摘要：本文分析了在目前电力系统短路容量增大的状态下，电力变压器经受近区短路故障的危害，并提出相关检查试验和要求。结合现场实例，叙述了变压器近距离近区短路损坏事故的过程、检查试验情况和分析处理的方法，介绍变压器经受短路损坏后的现场判别和修复方案，并提出针对性的防范措施。
关键词：变压器；近区短路；危害；防范措施
近些年，随着国家电网安全发展、清洁发展、协调发展、智能发展的不断推进，电力系统容量不断增加，电网规模日益扩大，网络接线日趋复杂，发电机组和电力变压器皆向高压、大容量、高参数的方向发展，系统短路容量和短路电流也大大提高。运行中的变压器，一旦碰到低压母线电线路的各类短路事故，特别是近距离近区短路时，强大的事故短路电流产生的机械应力和超过允许运行温度的高温会使变压器损坏而退出运行，影响对社会的供电。
根据相关资料统计，110 kV及以上变压器因外路引起的损坏事故明显增多，而且大多数故障使变压器损坏严重：2005～2015年，上海电网发生变压器短路损坏故17台次，总容量达2750MVA，占所有损坏事故的77.3%；仅2013年，华北电网发生的11起110kV变压器突发故中，变压器近区短路事故高达6次，占总事故的55%。可见，为防止变压器近区短路事故的发生，很有必要分压器近区短路事故的原因、研究切实可行的对策、采取有针对性的防范措施。
1 近区短路故障对变压器的危害
电力变压器靠绝缘的高压导线、母线导流排或高压电缆，通过断路器分别与发电机组、电力系统、配电用户配电线路相联结。在现场实际运行中，二次侧发生的各种短路故障使回路阻抗大幅度减小，在一、二次绕组产生一个大的短路电流。由于断路器及相关自动装置存在固有的动作时间，故障点不可能零时间切除，变压器受到短路电流的冲击，由此产生的电动力和热量危及变压器的动、热稳定性能。
1.1 电动力对变压器的危害
由于变压器运行过程中存在电流和漏磁场，变压器绕组上将产生电动力，该电动力与漏磁通密度和通过电流大小成正比，也与通过电流的平方成正比。变压器正常运行时作用在导线上的电动力很小，突然短路时，十几倍、几十倍的短路电流会产生几百至上千倍于额定电流时的电动力，容易造成变压器的绕组失稳变形、绝缘受伤，使变压器受损。
电动力对变压器的破坏作用往往表现为：绕组的压紧件变形损坏、严重时上夹件的钢支板被顶弯、压钉支落、压钉弯曲位移、端部纸（木）压包环崩裂、引线木支架断裂损坏等，同时还会造成绕组变形：内侧绕组被压弯，外侧绕组被拉松动或拉断；绕组线饼沿轴向发生变形，线饼间的油间隙变小，垫块发生位移，破坏匝（间绝缘，引起绝缘击穿等等。变压器多次承受近区短路冲击，即使有些没有发生绝缘击穿而引起变压器掉闸，绕组已经产生多次累积变形，这些变形使绕组的机械和绝缘强度降低，当再次受到过电流或过电压冲击时，甚正常铁磁谐振过电压的作用下都可能造成内部绝缘击穿，致使变压器损坏。
1.2 过热对变压器的危害
变压器绕组的电阻损耗与通过电流的平方和通过电流的时间成正比，在短路过程中，几十倍的短路电流会使绕组的电阻损耗增加几百倍，这些损耗将转化为热能使绕组的温度上升。由于短路的时间很短，仅为几秒，产生的热能来不及向外扩散，将全部用来使绕组温度升高。只要保护装置和断路够可靠、及时动作，短路电流的持续时间一般不会超过变压器的热稳定要求，变压器热稳定破坏的可能性也就小，只有在继电保护装置拒动、短路电流长时间通过绕组时才有可能烧坏变压器。
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2 变压器经受近区短路故障后的检查试验及要求
变压器一旦发生近区短路故障，不管是否引起掉闸，都需要针对短路故障的性质、短路电流的大小、短路近区距离的远近、继电保护及自动装置的动作情况、油色谱分析等进行综合分析判断。出现掉闸的变压器还要其绕组直流电阻、绕组变形、空载损耗，以判定损坏程度，确定是否可以继续运行，制定修复方案。
（1）外观检查。检查变压器外壳有无明显凹凸、箱体焊缝是否渗漏油，检查压力释放装置的动作情况，瓦斯继电器是否动作或发出信号、是否集有可燃性气体。对仍在运行的变压器要注意辨别声音是否异常，正常会发出连续、均匀、轻微的“嗡嗡”声，若声音不均匀或有特殊声音，即视为不正常，如出现电焊机声音、劈电声音等。
（2）气相色谱分析。变压器油主要起绝缘和冷却散热的作用，当变压器内部发生过热和放电故障时，变油和其他绝缘材料就会发生化学分解，产生特定的烃类气体和H2、碳氧化物等。随着温度的升高，产气量最大气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2。通过测量特征气体的成分和含量、分析变压器内部发热或放电点的温度以确定变压器经受近区短路后是否遭到破坏。近区短路会引起绕组的匝间短路，系瞬间高能量的工频放电，有时涉及固体绝缘，因此C2H2含量的变化往往较大，若经受短路破坏的时间较长，CO、CO2的含量也会明显增加。
（3）直流电阻测量。变压器绕组的直流电阻三相数值基本平衡[4]。测量直流电阻可以方便有效地考核绕组绝缘和回路的联结情况，能发现近区短路引起的匝（饼）间短路、绕组断股等故障，可判断变压器是否遭受了冲击破坏。
（4）绕组的介质损耗和电容量测量。当变压器发生局部机械变形时，其绕组间以及对铁心和外壳的相对会发生变化，其电容量也将随之变化。在检查承受短路冲击后的变压器是否发生绕组变形时，被测电容历史数据比较也非常重要，当变化值超过10%时需要引起注意。
（5）绕组变形试验。变压器绕组局部机械变形后，其内部电感、电容等分布参数必然发生变化。用频率法诊断绕组变形，灵敏度高、抗干扰能力强，可以通过比较两次测得的频响特性曲线的相关系数，判定绕组是生变形和变形的严重程度。若试验时发现频响特性曲线的相关系数小于0.5，应立即退出运行。
（6）低电压短路阻抗试验。短路阻抗法是判断变压器绕组变形的传统方法，该试验方法相对简单，对试备要求低，有出厂和历次试验数据相比较，现场实施非常简便。当绕组的三相短路阻抗值差异超过3%时，应该引起注意。
（7）空载损耗和空载电流试验。变压器经受近区短路电流冲击，当出现线圈匝间短路或涉及铁心绝缘时引起变压器的励磁电流增加和空载损耗增大，与历次试验数据比较，空载损耗增加10%时就应该引起注意。
（8）继电保护及自动装置的动作情况检查。变压器经受近区短路电流冲击而掉闸，要注意记录故障电流的大小、故障切除时间，检查保护装置的动作行为是否整定值要求。
结束语
大型变压器一旦发生近区短路故障，强大的短路电流将造成严重危害，影响电网安全。运行单位和制造厂家应努力，采取综合性的防范措施，减少变压器近区短路的几率，降低通过变压器绕组的短路电流，提高变压器自短路冲击能力，确保安全运行。
参考文献
[1]姜益民.变压器运行中短路损坏的常见部位及原因分析.变压器2005（4）.
[2] GB 1094.5—1985.《电力变压器 第5部分：承受短路的能力》.
[3] GB/T 7252—1987.《变压器油中溶解气体分析和判断导则》.
作者简介
亢建明（1975－），男，国家电网公司高级工程师，优秀专家人才，从事电网检修工作。
张喆（1989－），女，山西太原人，本科学历，研究方向：电力系统及其自动化。
论文作者:亢建明1,张喆2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/17
标签：变压器论文; 绕组论文; 电流论文; 故障论文; 发生论文; 事故论文; 电阻论文; 《电力设备》2017年第19期论文;