摘要：通過近年來上海干式變壓器短路損壞的具體實(shí)例，分析了電磁線對干式變壓器的損壞及目前存在的問題，并對電力干式變壓器的設(shè)計(jì)和電磁線的選擇提出了一些建議。信息源：關(guān)鍵詞：干式變壓器短路電阻電力繞組電磁線事故

1前言

近年來，干式變壓器事故時(shí)有發(fā)生，且有上升趨勢。從干式變壓器事故分析來看，短路電阻不足已成為電力干式變壓器事故的主要原因，對電網(wǎng)造成了極大的危害，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

對上海電力公司近十年來因電力干式變壓器外部短路造成的損壞事故進(jìn)行分類分析，進(jìn)而提出電磁線選擇中存在的問題及減少此類事故的措施，以促進(jìn)廠家產(chǎn)品的改進(jìn)和完善，進(jìn)一步提高運(yùn)行單位的運(yùn)行管理水平。

2干式變壓器短路事故

1993年1月至2002年12月，上海電網(wǎng)干式變壓器發(fā)生短路損壞事故17起，占總損壞事故的77.3%，是損壞的主要原因，總?cè)萘?750兆瓦。其中500千伏級2套，220千伏級13套，110千伏級2套。一套220千伏級和一套110千伏級因低壓線圈變形嚴(yán)重而必須更換。干式變壓器改造過程中發(fā)現(xiàn)4組220千伏級低壓繞組變形，2組500千伏繞組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)變形跡象。特別是1995年以來，干式變壓器損壞事故呈上升趨勢，事故范圍不斷擴(kuò)大。事故的主要形式如下：

1)外部短路沖擊反復(fù)，導(dǎo)致線圈嚴(yán)重變形，較終絕緣擊穿損壞；

2)外部短時(shí)間內(nèi)頻繁受到短路沖擊損壞；信息來自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

3)長期短路沖擊損壞；

4)短路沖擊損壞。

干式變壓器短路損壞的3種主要形式

根據(jù)近年來干式變壓器因出口短路造成的損壞，干式變壓器在短路故障中的損壞主要有以下特點(diǎn)和原因。

3.1軸向失穩(wěn)信息來自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

這種損壞主要是由徑向漏磁產(chǎn)生的軸向電磁力引起的，導(dǎo)致干式變壓器繞組軸向變形，這種事故占總損壞事故的52.9%。詳情請?jiān)L問：輸配電設(shè)備網(wǎng)

3.1.1線餅上下彎曲變形信息來自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

這種損傷是由于軸向電磁力作用下過大的彎矩導(dǎo)致兩個(gè)軸向墊之間的導(dǎo)線永久變形。通常兩個(gè)墊之間的變形是對稱的。

3.1.2繞組或線餅坍塌信息來自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

這種損傷是由于導(dǎo)線在軸向力的作用下相互擠壓或撞擊，導(dǎo)致傾斜變形。鋼絲稍有傾斜，軸向力會加大傾斜度，嚴(yán)重時(shí)會塌陷；導(dǎo)線高寬比越大，越容易引起塌陷。

除了軸向分量，端部的漏磁場也有徑向分量。兩個(gè)方向的漏磁產(chǎn)生的組合電磁力導(dǎo)致內(nèi)繞組線向內(nèi)轉(zhuǎn)，外繞組向外轉(zhuǎn)。信息來自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

3.1.3當(dāng)繞組上升時(shí)，壓板將打開信息源：http://tede.cn #p#分頁標(biāo)題#e#

這種損壞通常是由過大的軸向力或其端部支撐件的強(qiáng)度和剛度不足或組裝缺陷引起的。來源：http://tede.cn

3.2徑向不穩(wěn)定性

這種損壞主要是由徑向電磁力引起的

除了軸向分量，端部的漏磁場也有徑向分量。兩個(gè)方向的漏磁產(chǎn)生的合成電磁力導(dǎo)致繞組線向內(nèi)轉(zhuǎn)，外繞組向外轉(zhuǎn)。信息來自：

3 . 2 . 3 :http://tede.cn，內(nèi)繞組導(dǎo)線彎曲或翹曲的信息源

徑向電磁力使內(nèi)繞組直徑變小，彎曲是兩個(gè)支架(內(nèi)撐)之間的導(dǎo)線彎矩過大造成永久變形的結(jié)果。如果鐵芯捆綁足夠緊，繞組的徑向拉條得到有效支撐，徑向電動勢沿圓周方向均勻分布，變形對稱，整個(gè)繞組為多邊形星形。但由于鐵芯的壓縮變形，撐條支撐方式不同，沿繞組圓周的應(yīng)力不均勻。實(shí)際上，局部失穩(wěn)往往發(fā)生，形成屈曲變形。

3.3導(dǎo)線固定不穩(wěn)定

這種損壞主要是導(dǎo)線之間的電磁力引起的，導(dǎo)致導(dǎo)線之間振動和短路。這種事故很少見。

4干式變壓器常見部件短路損壞信息來自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)近年來干式變壓器因其出口短路造成的損壞，干式變壓器繞組損壞部位主要包括以下幾個(gè)方面。

4.1鐵軛下的相應(yīng)零件

這部分變形的原因是：(1)短路電流產(chǎn)生的磁場被油和箱壁或鐵芯封閉。由于鐵軛的磁阻比較小，大部分都封閉在鐵軛和油路之間，磁場比較集中，作用在線餅上的電磁力比較大；(2)內(nèi)繞組組間隙過大或鐵芯捆綁不夠緊，導(dǎo)致鐵芯片兩側(cè)收縮變形，造成

鐵軛側(cè)繞組曲翹變形;(3)在結(jié)構(gòu)上，軛部對應(yīng)繞組部分的軸向壓緊是較不可靠的，該部位的線餅往往難以達(dá)到應(yīng)有的預(yù)緊力，因而該部位的線餅較易變形。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

4.2調(diào)壓分接區(qū)域及對應(yīng)其他繞組的部位

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; 信息來自:

(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(shí)，因而對線餅撞擊也較大;(3)繞組套裝后不能確保中心電抗高度對齊，致使安匝進(jìn)一步加劇不平衡;(4)運(yùn)行一段時(shí)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(shí)跳動加劇;(5)在設(shè)計(jì)時(shí)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。 #p#分頁標(biāo)題#e#

4.3換位部位 信息來源:http://tede.cn

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普通導(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。 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

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(shí)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。 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

4.4繞組的引出線 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(gè)螺旋口安匝不平衡，軸向力大，同時(shí)又有軸向電流存在，使引出線拐角部位產(chǎn)生一個(gè)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。 信息來自:

4.5引線間

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，使引線相互吸引，如果引線固定不當(dāng)?shù)脑挘瑫l(fā)生相間短路。

5 干式變壓器短路故障原因分析

因干式變壓器出口短路導(dǎo)致干式變壓器內(nèi)部故障和事故的原因很多，也比較復(fù)雜，它與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料的質(zhì)量、工藝水平、運(yùn)行工況等因數(shù)有關(guān)，但電磁線的選用是關(guān)鍵。從近幾年解剖干式變壓器，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(gè)原因。

5.1基于干式變壓器靜態(tài)理論設(shè)計(jì)而選用的電磁線，與實(shí)際運(yùn)行時(shí)作用在電磁線上的應(yīng)力差異較大。

5.2目前各廠家的計(jì)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(shí)上干式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(jī)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(shí)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)部位的線餅先先變形的根本原因。

5.3抗短路能力計(jì)算時(shí)沒有考慮溫度對電磁線的抗彎和抗拉強(qiáng)度的影響。按常溫下設(shè)計(jì)的抗短路能力不能反映實(shí)際運(yùn)行情況，根據(jù)試驗(yàn)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高，其抗彎、抗拉強(qiáng)度及延伸率均下降，在250℃下抗彎抗拉強(qiáng)度要比在50℃時(shí)下降10%以上，延伸率則下降40%以上。而實(shí)際運(yùn)行的干式變壓器，在額定負(fù)荷下，繞組平均溫度可達(dá)105℃，較熱點(diǎn)溫度可達(dá)118℃。一般干式變壓器運(yùn)行時(shí)均有重合閘過程，因此如果短路點(diǎn)一時(shí)無法消失的話，將在非常短的時(shí)間內(nèi)(0.8s)緊接著承受第二次短路沖擊，但由于受較好次短路電流沖擊后，繞組溫度急劇增高，根據(jù)GBl094的規(guī)定，較高允許250℃，這時(shí)繞組的抗短路能力己大幅度下降，這就是為什么干式變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多。 #p#分頁標(biāo)題#e#

5.4采用普通換位導(dǎo)線，抗機(jī)械強(qiáng)度較差，在承受短路機(jī)械力時(shí)易出現(xiàn)變形、散股、露銅現(xiàn)象。采用普通換位導(dǎo)線時(shí)，由于電流大，換位爬坡陡，該部位會產(chǎn)生較大的扭矩，同時(shí)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500kV干式變壓器的A相公共繞組共有71個(gè)換位，由于采用了較厚的普通換位導(dǎo)線，其中有66個(gè)換位有不同程度的變形。另外吳涇1l號主變，也是由于采用普通換位導(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。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

5.5采用軟導(dǎo)線，也是造成干式變壓器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期對此認(rèn)識不足，或繞線裝備及工藝上的困難，制造廠均不愿使用半硬導(dǎo)線或設(shè)計(jì)時(shí)根本無這方面的要求，從發(fā)生故障的干式變壓器來看均是軟導(dǎo)線。

5.6繞組繞制較松，換位或糾位爬坡處處理不當(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。

5.7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。

5.8繞組的預(yù)緊力控制不當(dāng)造成普通換位導(dǎo)線的導(dǎo)線相互錯位。

5.9套裝間隙過大，導(dǎo)致作用在電磁線上的支撐不夠，這給干式變壓器抗短路能力方面增加隱患。

  5.10作用在各繞組或各檔預(yù)緊力不均勻，短路沖擊時(shí)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。

5.11外部短路事故頻繁，多次短路電流沖擊后電動力的積累效應(yīng)引起電磁線軟化或內(nèi)部相對位移，較終導(dǎo)致絕緣擊穿。

6 建議

6.1訂貨

(1) 對設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)充分考慮現(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)，在充分考慮電網(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)，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)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(yàn)合格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并對產(chǎn)品進(jìn)行抽檢短路耐受試驗(yàn)，以確保產(chǎn)品的同一性。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

(3) 選用全自冷干式變壓器。由于全自冷干式變壓器相對其他冷卻方式的干式變壓器度低，用銅量大，干式變壓器重量重，具有較強(qiáng)抗短路能力。

6.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

針對前述造成短路故障的原因和問題，電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各方面應(yīng)采取改進(jìn)措施。要充分考慮工藝和材質(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(shí)，先先考慮保證可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按高溫條件(250℃~350℃)進(jìn)行抗短路能力的設(shè)計(jì)，并對特殊部位(如換位、螺旋口)要進(jìn)行抗短路能力校核計(jì)算。若內(nèi)線圈一定要帶分接，應(yīng)優(yōu)先采用先立調(diào)壓繞組結(jié)構(gòu)。同時(shí)要禁止使用普通換位導(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;35kV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;軸向壓緊較好采用彈簧壓釘。 #p#分頁標(biāo)題#e#

6.3制造工藝方面

針對前述的工藝缺陷和欠缺，提高工藝水平，加強(qiáng)工藝執(zhí)行紀(jì)律，確保產(chǎn)品制造過程得到有效控制。

6.4材料方面

盡量選用半硬以上的自粘性換位導(dǎo)線和組合導(dǎo)線。采用高密度與油道等距的整體墊塊。35kV及以下的內(nèi)繞組應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)氧玻璃絲筒作繞組內(nèi)支撐絕緣筒。 信息來源:

6.5安裝

為確保干式變壓器安裝質(zhì)量，可采用實(shí)行賣方負(fù)責(zé)的安裝方式，賣方必須對整個(gè)安裝工作質(zhì)量負(fù)責(zé)。現(xiàn)場吊芯檢查時(shí)要進(jìn)行器身預(yù)緊力校核，確保干式變壓器器身處于緊固狀態(tài)。 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

6.6運(yùn)行管理

鑒于目前運(yùn)行干式變壓器抗外部短路強(qiáng)度較差的情況，對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強(qiáng)行投運(yùn)，應(yīng)看到其不利的因素，否則有時(shí)會加劇干式變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復(fù)的可能。運(yùn)行部門可根據(jù)短路故障是否能瞬時(shí)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(shí)間以減少因重合閘不成而帶來的危害，并且盡量對短路跳閘的干式變壓器進(jìn)行試驗(yàn)檢查。

6.7科研

運(yùn)行單位、制造廠和材料廠應(yīng)結(jié)合事故分析緊密合作，不斷開發(fā)研制新工藝、新材料，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高干式變壓器抗短路能力水平，以滿足運(yùn)行需要。

總之，造成故障或事故的因素較多，但干式變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝仍是主要因素，在運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)中也暴露出一些問題。除了在結(jié)構(gòu)方面尚存在一些沒有充分認(rèn)識的因素外，設(shè)計(jì)和工藝操作方面存在的問題值得制造廠及運(yùn)行單位引起重視。