干式变压器运行操作技术短路损坏原因分析

摘要：通过近年来上海干式变压器短路损坏的具体实例，分析了电磁线对干式变压器的损坏及目前存在的问题，并对电力干式变压器的设计和电磁线的选择提出了一些建议。信息源：关键词：干式变压器短路电阻电力绕组电磁线事故

1前言

近年来，干式变压器事故时有发生，且有上升趋势。从干式变压器事故分析来看，短路电阻不足已成为电力干式变压器事故的主要原因，对电网造成了极大的危害，严重影响了电网的安全运行。

对上海电力公司近十年来因电力干式变压器外部短路造成的损坏事故进行分类分析，进而提出电磁线选择中存在的问题及减少此类事故的措施，以促进厂家产品的改进和完善，进一步提高运行单位的运行管理水平。

2干式变压器短路事故

1993年1月至2002年12月，上海电网干式变压器发生短路损坏事故17起，占总损坏事故的77.3%，是损坏的主要原因，总容量2750兆瓦。其中500千伏级2套，220千伏级13套，110千伏级2套。一套220千伏级和一套110千伏级因低压线圈变形严重而必须更换。干式变压器改造过程中发现4组220千伏级低压绕组变形，2组500千伏绕组在运行过程中出现变形迹象。特别是1995年以来，干式变压器损坏事故呈上升趋势，事故范围不断扩大。事故的主要形式如下：

1)外部短路冲击反复，导致线圈严重变形，较终绝缘击穿损坏；

2)外部短时间内频繁受到短路冲击损坏；信息来自：输配电设备网络

3)长期短路冲击损坏；

4)短路冲击损坏。

干式变压器短路损坏的3种主要形式

根据近年来干式变压器因出口短路造成的损坏，干式变压器在短路故障中的损坏主要有以下特点和原因。

3.1轴向失稳信息来自：输配电设备网络

这种损坏主要是由径向漏磁产生的轴向电磁力引起的，导致干式变压器绕组轴向变形，这种事故占总损坏事故的52.9%。详情请访问：输配电设备网

3.1.1线饼上下弯曲变形信息来自：输配电设备网络

这种损伤是由于轴向电磁力作用下过大的弯矩导致两个轴向垫之间的导线永久变形。通常两个垫之间的变形是对称的。

3.1.2绕组或线饼坍塌信息来自：输配电设备网络

这种损伤是由于导线在轴向力的作用下相互挤压或撞击，导致倾斜变形。钢丝稍有倾斜，轴向力会加大倾斜度，严重时会塌陷；导线高宽比越大，越容易引起塌陷。

除了轴向分量，端部的漏磁场也有径向分量。两个方向的漏磁产生的组合电磁力导致内绕组线向内转，外绕组向外转。信息来自：输配电设备网络

3.1.3当绕组上升时，压板将打开信息源：http://tede.cn #p#分页标题#e#

这种损坏通常是由过大的轴向力或其端部支撑件的强度和刚度不足或组装缺陷引起的。来源：http://tede.cn

3.2径向不稳定性

这种损坏主要是由径向电磁力引起的

除了轴向分量，端部的漏磁场也有径向分量。两个方向的漏磁产生的合成电磁力导致绕组线向内转，外绕组向外转。信息来自：

3 . 2 . 3 :http://tede.cn，内绕组导线弯曲或翘曲的信息源

径向电磁力使内绕组直径变小，弯曲是两个支架(内撑)之间的导线弯矩过大造成永久变形的结果。如果铁芯捆绑足够紧，绕组的径向拉条得到有效支撑，径向电动势沿圆周方向均匀分布，变形对称，整个绕组为多边形星形。但由于铁芯的压缩变形，撑条支撑方式不同，沿绕组圆周的应力不均匀。实际上，局部失稳往往发生，形成屈曲变形。

3.3导线固定不稳定

这种损坏主要是导线之间的电磁力引起的，导致导线之间振动和短路。这种事故很少见。

4干式变压器常见部件短路损坏信息来自：输配电设备网络

根据近年来干式变压器因其出口短路造成的损坏，干式变压器绕组损坏部位主要包括以下几个方面。

4.1铁轭下的相应零件

这部分变形的原因是：(1)短路电流产生的磁场被油和箱壁或铁芯封闭。由于铁轭的磁阻比较小，大部分都封闭在铁轭和油路之间，磁场比较集中，作用在线饼上的电磁力比较大；(2)内绕组组间隙过大或铁芯捆绑不够紧，导致铁芯片两侧收缩变形，造成

铁轭侧绕组曲翘变形;(3)在结构上，轭部对应绕组部分的轴向压紧是较不可靠的，该部位的线饼往往难以达到应有的预紧力，因而该部位的线饼较易变形。 信息来自:输配电设备网

4.2调压分接区域及对应其他绕组的部位

该区域由于：(1)安匝不平衡使漏磁分布不均衡，其幅向额外产生的漏磁场在线圈中产生额外轴向外力，这些力的方向总是使产生这些力的不对称性增大。轴向外力和正常幅向漏磁所产生的轴向内力一样，使线饼向竖直方向弯曲，并压缩线饼件的垫块，除此之外，这些力还部分地或全部地传到铁轭上，力求使其离开心柱，出现线饼向绕组中部变形或翻转现象; 信息来自:

(2)该部位的线饼为力求安匝平衡或分接区间的应有绝缘距离，往往要增加较多的垫块，较厚的垫块致使力的传递延时，因而对线饼撞击也较大;(3)绕组套装后不能确保中心电抗高度对齐，致使安匝进一步加剧不平衡;(4)运行一段时间后，较厚的垫块自然收缩量较大，一方面加剧安匝不平衡现象，另一方面受短路力时跳动加剧;(5)在设计时间为力求安匝平衡，分接区的电磁线选用了较窄或较小截面的线规，抗短力能力低。 #p#分页标题#e#

4.3换位部位 信息来源:http://tede.cn

这部位的变形常见于换位导线的换位和单螺旋的标准换位处。

换位导线的换位，由于其换位的爬坡较普通导线的换位为陡，使线匝半径不同的换位处产生相反的切向力，这对大小相等方向相反的切向力，致使内绕组的换位向直径变小，方向变形，外绕组的换位力求线匝半径相同，使换位拉直，内换位向中心变形，外换位向外变形，而且换位导线厚度越厚，爬坡越陡，变形越严重。另外，换位处还存在轴向短路电流分量，所产生的附加力，致使线饼变形加剧。 信息请登陆:输配电设备网

单螺旋的标准换位，在空间上要占一匝的位置，造成该部位安匝不平衡，同时又具有换位导线换位变形特征，因此该部位的线饼更容易变形。 信息请登陆:输配电设备网

4.4绕组的引出线 常见于斜口螺旋结构的绕组，该结构的绕组，由于二个螺旋口安匝不平衡，轴向力大，同时又有轴向电流存在，使引出线拐角部位产生一个横向力而发生扭曲变形现象。另外螺旋绕组在绕制过程中，有剩余应力存在，会使绕组力求恢复原状现象，故螺旋结构的绕组，受短路电流冲击下更容易扭曲变形。 信息来自:

4.5引线间

常见于低压引线间，低压引线由于电压低流过电流大，相位120度，使引线相互吸引，如果引线固定不当的话，会发生相间短路。

5 干式变压器短路故障原因分析

因干式变压器出口短路导致干式变压器内部故障和事故的原因很多，也比较复杂，它与结构设计、原材料的质量、工艺水平、运行工况等因数有关，但电磁线的选用是关键。从近几年解剖干式变压器，对其事故进行分析来看，与电磁线有关的大致有以下几个原因。

5.1基于干式变压器静态理论设计而选用的电磁线，与实际运行时作用在电磁线上的应力差异较大。

5.2目前各厂家的计算程序中是建立在漏磁场的均匀分布、线匝直径相同、等相位的力等理想化的模型基础上而编制的，而事实上干式变压器的漏磁场并非均匀分布，在铁轭部分相对集中，该区域的电磁线所受到机械力也较大;换位导线在换位处由于爬坡会改变力的传递方向，而产生扭矩;由于垫块弹性模量的因数，轴向垫块不等距分布，会使交变漏磁场所产生的交变力延时共振，这也是为什么处在铁心轭部、换位处、有调压分接的对应部位的线饼先先变形的根本原因。

5.3抗短路能力计算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。按常温下设计的抗短路能力不能反映实际运行情况，根据试验结果，电磁线的温度对其屈服极限?0.2影响很大，随着电磁线的温度提高，其抗弯、抗拉强度及延伸率均下降，在250℃下抗弯抗拉强度要比在50℃时下降10%以上，延伸率则下降40%以上。而实际运行的干式变压器，在额定负荷下，绕组平均温度可达105℃，较热点温度可达118℃。一般干式变压器运行时均有重合闸过程，因此如果短路点一时无法消失的话，将在非常短的时间内(0.8s)紧接着承受第二次短路冲击，但由于受较好次短路电流冲击后，绕组温度急剧增高，根据GBl094的规定，较高允许250℃，这时绕组的抗短路能力己大幅度下降，这就是为什么干式变压器重合闸后发生短路事故居多。 #p#分页标题#e#

5.4采用普通换位导线，抗机械强度较差，在承受短路机械力时易出现变形、散股、露铜现象。采用普通换位导线时，由于电流大，换位爬坡陡，该部位会产生较大的扭矩，同时处在绕组二端的线饼，由于幅向和轴向漏磁场的共同作用，也会产生较大的扭矩，致使扭曲变形。如杨高500kV干式变压器的A相公共绕组共有71个换位，由于采用了较厚的普通换位导线，其中有66个换位有不同程度的变形。另外吴泾1l号主变，也是由于采用普通换位导线，在铁心轭部部位的高压绕组二端线饼均有不同翻转露线的现象。 信息来自:输配电设备网

5.5采用软导线，也是造成干式变压器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期对此认识不足，或绕线装备及工艺上的困难，制造厂均不愿使用半硬导线或设计时根本无这方面的要求，从发生故障的干式变压器来看均是软导线。

5.6绕组绕制较松，换位或纠位爬坡处处理不当，过于单薄，造成电磁线悬空。从事故损坏位置来看，变形多见换位处，尤其是换位导线的换位处。

5.7绕组线匝或导线之间未固化处理，抗短路能力差。早期经浸漆处理的绕组无一损坏。

5.8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。

5.9套装间隙过大，导致作用在电磁线上的支撑不够，这给干式变压器抗短路能力方面增加隐患。

  5.10作用在各绕组或各档预紧力不均匀，短路冲击时造成线饼的跳动，致使作用在电磁线上的弯应力过大而发生变形。

5.11外部短路事故频繁，多次短路电流冲击后电动力的积累效应引起电磁线软化或内部相对位移，较终导致绝缘击穿。

6 建议

6.1订货

(1) 对设备选型时，应充分考虑现有产品结构状况，取消冗余功能，选择可靠结构，在充分考虑电网的短路容量与产品的动稳定性能之后，再确定产品参数，根据电网实际需要合理的配置分接开关，对性能参数的要求应和目前制造水平及材质状况相适应。

(2) 优先选用经短路型式试验合格的产品设计，并对产品进行抽检短路耐受试验，以确保产品的同一性。 信息来自:输配电设备网

(3) 选用全自冷干式变压器。由于全自冷干式变压器相对其他冷却方式的干式变压器度低，用铜量大，干式变压器重量重，具有较强抗短路能力。

6.2 产品设计

针对前述造成短路故障的原因和问题，电气设计和结构设计各方面应采取改进措施。要充分考虑工艺和材质的分散性，在关键的部位应留有足够的裕度，当先进性与产品的可靠性有矛盾时，先先考虑保证可靠性。设计时应按高温条件(250℃~350℃)进行抗短路能力的设计，并对特殊部位(如换位、螺旋口)要进行抗短路能力校核计算。若内线圈一定要带分接，应优先采用先立调压绕组结构。同时要禁止使用普通换位导线，而尽量选用半硬以上的自粘性换位导线和组合导线;35kV及以下绕组的内支撑硬筒选用低介损无局放的环氧玻璃丝绝缘筒;轴向压紧较好采用弹簧压钉。 #p#分页标题#e#

6.3制造工艺方面

针对前述的工艺缺陷和欠缺，提高工艺水平，加强工艺执行纪律，确保产品制造过程得到有效控制。

6.4材料方面

尽量选用半硬以上的自粘性换位导线和组合导线。采用高密度与油道等距的整体垫块。35kV及以下的内绕组应优先采用环氧玻璃丝筒作绕组内支撑绝缘筒。 信息来源:

6.5安装

为确保干式变压器安装质量，可采用实行卖方负责的安装方式，卖方必须对整个安装工作质量负责。现场吊芯检查时要进行器身预紧力校核，确保干式变压器器身处于紧固状态。 信息请登陆:输配电设备网

6.6运行管理

鉴于目前运行干式变压器抗外部短路强度较差的情况，对于系统短路跳闸后的自动重合或强行投运，应看到其不利的因素，否则有时会加剧干式变压器的损坏程度，甚至失去重新修复的可能。运行部门可根据短路故障是否能瞬时自动消除的概率，对近区架空线(如2km以内)或电缆线路取消使用自动重合闸，或适当延长合闸间隔时间以减少因重合闸不成而带来的危害，并且尽量对短路跳闸的干式变压器进行试验检查。

6.7科研

运行单位、制造厂和材料厂应结合事故分析紧密合作，不断开发研制新工艺、新材料，改进产品设计，提高干式变压器抗短路能力水平，以满足运行需要。

总之，造成故障或事故的因素较多，但干式变压器的结构设计和制造工艺仍是主要因素，在运行管理等环节中也暴露出一些问题。除了在结构方面尚存在一些没有充分认识的因素外，设计和工艺操作方面存在的问题值得制造厂及运行单位引起重视。