摘 要:文章通过 110 kV 变压器短路承受能力试验不合格进行分析，分析变压器短路承受能力不合格原因，并提出针对性的整改措施。
关键词: 110 kV；变压器; 承受能力;试验；整改措施
0 引 言
电力变压器是电力系统中最关键的设备之一， 它承担着电压转换、电能分配和传输，造价高、制造周期长，一旦发生故障，将对整个供电系统及电力用户造成极大的影响。下面以某110 kV 变压器短路能力抽检不合格事件为例，通过计算及试验，找出该变压器不合格的主要原因。同时，结合该变压器现有结构、材质及工艺，对其抗短路能力提升提出有针对性的措施和建议。
1 试验概况
某第三方检验中心对某110 kV 新建输变电工程主变压器进行第三方抗短路能力抽检试验。该台变压器额定容量为50 MVA，额定电压为110 ±8 ×1．25% /38．5 ±2 ×2． 5% /10． 5 kV，额定电流为 262． 4/749． 8/2749 A，型号为 SSZ11 －50000 /110，变压器出厂时间为 2017 年 11 月。此次短路试验采用 GB 1094．5－2008《电力变压器第 5 部分:承受短路的能力》推荐的试验方法，采用单相电源进行主变压器短路承受能力试验，试验电压采用 1． 5 倍相电压。该变压器为三绕组变压器，高压侧及中压侧均带分接开关，一般情况下将进行高对中、高对低及中对低 3 种情况的短路试验。由于在实际运行中，中压侧无电源，即不存在中对低短路的可能，因此，只对该变压器进行高对低和高对中短路试验。
此次短路承受能力试验首先进行高对中试验。根据 GB 1094． 5 －2008 规定，在各相进行高对中短路试验时，中压侧处于额定挡，分别在高压侧 1、9b、17 这 3 个分接位置各进行 1 次试验。完成 A 相高对中 3 次试验后，在对变压器进行 B 相高对中第 3 次试验时，监视到波形出现异常。中压侧对称短路电流明显变小，为 6200 A。随后测量变压器短路阻抗时，发现B相电抗出现严重偏差，变化达 8． 2%，见表 1。
按照 GB 1094． 5－2008 中规定每次短路试验后，变压器每相电抗值与原始值之差应不大于 2%。据此，第三方检验中心判定该台变压器未通过此次短路试验。
2 试验检查
针对该变压器短路试验不合格情况，复测该变压器直流电阻、变比、电容量及油色谱。试验结果表明，变压器油色谱、绕组直流电阻、绕组电压比测试数据合格。但高、中对低及地的电容量偏差达到10．79% ，高对中低及地的电容量偏差为－3． 64% ，超过 GB 50150 －2016《电气装置安装 工程电气设备交接试验标准》中规定的 3% 偏差注意值。具体数据见表 2 及表 3。
从复测数据来看，该变压器短路试验后油色谱无明显变化，高对中电容量及阻抗值增大。因此，初步判断该变压器在高对中 B 相第 3 次短路冲击后其内部绕组出现一定程度变形，结构件出现位移或松动。
3 变压器解体情况
为查明该变压器短路承受能力不合格原因，对该主变压器进行返厂解体检查。短路试验开始前，已在变压器各相绝缘压板及绕组上进行画线标记处理。吊罩后，发现变压器 A、B 相画线均发生偏移，C相画线未见明显偏移。同时，发现该变压器A 相及 B 相垫方位移严重，且 B 相绝缘压板破损。
对该变压器各相进行拔圈检查，发现 A、C 两相所有线圈和 B 相(高压、低压、调压)线圈均未见异常，但 B 相中压线圈出现轴向变形及辐向内收，该线圈内侧未见鼓包。
4 原因分析
从变压器绕组短路冲击后变形的状况来分析，该变压器 B 相中压线圈在短路电动力的作用下，既有辐向变形，又有轴向变形。线圈在电动力的作用下发生辐向内收，同时由于变压器轴向压紧力不足，导致线圈轴向也发生变形。
变压器抗短路能力主要与变压器 3 个方面的因素相关，即设计、材质及工艺。设计方面主要包括变压器结构设计以及对材质参数的选择，可以通过理论计算来校核其是否满足 GB 1094．5－2008 的相关要求。电磁线是影响变压器短路承受能力主要材质之一，电磁线的机械强度是最重要的考核指标。变压器的工艺由厂家控制且无相关的校核方法，因此工艺控制是否满足抗短路能力要求一般无法进行计算校核。
在设计方面，对变压器 B 相中压线圈屈服强度进行理论计算校核。根据 GB1094．5－2008的要求，计算得到当 B 相中压线圈在承受短路冲击时，最大非对称电流第 1 峰值为 17810．54A。根据绕组匝数、绕组高度、绕组平均直径等中压绕组相关参数，计算可得:绕组平均环形压缩应力σc为 84．13N / mm2;导线幅向弯曲应力σb为 55． 16 N/mm2。该变压器中压线圈电磁线验证应力 Ｒp0．2设计值为 200～220 N /mm2，0．6Ｒp0．2为 120 N/mm2，大于绕组平均环形压缩应力σc;其 0．9Ｒp0．2为180 N/mm2，大于导线幅向弯曲应力σb。根据 GB 1094．5－2008的要求，理论上该电磁线满足抗短路的要求。
在材质方面，将变压器中压线圈电磁线送往 3 家不同机构分别做了材质检测。拉伸试验结果见表 4。从拉伸试验结果看，中压线圈电磁线的屈服强度在159．22～178． 03 N /mm2之间，平均值为171．03 N/mm2，不满足设计值的要求。
在工艺方面，结合现场解体情况进行分析。从现场吊心情况看，变压器轴向变形发生在夹件与压板之间的垫方边缘。短路冲击时，垫方在力的作用下松动移位，导致绕组轴向压紧不足而发生变形，说明厂家在部分压紧结构件的工艺上存在缺陷。此外，厂家在加装垫方时，加装顺序为 B 相→A相→C相，在完成边相的加装后没有对中相再次紧固，会使中相发生松动。最后，厂家在安装夹件拉杆时，为减小铁心窗尺寸，在压板上开槽宽30 mm、深 20 mm，这种开槽结构降低了压板的机械强度。
综上所述，该台 110 kV 变压器短路承受能力抽检不合格，是厂家在产品工艺控制及工艺设计上存在问题以及电磁线屈服强度不满足设计值要求导致变压器安全裕度降低等因素综合作用的结果。
5 整改措施
根据上述原因分析，对该 110 kV 变压器制定了整改措施，增加其轴向及幅向抗短路能力。一是增加轴向抗短路能力的措施:
1)中压硬纸筒厚度由 3 mm 提升至 5 mm;
2)整体套装时低压与中压套装后距离减小1 mm;
3)增加内撑条数量;
4)提高中压线圈电磁线屈服强度，设计采用Ｒp0．2为 250 N/mm2的半硬自粘换位导线。
二是增加辐向抗短路能力的措施:
1)减小压板开槽的尺寸，将压板开槽宽 30 mm深 20 mm 更改为宽 25 mm、深 10 mm;
2)更改压紧工序工艺，按照 B 相→A相→C相→B相的顺序，在 C 相压紧完毕后，再次对 B 相进行压紧;
3)垫方增加限位及薄弱区域加强压紧结构;
4)在线圈整体套装时，用压敏纸进行检测，保证内外线圈的高度一致。
2018 年 12 月，整改后的变压器在原第三方检验中心按照原试验方案再次进行短路承受能力试验，试验通过。
6 结束语
变压器短路承受能力是变压器最重要的性能之一，抗短路能力不足会严重影响电网的供电可靠性。变压器短路承受能力是变压器综合性能的体现，每台变压器抗短路能力不足的原因都不尽相同，需要厂家设计可靠并严把产品质量控制关口，以确保设备安全可靠运行。
参考文献
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［4］严玉婷，江健武，王亚舟，等． 变压器直流电阻测试原理及现场缺陷情况分析 〔J〕． 高压电器，2010，46 ( 10) : 97-101．
论文作者:区荣均
论文发表刊物:《中国电业》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/11
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