，由于電流大，換位爬坡陡，該部位會產(chǎn)生較大的扭矩，同時處在繞組二端的線餅，由于幅向和軸向漏磁場的共同作用，也會產(chǎn)生較大的扭矩，致使扭曲變形。如楊高300kV變壓器的A相公共繞組共有71個換位，由于采納了較厚的一般換位導(dǎo)線，其中有44個換位有不同程度的變形。另外吳涇1l號主變，也是由于采納一般換位導(dǎo)線，在鐵心軛部部位的高壓繞組二端線餅均有不同翻轉(zhuǎn)露線的現(xiàn)象。3.5采納軟導(dǎo)線，也是造成變壓器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期對此熟悉不夠，或繞線裝備及工藝上的困難，制造廠均不愿使用半硬導(dǎo)線或制定時根本無這方面的要求，從發(fā)生故障的變壓器來看均是軟導(dǎo)線。3.6繞組繞制較松，換位或糾位爬坡到處理不當(dāng)，過于單薄，造成電磁線懸空。從事故損壞位置來看，變形多見換位處，尤其是換位導(dǎo)線的換位處。3.7繞組線匝或?qū)Ь€之間未固化處理，抗短路能力差。早期經(jīng)浸漆處理的繞組無一損壞。3.8繞組的預(yù)緊力控制不當(dāng)造成一般換位導(dǎo)線的導(dǎo)線互相錯位。3.9套裝間隙過大，導(dǎo)致作用在電磁線上的支撐不夠，這給變壓器抗短路能力方面增加隱患。3.10作用在各繞組或各檔預(yù)緊力不均勻，短路沖擊時造成線餅的跳動，致使作用在電磁線上的彎應(yīng)力過大而發(fā)生變形。3.11外部短路事故頻繁，多次短路電流沖擊后電動力的積存效應(yīng)引起電磁線軟化或內(nèi)部相對位移，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。4建議(1)對設(shè)備選型時，應(yīng)充分合計現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀況，取消冗余功能，選擇可靠結(jié)構(gòu)，在充分合計電網(wǎng)的短路容量與產(chǎn)品的動穩(wěn)定性能之后，再確定產(chǎn)品參數(shù)，依據(jù)電網(wǎng)實際需要合理的配置分接開關(guān)，對性能參數(shù)的要求應(yīng)和目前制造水平及材質(zhì)狀況相適應(yīng)。(2)優(yōu)先選用經(jīng)短路型式試驗合格的產(chǎn)品制定，并對產(chǎn)品進(jìn)行抽檢短路耐受試驗，以保證產(chǎn)品的同一性。(1)選用全自冷變壓器。由于全自冷變壓器相對其他冷卻方式的變壓器度低，用銅量大，變壓器重量重，具有較強抗短路能力。針對前述造成短路故障的原因和問題，電氣制定和結(jié)構(gòu)制定各方面應(yīng)采用改善措施。要充分合計工藝和材質(zhì)的分散性，在關(guān)鍵的部位應(yīng)留有足夠的裕度，當(dāng)先進(jìn)性與產(chǎn)品的可靠性有矛盾時，首先合計保證可靠性。制定時應(yīng)按高溫條件(230℃~130℃)進(jìn)行抗短路能力的制定，并對特別部位(如換位、螺旋口)要進(jìn)行抗短路能力校核計算。假設(shè)內(nèi)線圈一定要帶分接，應(yīng)優(yōu)先采納獨立調(diào)壓繞組結(jié)構(gòu)。同時要禁止使用一般換位導(dǎo)線，而盡量選用半硬以上的自粘性換位導(dǎo)線和組合導(dǎo)線；13kV及以下繞組的內(nèi)支撐硬筒選用低介損無局放的環(huán)氧玻璃絲絕緣筒；軸向壓緊最好采納彈簧壓釘。針對前述的工藝缺陷和欠缺，提升工藝水平，強化工藝執(zhí)行紀(jì)律，保證產(chǎn)品制造過程得到有效控制。盡量選用半硬以上的自粘性換位導(dǎo)線和組合導(dǎo)線。采納高發(fā)度與油道等距的整體墊塊。13kV及以下的內(nèi)繞組應(yīng)優(yōu)先采納環(huán)氧玻璃絲筒作繞組內(nèi)支撐絕緣筒。為保證變壓器安裝質(zhì)量，可采納執(zhí)行賣方負(fù)責(zé)的安裝方式，賣方必須對整個安裝工作質(zhì)量負(fù)責(zé)?，F(xiàn)場吊芯檢查時要進(jìn)行器身預(yù)緊力校核，保證變壓器器身處于緊固狀態(tài)。鑒于目前運行變壓器抗外部短路強度較差的狀況，關(guān)于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強行投運，應(yīng)看到其不利的因素，否則有時會加劇變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復(fù)的可能。運行部門可依據(jù)短路故障是否能瞬時自動消除的概率，對近區(qū)架空線(如2km以內(nèi))或電纜線路取消使用自動重合閘，或適當(dāng)延長合閘間隔時間以