摘要：通過(guò)近年來(lái)上海干式變壓器短路損壞的具體實(shí)例，分析了電磁線對(duì)干式變壓器的損壞及目前存在的問(wèn)題，并對(duì)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(lái)，干式變壓器事故時(shí)有發(fā)生，且有上升趨勢(shì)。從干式變壓器事故分析來(lái)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(duì)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(duì)上海電力公司近十年來(lái)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(wèn)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(jí)2套，220千伏級(jí)13套，110千伏級(jí)2套。一套220千伏級(jí)和一套110千伏級(jí)因低壓線圈變形嚴(yán)重而必須更換。干式變壓器改造過(guò)程中發(fā)現(xiàn)4組220千伏級(jí)低壓繞組變形，2組500千伏繞組在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)變形跡象。特別是1995年以來(lái)，干式變壓器損壞事故呈上升趨勢(shì)，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(lái)自：輸配電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

3)長(zhǎng)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(lái)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(lái)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(qǐng)?jiān)L問(wèn)：輸配電設(shè)備網(wǎng)

3.1.1線餅上下彎曲變形信息來(lái)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(guò)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(duì)稱的。

3.1.2繞組或線餅坍塌信息來(lái)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(huì)加大傾斜度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(chǎng)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(lái)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(kāi)信息源：http://tede.cn #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

這種損壞通常是由過(guò)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(lái)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(chǎng)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(lái)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(guò)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(dòng)勢(shì)沿圓周方向均勻分布，變形對(duì)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(dòng)和短路。這種事故很少見(jiàn)。

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

根據(jù)近年來(lái)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(chǎng)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(chǎng)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(guò)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(duì)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(lái)自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

4.2調(diào)壓分接區(qū)域及對(duì)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(chǎng)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(duì)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(kāi)心柱，出現(xiàn)線餅向繞組中部變形或翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象; 信息來(lái)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(duì)線餅撞擊也較大;(3)繞組套裝后不能確保中心電抗高度對(duì)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(dòng)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(yè)標(biāo)題#e#

4.3換位部位 信息來(lái)源:http://tede.cn

這部位的變形常見(jiàn)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(duì)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(qǐng)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(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

4.4繞組的引出線 常見(jiàn)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(guò)程中，有剩余應(yīng)力存在，會(huì)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(lái)自:

4.5引線間

常見(jiàn)于低壓引線間，低壓引線由于電壓低流過(guò)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?huì)發(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(duì)其事故進(jìn)行分析來(lái)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(chǎng)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(chǎng)并非均勻分布，在鐵軛部分相對(duì)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(huì)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(huì)使交變漏磁場(chǎng)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(duì)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(méi)有考慮溫度對(duì)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(duì)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(guò)程，因此如果短路點(diǎn)一時(shí)無(wú)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(yè)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(huì)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(chǎng)的共同作用，也會(huì)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(hào)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(lái)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(duì)此認(rèn)識(shí)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(wú)這方面的要求，從發(fā)生故障的干式變壓器來(lái)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(guò)于單薄，造成電磁線懸空。從事故損壞位置來(lái)看，變形多見(jiàn)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(wú)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(cuò)位。

5.9套裝間隙過(guò)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(dòng)，致使作用在電磁線上的彎應(yīng)力過(guò)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(dòng)力的積累效應(yīng)引起電磁線軟化或內(nèi)部相對(duì)位移，較終導(dǎo)致絕緣擊穿。

6 建議

6.1訂貨

(1) 對(duì)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(dòng)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(kāi)關(guān)，對(duì)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(duì)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(lái)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(duì)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(duì)前述造成短路故障的原因和問(wèn)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(duì)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(wú)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(yè)標(biāo)題#e#

6.3制造工藝方面

針對(duì)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(guò)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(lái)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(duì)整個(gè)安裝工作質(zhì)量負(fù)責(zé)。現(xiàn)場(chǎng)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(qǐng)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(duì)于系統(tǒng)短路跳閘后的自動(dòng)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(huì)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(dòng)消除的概率，對(duì)近區(qū)架空線(如2km以內(nèi))或電纜線路取消使用自動(dòng)重合閘，或適當(dāng)延長(zhǎng)合閘間隔時(shí)間以減少因重合閘不成而帶來(lái)的危害，并且盡量對(duì)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(kāi)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(wèn)題。除了在結(jié)構(gòu)方面尚存在一些沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)的因素外，設(shè)計(jì)和工藝操作方面存在的問(wèn)題值得制造廠及運(yùn)行單位引起重視。