電網(wǎng)的運(yùn)行要求安全性和穩(wěn)定性，作為變電過程中的重要設(shè)備變壓器，其安全性尤為重要。近年來由于變壓器自身設(shè)計(jì)以及電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)致的變壓器短路事故時(shí)有發(fā)生。文章重點(diǎn)針對變壓器短路產(chǎn)生原因以及防治措施進(jìn)行了詳細(xì)分析。

　　電網(wǎng)要求繼電保護(hù)裝置具有可靠性、速動(dòng)性、靈敏性來保證安全穩(wěn)定運(yùn)行，而變壓器是變電過程中最為重要的設(shè)備，其制造復(fù)雜、成本高，因此保證變壓器的安全運(yùn)行對電力系統(tǒng)具有重要意義。面對變壓器頻頻發(fā)生的短路事故，我們需要對其短路產(chǎn)生原因、短路表現(xiàn)形式以及減少短路發(fā)生的次數(shù)和影響進(jìn)行研究，以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證供電可靠性。

　　一、變壓器短路

　　1. 變壓器短路產(chǎn)生原因

　　變壓器短路產(chǎn)生的原因很多，主要分為以下兩類：一是結(jié)構(gòu)短路因素；二是運(yùn)行短路因素。下面就分別闡述：

　　結(jié)構(gòu)短路

　　（1）溫度、繞線方式等是造成變壓器短路的重要因素。溫度對導(dǎo)線的彎度和強(qiáng)度都有很大的影響，隨著導(dǎo)線溫度的升高，其彎度、強(qiáng)度均有不同程度的下降，同時(shí)，導(dǎo)線的延伸率也會(huì)隨著下降。而變壓器中導(dǎo)線的設(shè)計(jì)通常是在常溫下進(jìn)行的，沒有考慮到實(shí)際運(yùn)行工況，實(shí)際額定運(yùn)行變壓器的繞組溫度大大高于常溫，能夠達(dá)到100℃以上。而隨著繞組溫度的升高，其抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均會(huì)明顯下降。繞線松散、導(dǎo)線與線匝間固化措施較差使得導(dǎo)線在運(yùn)行中易發(fā)生變形，造成變壓器短路。

　　（2）采用導(dǎo)線類型不同對變壓器短路產(chǎn)生的效果也不盡相同。普通的換位導(dǎo)線由于其機(jī)械強(qiáng)度較差，在外力作用下出現(xiàn)變形、露銅的情況時(shí)有發(fā)生。在額定電流下，扭矩較大的兩個(gè)部位包括換位導(dǎo)線爬坡處以及繞組兩端的線餅，扭矩大的直接結(jié)果就是導(dǎo)致導(dǎo)線扭曲甚至變形，從而大大增加了變壓器內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)。軟導(dǎo)線是早期造成變壓器短路的最主要的原因。由于認(rèn)識不足以及成本問題，廠家在生產(chǎn)時(shí)采用軟導(dǎo)線而不是硬導(dǎo)線，使得由于導(dǎo)線類型造成的變壓器短路成為較為主要的原因。

　　運(yùn)行短路

　　長時(shí)間的短路電流是造成運(yùn)行短路的主要原因。一般情況下，當(dāng)在電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能夠保證在無延時(shí)情況下迅速切除故障，考慮到機(jī)械作用固有延時(shí)等情況，短路電流持續(xù)的時(shí)間一般不會(huì)超過250ms，但是實(shí)際情況卻與此有所不同：首先，由于繼電保護(hù)的選擇性，配電側(cè)的保護(hù)一般不采用電流速斷保護(hù)，而是采用定時(shí)限過電流保護(hù)，配電側(cè)也正是短路多發(fā)部分；其次，繼電保護(hù)雖然要求速動(dòng)性、選擇性、靈敏性和可靠性，可是也不免發(fā)生繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)的情況，而當(dāng)保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，故障存在時(shí)間會(huì)較長，有時(shí)會(huì)到好幾分鐘甚至幾小時(shí)，這時(shí)變壓器導(dǎo)線承受大的短路電流的時(shí)間大大增加，超過其熱穩(wěn)定性就會(huì)造成短路故障；最后，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行要求繼電保護(hù)需配備重合閘裝置，如果故障為性故障，那么重合閘的過程就會(huì)對變壓器產(chǎn)生二次沖擊，短路剛發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的過電流已經(jīng)使變壓器導(dǎo)線溫度急劇升高，導(dǎo)線的扛彎性已經(jīng)很差，二次沖擊電流則很可能導(dǎo)致變壓器發(fā)生短路事故。

　　某變電站10kV母線發(fā)生弧光短路，多臺(tái)開關(guān)柜燒毀，過電流的持續(xù)時(shí)間長達(dá)4min，這種現(xiàn)象至今每年都有發(fā)生。據(jù)資料反映，54%短路事故的過電流持續(xù)時(shí)間大于0.25s，有的長達(dá)數(shù)秒甚至數(shù)分，22%是連續(xù)多次短路沖擊，有的連續(xù)沖擊8次。

　　2. 變壓器短路表現(xiàn)形式

　　變壓器短路對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的危害，因此研究變壓器短路的表現(xiàn)形式有助于我們能夠積極的研究應(yīng)對措施，防止和減少變壓器短路的發(fā)生。目前變壓器短路的表現(xiàn)形式主要有：

　　外部短路時(shí)，由于重合閘等原因?qū)е碌亩啻蔚亩搪窙_擊，使得變壓器導(dǎo)線線圈嚴(yán)重變形，并引發(fā)絕緣損壞甚至擊穿。

　　外部短路時(shí)，頻繁短時(shí)間間隔的短路沖擊最終會(huì)導(dǎo)致變壓器短路損壞。

　　由于繼電保護(hù)裝置拒動(dòng)而導(dǎo)致的長時(shí)間的短路沖擊導(dǎo)致的變壓器短路損壞。

　　短路電流較大而導(dǎo)致的一次短路沖擊損壞變壓器。

　　3. 變壓器短路常見損壞部位

　　變壓器繞組引出線部分。由于軸向電流的存在，使得斜口螺旋繞組處產(chǎn)生橫向力矩而使得繞組扭曲甚至變形，而螺旋繞組繞制過程中自身的恢復(fù)原狀的應(yīng)力作用更加劇了這一變形的情況，較易發(fā)生短路故障。

　　由于繞組繞制間隙過大或者過于松散，導(dǎo)致鐵軛側(cè)繞組發(fā)生變形。同時(shí)短路電流產(chǎn)生的很強(qiáng)的電磁場大多通過鐵軛閉合，形成回路，其受到的電磁力也是導(dǎo)致鐵軛發(fā)生短路變形的重要原因。

　　換位導(dǎo)線的爬坡較陡，相比普通導(dǎo)線來說，其在爬坡處產(chǎn)生的相反的切向力使得里側(cè)繞組的換向直徑減小，而外側(cè)繞組換向直徑增大，軸向電流的作用使得繞組承受附加力的作用，變形加劇。換位導(dǎo)線越粗，其爬坡的坡度越陡，受應(yīng)力和附加力作用產(chǎn)生的變形越嚴(yán)重。

　　調(diào)壓分接區(qū)域較易產(chǎn)生短路事故。該區(qū)域由于運(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(dòng)加劇；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；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。

　　4. 短路故障的危害

　　電網(wǎng)短路故障產(chǎn)生的較大的短路電流會(huì)產(chǎn)生很大的磁場，同時(shí)變壓器的漏磁場也較大，強(qiáng)大的電磁力使得變壓器繞組承受很大的機(jī)械應(yīng)力，較大的短路電流同時(shí)會(huì)在變壓器繞組中發(fā)熱，使得電能有很大一部分轉(zhuǎn)化為熱能，溫度的升高會(huì)大大削弱繞組的機(jī)械強(qiáng)度和延伸性。變壓器繞組在機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的作用下很容易發(fā)生扭曲變形，同時(shí)也會(huì)使繞組間、線匝和繞組間的絕緣老化嚴(yán)重，不僅對變壓器產(chǎn)生很大的危害，也對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生很大的威脅。

　　二、變壓器短路防治措施

　　1. 正確安裝變壓器

　　變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)須符合實(shí)際工況要求，安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照變壓器銘牌上的額定容量、額定電流、額定電壓、額定阻抗以及繞線組別進(jìn)行。安裝的變壓器應(yīng)該具有出廠合格證，保證變壓器是正規(guī)廠商生產(chǎn)的合格產(chǎn)品。應(yīng)嚴(yán)格查看變壓器的各結(jié)構(gòu)有無質(zhì)量問題，包括其型鋼是否有銹蝕，螺栓的類型是否為鍍鋅螺栓，是否配備與其規(guī)格相符的平墊圈和彈簧墊。防銹漆和絕緣漆是否有合格證書。在施工安裝完畢后，要驗(yàn)收其尺寸、結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)要求，室內(nèi)變壓器要查看其屋頂是否有漏水，屋內(nèi)地面是否平整干凈等。

　　2. 完善變壓器的保護(hù)配置

　　微機(jī)機(jī)電保護(hù)的使用使得變壓器的短路事故大大減少，但是為了使得保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性、靈敏性兼顧可靠性，還需在保護(hù)的配置上安裝母線差動(dòng)保護(hù)，失靈保護(hù)等。變壓器自身的保護(hù)也同樣重要，在變壓器中壓側(cè)和低壓側(cè)需要配置限時(shí)速斷保護(hù)，使得變壓器出口故障時(shí)能夠快速切除故障，使短路電流對變壓器的沖擊減小。在變壓器的選擇方面，應(yīng)該選擇抗短路能力較強(qiáng)的變壓器，并且適當(dāng)調(diào)整電網(wǎng)的主接線形式，使得故障時(shí)對變壓器的沖擊短路電流減小。減小變壓器承受短路電流的措施還有在線路上加裝限流電抗器。近年來由于開關(guān)容量不足而導(dǎo)致的變壓器短路經(jīng)常發(fā)生，因此在變壓器中壓側(cè)和低壓側(cè)安裝大容量開關(guān)非常有必要，與此同時(shí)，由于氧化鋅避雷器較強(qiáng)的承受過電壓能力也適用于變壓器以及母線的保護(hù)中，爬距較大的防污瓷瓶較好的絕緣性能可以有效防止變壓器出口短路。

　　3. 對變壓器的短路動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析

　　電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流對變壓器的沖擊實(shí)際為變壓器繞組的振動(dòng)，因此，對變壓器繞組振動(dòng)特性進(jìn)行研究是防止變壓器短路的有效措施。短路電流產(chǎn)生的磁場會(huì)在變壓器繞組中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，該機(jī)械應(yīng)力與電磁線絕緣、繞組繞制、頻率等有關(guān)。繞組固有頻率與機(jī)械應(yīng)力頻率相近時(shí)會(huì)發(fā)生諧振，這就會(huì)加劇繞組的振動(dòng)。

　　三、結(jié)語

　　由于變壓器成本很高，變壓器短路事故不僅會(huì)造成資金和資源的浪費(fèi)，同時(shí)也不利于電力系統(tǒng)的供電安全可靠性。本文對變壓器短路產(chǎn)生的原因及防治措施進(jìn)行了詳細(xì)研究，提出的建議對于變壓器以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的工程實(shí)際意義。