大型电力变压器短路事故统计与分析王梦云 凌 愍(电力工业部电力科学研究院,北京100085) 摘要:针对1991～1995年110kV及以上电压等级变压器的事故情况,统计分析了因外部短路引起电力变压器损坏事故的主要原因,提出了减少这类事故的措施。
关键词:变压器 短路 事故 统计 分析Statistics and Analysis on Short-Circuit Faultsof Large Power TransformersWang Mengyun and Ling MinElect ric Power Research Insti tute,Ministry of Electric Pow er,Beijing100085Abstract: Based on the faults of110kV pow er transformers and above occur red in 1991～1995,the main reasons of faults caused by ex ter nal short-circuit are analyzed s tatistically in this paper,and th e steps taken to decrease th ese faults are presented. Key words: Transformer,Short-circuit,Fault,Statistics,Analysis1 前言电力变压器在电力系统中运行,发生短路是人们竭力避免而又不能绝对避免的,特别是出口(首端)短路,巨大的过电流产生的机械力,对电力变压器危害极大。
因此,国家标准GB1094和国际标准IEC76均对电力变压器的承受短路能力作出了相应规定,要求电力变压器在运行中应能承受住各种短路事故。
然而,近五年来对全国110kV及以上电压等级电力变压器事故统计分析表明,因短路强度不够引起的事故已成为电力变压器事故的首要原因,严重影响了电力变压器的安全、可靠运行。
本文就因外部短路造成电力变压器损坏事故的情况作一统计分析,进而提出了减少这一类事故的措施,试图以此促进制造厂对电力变压器产品的改进和完善,同时促使运行部门进一步提高运行管理水平。
2 大型电力变压器短路事故情况根据1991～1995年的不完全统计,全国110kV及以上电压等级电力变压器共发生事故317台次,事故总容量为25348.6MV A。
以台数计的平均事故率为0.83%,以容量计的平均事故率为 1.10%。
在这些事故中,因外部短路引起电力变压器损坏的有93台次,容量为6677.6MV A,分别占同期总事故台次的29.3%,占总事故容量的26.3%(详见表1)。
由表1不难看出,电力变压器短路强度不表1 1991～1995年全国电力变压器短路事故台次及容量统计第34卷 第10期1997年10月 变压器 TRANSFORM ERVol.34 No.10Octo ber 1997够已成为导致电力变压器损坏事故的主要原因之一,也成为电力变压器运行中的突出问题。
为此,提高大型电力变压器抗短路能力势在必行。
3 大型电力变压器短路事故原因分析3.1 电力变压器本身动稳定性能差电力变压器因外部短路而损坏的因素很多,情况也比较复杂。
但从近五年来电力变压器短路事故发生的过程、现象及其事后的解体检查情况看,电力变压器之所以短路后立即造成损坏,主要是电力变压器本身抗短路能力不够。
也就是说,电力变压器动稳定性能先天不足,追其原因大致有以下几点:(1)变压器结构设计中,对作用在电力变压器绕组上的电动力,仅用静力学的理论计算,看来是不能正确反映电力变压器承受短路电流冲击能力的。
因为绕组各部分的作用力和形变的关系是很复杂的,也是随时间在变化的。
因此,只有对动态过程进行分析,才能使电动力的研究结果更符合实际情况。
正是这一原因致使一部分电力变压器在遭受低于规定强度的短路电流冲击,且保护速动下,仍然发生绕组变形现象,甚至导致绝缘击穿。
这明显地说明这些电力变压器的动稳定性较差,不能承受短路瞬间的非对称电流第一个峰值产生的电动力作用。
如东北辽阳变电站一台DFPSF-250000/ 500电力变压器,在发生互感器事故时形成低压侧三相短路,造成低压侧引线支架多处断裂,绕组变形,低压X2端绕组与铁心短路。
事故时短路电流为105k A,低于电力变压器应承受的电流值,保护动作也正常,但仍使变压器损坏。
又如江苏谏壁发电厂一台SFP-360000/220变压器,在机组与电网解裂时,机组纵向差动保护、主变重瓦斯保护和发电机负序、主变零序保护动作,压力释放阀动作喷油、起火,导致A相高压绕组变形,偏离轴线倾斜;A相低压绕组有几十根线匝从铁心柱和压板间冒出,严重变形;A相铁心严重损坏。
事故后,多次组织由各方面专家组成的事故分析小组,对事故进行细致的分析,认为造成电力变压器严重损坏的主要原因是电力变压器承受短路能力不够。
吊心检查还发现上述两组电力变压器的低压绕组均采用机械强度很差的换位导线。
此外,还有因绕组的动稳定强度不够发生重复性事故。
如山西神头第一发电厂2号联变120000kV A/500kV单相自耦电力变压器,继1990年B相事故后,又发生C相类似事故。
运行中,由于220kV单相短路发展为B、C相短路,持续220ms,电力变压器压力释放阀动作,高压套管爆破,油箱焊缝开裂10处,绕组严重变形。
这说明该组电力变压器没有承受近区短路故障的能力。
(2)在电力变压器制造中,绕组轴向压紧工艺不佳。
这不仅使绕组最终未能达到设计和工艺要求的高度,不能使其始终保持紧固状态,而且在短路轴向力的作用下,绕组有可能出现松动或变形现象。
发生这一问题是与一些变压器厂没有很好地针对国内材料和工艺现状,而盲目地采用同一绝缘压板结构有关。
采用这种结构虽然可节省端部绝缘距离,降低附加损耗,但是采用这种结构通常需要对垫块进行密化处理。
在绕组加工好后,还应对单个绕组进行恒压干燥,并测量出绕组压缩后的高度。
把同一压板下的各个绕组调整到同一高度,然后在总装时用油压装置对绕组施加规定的压力,最终达到设计和工艺要求的高度。
只有经过这样严格的工艺处理,才能保证总装时同一压板下的各绕组都能够被压紧,而且能够在运行过程中保持稳定。
否则就可能带来质量上的重大隐患。
如湖南长沙电业局岳屏站的一台SFZ8-31500/110Y结电力变压器,运行中低压10kV 线路故障短路,在速断保护正确动作的情况下,电力变压器重瓦斯跳闸,造成A相绕组首端受损,绕组严重扭曲位移,B、C两相低压绕组也有扭曲现象。
经检查,高、低压绕组的上部有明显的高度差,在同一压板下受力不均。
再如山西的一台31500kV A/110kV双绕组电力变压器,尽管在运行及常规试验中没有发现任何异常,但用频响法却测试出低压绕组已有变形,13第10期 王梦云、凌 愍:大型电力变压器短路事故统计分析 经吊罩检查发现,绕组上夹件的下支板上翘20mm,绕组轴向尺寸相应拉长20mm,并呈现纵向大波浪状。
返厂解体检查发现,高压绕组基本完好,低压绕组有严重变形,大部分垫块松脱,轴向完全处于自由状态。
只是由于其线饼间仍然保持平行而未导致绝缘击穿,以致于这样的电力变压器在停运前还在带满负荷运行。
该电力变压器是用一块绝缘压板压两个绕组。
据调查,该电力变压器在运行的7年间曾遭受多次冲击(开关速断动作64次,过流动作8次,跳闸后重合闸动作17次)。
分析该台电力变压器绕组严重变形的主要原因是由于制造过程中低压绕组压紧不够,在受短路力作用时产生轴向位移,促使高、低压绕组间高度差逐步扩大,导致绕组安匝不平衡加剧,使漏磁造成的轴向力一次比一次增大。
110kV电力变压器类似的例子是比较多的。
再有绝缘压板的材质,同样也是需要密切注意的问题。
钢压板的刚度较大,压板的支撑力到端部的压力传递过程比较简单。
但如果采用层压木(纸)板,情况要复杂得多,应特别注意压板本身的机械强度和刚度。
在多起事故中都已发现层压纸板被折断(有的断裂成几块)的情况。
如湖南衡阳白沙洲一台SFZ8-31500/1101号主变,配电室因进入小动物造成短路,开关动作后重合闸成功而重瓦斯动作跳闸。
吊罩检查发现,B、C相压板折断,低压绕组向上冲出,严重变形,并有不少线股折断。
又如黑龙江齐齐哈尔局北关变电所SFZ7-31500/110主变压器,当10kV配电线路故障,重合闸不良强送电时,主变重瓦斯动作。
吊罩检查发现B相绕组层压板翘折翻起,B 相低压绕组隆起。
由于绕组层压板采用的层压材质不良,经受不住短路电流冲击,酿成事故。
再如湖南岳阳枫树坡一台SFZ8-31500/110电力变压器,由于吊车操作时碰线,造成低压b、c两相短路,致使A、B相层压板折断3块。
为此,建议对已经发现压板强度不够的设计尽快进行改进。
此外,由于辐向力的作用,往往使内绕组向铁心方向挤压,铁心烧损的情况屡有发生。
因此,应加强内绕组与铁心柱间的支撑,一般可通过增加撑条数目,并采用厚一些的纸筒作绕组骨架等措施来提高绕组的辐向动稳定性能。
(3)引线固定支点不够、支架不牢固、引线焊接不良等也是导致电力变压器事故的原因之一。
如某厂生产的一台SFPF-360000/330电力变压器,由于引线的固定垫块间隔太大(垫块数不够),当发生短路时,低压引线变形,造成木支架和垫块脱落、三支套管根部断裂、油箱变形开裂,低压绕组有位移的事故。
短路事故后发现变压器夹持引线的木支架裂开和木螺杆折断的情况有多起,因此应加强有关木夹件的强度。
3.2 运行管理不当在所有短路事故中,同时也包括某些由于运行管理不当而造成电力变压器损坏的情况,如短路事故发生后不试验、不检查,投入运行后损坏;10kV线路重合闸投入不当,对部分永久性短路故障重合闸后,加剧了电力变压器的损坏;还有因保护失灵、开关拒动、失去直流电源或容量不足等,致使短路故障切除时间过长,导致电力变压器损坏。
如河南濮阳化北一台SFSZ7-31500/1101号主变,在事故前两天因出口短路造成差动保护动作后未进行试验,重新投运时重瓦斯保护动作跳闸、安全气道喷油。
检查结果为中压绕组A相上部调压段多处匝间短路并烧断(31～40饼)。
说明再次投运前电力变压器已有损坏。
再如山西太原供电局新店站SFSZ7-31500/1101号主变,因10kV系统故障导致直流消失,由手动操作跳闸,电力变压器受长时间短路作用损坏。
粗略统计结果表明,在遭受外部短路时,因不能及时跳闸而发生损坏的电力变压器约占短路损坏事故的30%,当然也包括其中有的电力变压器动稳定性并未过关,只是不易区分而已。
另外,运行中人为误操作形成短路,增加了短路事故的引发因素。