淺談電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力提高的措施

電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐，是電力網(wǎng)的核心元件，其可靠運行不僅關(guān)系到廣大用戶的電能質(zhì)量，也關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全程度。電力變壓器的可靠性由其健康狀況決定，不僅取決于設(shè)計制造、結(jié)構(gòu)材料，也與檢修維護密切相關(guān)。就電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力的提高的問題進行探討。

一、電力變壓器概述

電子電力變壓器主要是采用電力電子技術(shù)實現(xiàn)的，其基本原理為在原方將工頻信號通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號，即降頻。通過采用適當?shù)目刂品桨竵砜刂齐娏﹄娮友b置的工作，從而將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能。由于中間隔離變壓器的體積取決于鐵芯材質(zhì)的飽和磁通密度以及鐵芯和繞組的最大允許溫升，而飽和磁通密度與工作頻率成反比，這樣提高其工作頻率就可提高鐵芯的利用率，從而減小變壓器的體積并提高其整體效率。

二、提高電力變壓器抗短路能力的措施

變壓器的安全、經(jīng)濟、可靠運行與出力，取決于本身的制造質(zhì)量和運行環(huán)境以及檢修質(zhì)量。本章試圖回答在變壓器運行維護過程中，有效預(yù)防變壓器突發(fā)性故障的措施。

電網(wǎng)經(jīng)常由于雷擊、繼電保護誤動或拒動等造成短路，短路電流的強大沖擊可能使變壓器受損，所以應(yīng)從各方面努力提高變壓器的耐受短路能力。變壓器短路沖擊事故的統(tǒng)計結(jié)果表明，制造原因引起的占80%左右，而運行、維護原因引起的僅占10%左右。有關(guān)設(shè)計、制造方面的措施在第二章已有論述，本章著重就運行維護過程中應(yīng)采取的措施加以說明。運行維護過程中，一方面應(yīng)盡量減少短路故障，從而減少變壓器所受沖擊的次數(shù);另一方面應(yīng)及時測試變壓器繞組的形變，防患于未然。

(一)規(guī)范設(shè)計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝。制造廠家在設(shè)計時，除要考慮變壓器降低損耗，提高絕緣水平外，還要考慮到提高變壓器的機械強度和抗短路故障能力。在制造工藝方面，由于很多變壓器都采用了絕緣壓板，且高低壓線圈共用一個壓板，這種結(jié)構(gòu)要求要有很高的制造工藝水平，應(yīng)對墊塊進行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進行恒壓干燥,并測量出線圈壓縮后的高度;同一壓板的各個線圈經(jīng)過上述工藝處理后，再調(diào)整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規(guī)定的壓力，最終達到設(shè)計和工藝要求的高度。在總裝配中，除了要注意高壓線圈的壓緊情況外，還要特別注意低壓線圈壓緊情況的控制。

(二)對變壓器進行短路試驗，以防患于未然。大型變壓器的運行可靠性，首先取決于其結(jié)構(gòu)和制造工藝水平，其次是在運行過程中對設(shè)備進行各種試驗，及時掌握設(shè)備的工況。要了解變壓器的機械穩(wěn)定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進，以確保對變壓器結(jié)構(gòu)強度設(shè)計時做到心中有數(shù)。

(三)使用可靠的繼電保護與自動重合閘系統(tǒng)。系統(tǒng)中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故，特別是10KV線路因誤操作、小動物進入、外力以及用戶責(zé)任等原因?qū)е露搪肥鹿实目赡苄詷O大。因此對于已投入運行的變壓器，首先應(yīng)配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流電源，并保證保護動作的正確性。結(jié)合目前運行中變壓器杭外部短路強度較差的情況，對于系統(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。目前已有些運行部門根據(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重合問，或者適當延長合間間隔時間以減少因重合閘不成而帶來的危害，并且應(yīng)盡量對短路跳閘的變壓器進行試驗檢查。

(四)積極開展變壓器繞組的變形測試診斷。通常變壓器在遭受短路故障電流沖擊后，繞組將發(fā)生局部變形，即使沒有立即損壞，也有可能留下嚴重的故障隱患。首先，絕緣距離將發(fā)生改變，固體絕緣受到損傷，導(dǎo)致局部放電發(fā)生。當遇到雷電過電壓作用時便有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，導(dǎo)致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用也可能引發(fā)絕緣擊穿事故。

因此，積極開展變壓器繞組變形的診斷工作，及時發(fā)現(xiàn)有問題的變壓器，并有計劃地進行吊罩驗證和檢修，不但可節(jié)省大量的人力、物力，對防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。

傳遞函數(shù)H(jw)(即頻率響應(yīng)特性)的零、極點分布情況與二端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的元件及連接方式等密切相關(guān)。大量試驗研究結(jié)果表明，變壓器繞組通常在10KZ~1MHZ的頻率范圍內(nèi)具有較多的諧振點。當頻率低于10KHZ時，繞組的電感起主要作用，諧振點通常較少，對分布電容的變化較不敏感;當頻率超過1 MHZ時，繞組的電感又被分布電容所旁路，諧振點也會相應(yīng)減少，對電感的變化較不敏感，而且隨著頻率的提高，測試回路(引線)的雜散電容也會對測試結(jié)果造成明顯影響。

由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴，且對人員的素質(zhì)要求高，在生產(chǎn)運行中不易普遍開展。因此，在實際工作中，依據(jù)變壓器繞組電容變化量來判斷繞組是否變形的方法，可以作為頻率響應(yīng)法的有益補充。尤其在頻率響應(yīng)法不具備條件的情況下，可以通過橫向、縱向?qū)Ρ确e累的實測電容量，及時掌握變壓器繞組的工作狀態(tài)，以便降低事故發(fā)生的概率，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。

(五)加強現(xiàn)場施工和運行維護中的檢查，使用可靠的短路保護系統(tǒng)?，F(xiàn)場進行變壓器的安裝時，必須嚴格按照廠家說明和規(guī)范要求進行施工，嚴把質(zhì)量關(guān)，對發(fā)現(xiàn)的隱患必須采取相應(yīng)措施加以消除。運行維護人員應(yīng)加強變壓器的檢查和維護保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應(yīng)措施，降低出口和近區(qū)短路故障的幾率。為盡量避免系統(tǒng)的短路故障，對于己投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流系統(tǒng)，以保證保護動作的正確性;其次，應(yīng)盡量對因短路跳閘的變壓器進行試驗檢查，可用頻率響應(yīng)法測試技術(shù)測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據(jù)測試結(jié)果有目的地進行吊罩檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發(fā)生。

變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝，且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方面有很大的關(guān)系，變壓器短路事故對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行危害極大，為避免事故的發(fā)生，應(yīng)從多方面采取有效的控制措施，以保證變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。