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
由表1不难看出,电力变压器短路强度不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105kA,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120000kVA/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。
由上可见,在电力变压器运行管理上有需要总结和改进之处。
由表1不难看出,电力变压器短路事故台次占同期事故台次的百分数是逐年增长的,特别是1995年竟达49%左右,这已达到不能容忍的地步了。之所以出现这一局面,除了上述原因之外,还与长期受试验条件所限,未能对110kV及以上电力变压器在投运前对其短路强度进行考核,以及近年来城网改造对110kV电力变压器需要量剧增,制造厂忽视了产品质量等情况有关。正因为这样,一些制造厂的产品遇上一次外部短路即发生损坏事故。事故后有些制造厂在结构上未做任何改进又投产了而有些制造厂虽然对结构做了一些改进,但因试验条件有限或耗资巨大,也无法来验证各项改进措施的有效性,其电力变压器短路事故仍然未见明显减少。为此,要求变压器制造厂在目前国内已具备短路试验能力的情况下,应选取有一定代表性的产品进行短路试验,以实际来考核典型产品承受短路的能力,同时验证短路力的计算公式和各项工艺措施的有效性,最终达到提高产品的抗短路能力的目的。
4.2 所统计的短路事故中110kV电力变压器居多表2列出了近五年因短路而造成不同电压等级电力变压器损坏事故的情况。
b.从设计上要尽量达到安匝平衡,工艺上要严格控制绕组抗短路能力。
c.提高绕组轴向强度的措施:采用恒压干燥,垫块预密化,改进铁轭夹件结构,采用加强的整圆形压板取代半圆形压板,必要时采用钢压板以提高压板的强度和刚度。
f.对生产量大的电力变压器产品,其抗短路应通过试验考核,以验证强度计算的正确性。
各厂可结合自身条件研究新的结构加强方案。在短路试验样机上得到验证的各种结构加强措施,应在相同或相烊似的产品上加以实施。
(4)运行部门也应采取措施,降低出口和近区短路故障几率,如:提高继电保护和直流电源的可靠性,要选用可靠性高的低压设备,加强对低压母线及其所有连接设备的维护管理,防止小动物短路和其它意外短路,防止误操作和开关拒动或非同期合闸,选用全工况开关装置,防止配电室“火烧连营”。对6～10kV电缆出线或短架空出线尽量不用重合闸,以避免事故扩大。
(5)电力变压器绕组变形测量正在各地积极开展。经测量发现有问题的电力变压器应通过吊检和其它试验进行综合判断,注意跟踪检查和修理,防止变形的积累演变成绝缘事故。避免电力变压器在经历出口短路后未经任何试验和检查就试投。
(6)鉴于近期已有一些厂家准备做电力变压器的短路试验,建议有关部门结合系统实际运行工况,参照IEC标准,制定适合我国国情的“电力变压器短路试验导则”(包括短路时间电流倍数、判断标准等具体规定)。