变压器短路认识

评审论文——

关于对电力变压器短路的认识

杨红军

山西省侯马发电厂电气车间

二○○四年五月十四日

关键词：变压器短路事故电流措施

关于对电力变压器短路的认识

摘要：分析电力变压器短路造成的危害和损失，通过对具体事例进行短路电流及电动力计算并加以分析，阐明变压器承受短路能力的重要性；分析110KV电力系统因短路性质及位臵的不同而使电力变压器承受不同短路电流和电磁力，如三相短路发生在变压器出口，引起的冲击电流相当于几倍乃至几十倍的额定电流，承受的电动力是额定载荷的上千倍；阐述造成变压器短路的主要原因是变压器本身机械强度不够和运行中误操作及管理不当；并建议厂家改进制造工艺，用户加强运行与检修管理，双方密切联系，使短路事故得到有效防止。

关键词：变压器短路事故电流措施

在我国的电厂中，大多采用110kv变压器在电网中运行，这些变压器不可避免地会受到各种短路事故的威胁，其中包括单相对地短路、两相对地短路、两相之间短路、三相之间短路，甚至最严重的变压器的出口短路。当发生短路事故时，绕组中将流过很大的短路电流。在短路电流的作用下，一方面产生巨大的电动力，致使绕组发生变形，进一步扩展成匝间、饼间短路，高、中、低压线柱间短路，甚至将机身崩掉；另一方面，强大的短路电流会造成绕组过热而烧坏绝缘。因此，要求变压器有足够的动稳定及热稳定性。

电力变压器的设计结构必须能够耐受住外部系统发生短路所引起的机械应力的作用。应在标准规定的条件下承受外部短路的热、动稳定效应而无损伤。一台大型电力变压器在系统运行，如发生短路损

坏，则会导致大面积停电，其检修期要在半年以上，造成的损失是巨大的，这一点是众所周知的。因此，避免和解决这一问题成了当务之急。

一、短路电流的分析

变压器在系统中运行，系统的实际短路容量是一定的，标准把它规定为该电压等级的表观容量。例如，110KV 系统为800MVA ，在实际实验一台31500KW/110KV 变压器时，系统阻抗只占3.6%。假如一台变压器与一能量为无穷大的网络系统相连，而电流相当与流经变压器绕组的三相短路电流的第一个峰值，按GB 规定，当非对称系数为1.8时，代表实际上可能发生最严重的短路情况，以此为基础，三相短路电流的最大值为328.1223^

⋅+=R X U I ch

式中：U —线电压

22R X +—折算到变压器低压侧的电阻

如：候马市2004年5月11日凌晨有大暴雨，至01：50时，候马电厂110KV 变电站主控室蜂鸣骤响，2#主变35KV 侧302开关穿墙套管有电弧及爆炸声，紧接着2#发电机各侧开关跳闸，因1#机变正在大修，所以35KV 母线失压，110KV #102及35KV #

302开关差动动作跳闸。断开35KV 所有开关，检查发现，在2#主变35KV 侧302开关穿墙套管处瓷瓶因污闪造成短路，致使瓷瓶炸裂，因此初步认为因污闪致使2#主变35KV 侧发生三相短路事故。

经对该变取油样分析，其结果总烃为事故前的近4倍，C 2H 2比重

也很大，H 2含量判断为内部有高能量放电性故障，并作进一步的定位分析确认为变压器出口短路。下面我们计算一下此种情况下的短路电流：

短路故障电流的计算：

该变铭牌参数如下表所示：

1) 计算短路电阻(折算到低压侧)

5.8825.2105.1652222)

32()31()21(1=-+=∆+∆+∆=∆---K K K K P P P P 772

2225.2105.1655.13325.1655.21022232=-+=∆=-+=

∆K K P P 则)(0094.010*********)(0165.0103150011135)(0108.01031500

115.881032233222

32232211Ω=⨯⨯=Ω=⨯⨯=Ω=⨯⨯=⨯∆=K K N N K K R R S U P R

2) 短路电抗的计算

275.024.168.905.6(%)075.102

05.68.94.16(%)65.122

8.905.64.16(%)321-=-+==-+==-+=

K K K U U U

则有

)(012.031500

1011275.0)(387.031500

1011075.10)(486.031500

101165.12232221Ω-=⨯⨯=Ω=⨯⨯=Ω=⨯⨯=K K K X X X 三相短路电流周期分量有效值的计算

)(78.413)012.0()0094.0(1011223223kA R X U

I d =⋅-+⨯=+=

短路电流最大值为

)(35.10678.418.123kA i ch =⨯⨯=

二、短路电动力分析

在短路状态时，变压器额定电压全部加到变压器阻抗电路中，此时，短路电流将达到额定电流的几倍到几十倍，这巨大的短路电流流经绕组，一方面产生很大的损耗，使绕组发热，导致温度急剧上升，造成变压器的绝缘脆化，而使变压器退出运行；另一方面，短路电流产生的巨大的电动力，在该电动力作用下，绕组饶饼与线饼之间，引线与引线之间以及线匝与线匝之间均产生强烈的相互运动，导致变压器的绝缘发生机械损伤而造成内部短路。这是发生短路时损坏变压器的主要原因。短路电动力的大小，不仅决定于变压器和系统的短路阻抗（指对称分量），还决定于短路开始瞬间一次电压的相位角（指非对称分量）。

在绕组内部，匝与匝、饼与饼、层与层之间的电流方向均相同，该电流产生的电动力称之为内力。在该内力作用下，绕组内部各导线

紧紧靠在一起，有缩成一团的趋势。

在绕组外部，一次绕组与二次绕组之间，一个为顺时针方向流过电流，另一个必然为逆时针方向流过电流，该电流产生的电动力称之为外力。在外力作用下，内外绕组之间、高低压引线之间、同一绕组但电力方向相反的引线之间（低压线端母线排与中性点母线排）将互相排斥，压迫铁心、压板、夹件、压钉等结构件。

当变压器突然短路时，数倍乃至数十倍的短路电流产生的巨大电动内力和电动外力，将有使变压器器身结构失去稳定的趋势。

还以上述事故为例,最大冲击系数6.20286

.5241063503===

N ch Z i β 这时,绕组承受的电动力为

N N F F F 410462==β 即,出口短路事故后,绕组承受的最大电动力为额定荷载时的41046倍,强大的电动力可能使绕组被蹦断或被压得变形,如果继电保护没有及时动作掉闸、强大的冲击电流可能将变压器烧毁或线圈部分熔断。

另外，由于电力系统有线路阻抗，所以不同位臵发生的短路，将引起不同的短路电流及电磁机械力。以110KV 系统为例，系统短路表观容量（按标准）8000MVA ，设线路长40km ，阻抗0.4Ω/km ，则首端0Ω，中间8Ω，末端16Ω，电力变压器阻抗10.5%，则可计算出下列短路I 与电磁机械力F （见下图及下表）。