变压器短路事故原因分析
董祥渊 王新杰 陈艳彪
（河南平高电气股份有限公司，河南平顶山市 467000）
摘要：随着经济快速发展，电网改造的需求增强，新型、优质的配电变压器被
广泛的使用，并成为电力系统中重要的设备之一。由于变压器在电压变换，电能分配和传输中有至关重要的作用，所以，变压器能否持续正常的工作是对电力系统安全和可靠运行的重要保证，我们必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器的实际工作时间长，由于人为检修的不持续和疏忽，故障和事故的发生无法消除，而且原因有许多。在变压器的运行过程中，短路事故是最常见，也是影响变压器正常工作的最大隐患，因此更值得我们在平日的工作中严加注意，不能有半点松懈。本文就变压器短路事故的发生原因和预防措施等通过举例进行简单的阐述，总结变压器短路事故的特点，为日常电力系统工作中变压器的维护和事故的预防提供理论指导。
关键词：变压器，短路事故，原因 1、引言
近几年来，电力系统变压器发生短路事故的比例有所增加，已占全部损坏事故的40%以上。变压器在经受短路事故后运行状况判断、能否继续使用，成为电力运行单位经常要解决的难题。变压器的主要故障分为内部和外部两大类。其中内部故障主要是变压器的油箱内发生的各类故障如相问短路、匝问短路、接地故障等。外部故障主要是变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，它主要包括绝缘套管闪络或破碎而发生的短路，引出线之间发生相问故障等。而短路事故是对变压器本身影响最严重、目前发生机率最高的故障。由于变压器在遭受突发短路时，最容易发生变形的是低压绕组和平衡绕组，然后是高中压绕组、铁芯和夹件。因此，短路事故后的分析和相关部位的检查决定变压器是否继续运行，发挥效力的中间环节，也成为专业人员分析研究的重点。
2、变压器短路事故表现及试验分析方法
在变压器的使用当中，其中出口短路、内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路是变压器短路事故中最常见的几种形式。由于受出口短路故障的影响，变压器遭受损坏的情况最为严重。有关资料显示，近年来，一些地区电
压等级在110kV 及以上的变压器遭受短路故障后的损坏事故，占到全部事故的50%以上，和之前相比有明显上升趋势。在这些短路故障的事故中，变压器低压出口短路时形成的故障由于严重要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此，变压器短路事故更应该引起足够的重视。 2.1短路事故的表现
变压器出口短路对变压器的影响最为严重，造成综合复杂的严重后果，对电力体系能否正常运行的影响很大，出口短路的表现主要包括两个方面：(1) 变压器内部的短路电流冲击大，使绝缘过分受热引发短路事故。由于较高的短路电流同时通过变压器内部高、低压绕组时，会产生巨大的热量使变压器迅速升温发热。一旦短路电流超过变压器所能承受的载荷，就会导致变压器绝缘材料热稳定性下降遭受损害，从而引发变压器击穿及损毁事故。(2) 短路引起绕组严重变形，发生短路故障。变压器在遭受较小短路电流的冲击时，对绕组的影响不大，不会产生明显的变形；但是如果短路电流大，绕组就会严重变形，最终使绕组遭到严重破坏。对于绕组的轻微变形，必须进行及时检修，以防止多次短路冲击后，累积效应的加重对变压器损坏。 2.2短路试验分析及检修
目前，在电力系统中，变压器的短路事故主要包括：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等几种类型。据资料统计表明，在中性点接地系统中，单相接地短路事故的比例达到65%，两相短路、两相接地短路、三相短路的比例分别达到15%、20%、5%，其中由于三相短路时的短路电流值最大，所以国标GBl094•5-85 的标准中就以三相短路电流为短路试验检修的参考依据。因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流导致变压器绝缘材料受热损坏是最严重的。目前在电力系统中，变压器突发短路试验的运用，为短路事故的检验和维修提供重要的依据。
其中短路试验的标准主要参照国标GBl094•5-85的规定进行比较(见表1)，而短路试验主要过程包括电流计算、短路方式及试验电源的选择、试验合格判定等。下面以Yd11联结组变压器为例的短路试验线路图(三相电源见图1，单相电源见图2) ，是目前我国变压器短路试验和维修经常使用的一个典型。它的应用很好的判定了短路的事故原因，对事故后的检修和维护起到指导作用。对于由变压器出口短路电动力造成的影响，判断主变压器绕组是否产生严重的变形，在采取以往常用的吊罩检查方法的同时，还必须采用绕组变形测试仪进行准确分析判
断，确定绕组变形的程度。这一方法在检修变压器短路事故的过程中有很大的现场指导作用。
表1 短路试验标准比较
序号 目 容量1分类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 项 GB 1094.5—85 ＜3 150kVA 3 150～40 000kVA ＞40 000kVA 0～40℃ 0.5s±10% IEC 76-5：1976 IEC 14/346/FDIS ＜2 500kVA 同GB 2 000kVA 500～100 ＞100 000kVA 同GB 10～40℃ 同GB 同GB 试验2油温 持续3时间 电抗4变化 Ⅰ Ⅱ、Ⅲ 制造厂和使用部门协商 0.25s±10% Ⅰ Ⅱ、Ⅲ ≤2%(同心式) ≤4%(箔式和短路阻抗为3%以上) 同GB 制造厂与使用部门协商 每相至少有一次100%最大非对称电同GB ≤1%或1%～2%(双方协商) 每相至少有3次100%最大流，其他两次不低于75%最大非对称电同IEC 76-5：1976 电流幅值非对称电流 5流 及偏差 对称电流≤±10% 非对称电流≤±5% 同GB 同GB 采用三相电源时，共进行3次试验；采采用三相电源时，共进行9试验6次数 用单相电源时，共进行9次试验，每相次试验，采用单相电源时共Ⅰ 同IEC 76-5：1976 进行3次试验，非对称短路电流一次9次，每相进行3次，但非100%，另两次不低于75% Ⅱ、Ⅲ 分接7位置 Ⅰ Ⅱ、Ⅲ 制造厂和使用部门协商 最大、最小和额定 同GB 制造厂和使用部门协商 同GB 对称电流3次都是100% 同GB 同GB 绝缘试验8电压 系统短路9表观容量 原绝缘电压的85% 原绝缘电压的75% 原绝缘电压的100% — 与GB不尽相同 与GB不尽相同 0 非对称分1量峰值系数2K X/R≥14时，2K=2.55 X/R＜14时查表 X/R≥14，2K=2.69(对同GB 于容量超过100MVA第Ⅲ类变压器)
图1 三相电源短路试验原理线路图
图2 单相电源短路试验原理线路图
(a) 115 相线路试验 (b) 单相线路试验 Un—三相试验电源(网络系统或发电机)、FK—保护开关、HK— 选相合闸开关、XL—调节电抗器、T—被试变压器、PT—测量电压互感、CT—测量电流互感器、C1和C—电容分压器
3、变压器短路事故原因分析
处理变压器短路事故，首先要通过检查、试验找出问题实质所在；其次处理过程还应注意相关问题。变压器出口短路的不同表现和影响导致变压器事故的原因是错综复杂的，这可能和变压器本身的结构设计、原材料的质量、工艺水平、运行实际情况况等因数有关，但最重要的是电磁线的选用。这也是变压器短路事故发生的源头和生产变压器厂家需要慎重选择的关键。目前，造成变压器短路事故的原因主要有以下几个方面：
（1）变压器生产之前的程序计算是建立在漏磁场的均匀分布等理想化的模型基础之上，这与事实不相符，从而导致交变漏磁场所产生的交变力延时共振，最终导致处在铁心轭部等对应部位内部的线饼首先变形。（2）在进行抗短路能力的计算时，忽视了温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。电磁线的温度升高导致其抗弯、抗拉强度及延伸率迅速下降，在经受第一次短路电流的剧烈冲击下，绕组温度急剧增高，抗短路能力会大幅度降低，从而导致变压器在重合闸之后发生短路事故。（3）换位导线选材质量不保证，采用较为普通和抗机械强度差得材料，这就导致在变压器短路时，承受短路机械力的能力没有保证，从而出现严重变形、散股、露铜现象。（4）软导线的应用是造成变压器抗短路能力差的重要原因之一。发生短路故障的变压器大都是使用软导线造成的。（5）由于绕组绕制过于疏松、换位处理不够妥当和过分单一等原因，引发电磁线出现悬空现象。通过检查短路事故损坏位置我们发现，换位处的变形最集中也最严重，特别是换位导线的换位处。另外，绕组线匝或导线之间的固化处理也很关键，绕组的预紧力控制不当造成普通换位导线的导线相互错位，也会降低变压器抗短路的能力。（6）电磁线上的支撑力受套装间隙过大的影响明显降低，使其不能发挥正常功效，这
削弱了变压器抗短路的能力，也为短路事故发生增加一定的隐患．（7）由于各绕组或各档预紧力没有均匀分布，失去或降低原有的作用，短路冲击一旦发生，线饼就会出现跳动，这就加剧了电磁线上的弯应力的增大，进而导致严重变形．（8）由于外部短路事故过多的发生，在多次短路电流冲击后，电动力产生的积累效应可能引起电磁线软化或内部相对位移，导致绝缘击穿发生短路事故。
此外，在变压器发生短路故障后，除了按照常规作业对变压器进行试验外，应综合变压器油、气体继电器内气体、绕组的直流电阻、电容量、变形测量的试验结果判断分析故障的原因和严重性，并及时检查绕组是否发生变形、铁芯及夹件是否出现位移与松动现象，然后确定处理方案及预防措施。
4、结语
综上所述，造成变压器短路事故的因素较多，其中主要原因是抗短路能力不够，而变压器的结构设计和制造工艺也是至关重要的影响因素。由于短路事故的发生对电网造成很大危害，严重影响电网安全运行，所以我们必须在清楚变压器短路事故发生原因的前提下，寻找和制定更好的防护和维修措施，来避免和控制短路事故的发生，防患于未然。特别是技术改进和防护措施方面的研究和实践应大力加强和推广，如可以采取优化选型要求、优化运行条件、优化运行方式、提高运行管理水平等措施来进行技术改进和防护等等。另外，寻找合适的试验方法检验短路事故的原因也很重要，这些都有利于变压器稳定持续的在电力系统中发挥作用。变压器短路事故的更多未解决的问题有待于专业研究人员今后的深入研究。
参考文献
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作者：董祥渊，男，1982.05.30，汉族，本科，籍贯辽宁大连，研究方向---电气方向，助理工程师
