莱钢科技 ２００８年ｌ０月 冶金行业电力变压器内部线圈短路故障分析 王学德 崔久波 刘培恩 （动力部） 摘施。 要：主要分析了冶金企业用电力变压器常见故障即短路故障的原因，提出了使用及设计改进措 线圈短路故障 关键词：电力变压器ｎ—Ｕ 刖▲‘＿＿旨 Ｊ— 力可使线段和线匝在竖直方向弯曲，压缩线段问的 随着冶金行业规模的扩大，所需电力变压器单 台容量也不断提高，一旦变压器发生故障，将给企 业带来重大损失。据统计，近年来变压器突发短路 垫块，并部分地传递到铁轭。 １．１．２变压器线圈所受电磁力情况． 变压器二次侧短路时，短路电流Ｉｋ的计算公 式比较复杂，可以简单的用标幺值表示为： ，×ｋ＝Ｋｙ／Ｚ×ｋ 故障已占全部变压器事故的４０％以上，本文结合 冶炼行业的特点对电力变压器线圈常见短路故障原 因进行分析探讨。 式中： 是短路电流最大值与稳态短路电流 １变压器故障分析 １．１ 冯家庄变电站电力变压器线圈短路事故经过 ２００８年５月份莱钢集团冯家庄站１１０ ｋＶ ８００００ 最大值的比值，变压器的容量越大， 越大，对 于大中型变压器其值在１．４～１．６之间。 Ｚ×ｋ为短路阻抗，其设计值一般考虑在０．０５ 左右。 当变压器在额定负载下运行时，作用在线圈二 的电磁力很小，但在短路时，由上式可算知，，×ｋ ＝ｋＶＡ变压器跳闸，重瓦斯保护动作。对相关设备 检查结果发现，出线电缆绝缘击穿，ＢＣ相短路。 （１．４～１．６）／０．０５＝２８～３２。最大短路电流可 主变瓦斯继电器内有气体。主变返厂解体检查情 况：ｃ相低压绕组严重变形，夹件、压板被冲断散 落、ｃ相高压绕组因ｃ相低压线圈变形，致使高压 线圈受挤压造成匝间绝缘损坏，形成匝间短路。 １．１．１变压器线圈工艺构造 达额定电流的３０倍左右，由于短路产生的电磁力 与电流的平方成正比，所以短路时线圈所受的电磁 力将为额定时的几百倍，可能使变压器的线圈变 形。 １．２ 电力变压器短路故障分析 变压器线圈是由绝缘垫块隔开的纸包铜线段所 构成的。这种系统的动特性在发生突发短路时是变 化的，由于绝缘垫块的弹性与其压紧程度有关，即 与作用力有关。而电动力是按复杂的规律变化的， 变压器在运行过程中发生外部突发短路故障 时，每个线圈都将受到强大的径向力和轴向力的作 用，而上述主变低压绕组在短路电流作用下，强大 的径向力和轴向力的作用导致低压线圈的严重变 形。一般而言，变压器绕组初始故障的表现形式大 多表现为内绕组出现变形，发生鼓包、扭曲、移位 等不可恢复的变形现象，其发展的典型形式是绝缘 破坏，随后发生受挤压的线圈匝问短路、饼问击 穿、主绝缘段放电或完全击穿。此外，变压器受到 作用在变压器线圈上的电动力可分为轴向力和径向 力两种。径向力的作用方向取决于线圈相互位置及 其电流的方向，为提高内部线圈对径向力的刚度， 通常是将线圈绕制在由绝缘筒支撑的撑条上，此时 该线圈不但要受到压缩应力的作用，还会受到撑条 所产生的弯曲应力的作用；变压器线圈受到的轴向 作者简介：王学德（１９６１一），男，１９８２年７月毕业于山东工业学 短路电流冲击次数越多，承受最大短路峰值电流的 概率也越高，越有可能导致线圈变形。运行经验表 明，运行变压器一旦发生绕组变形，将导致累积变 形效应，出现恶性循环。变压器冈短路电流的作用 ３１ 院电气自动化专业。现任动力部部长，高级工程师。 王学德，等：冶金行业电力变压器内部线圈短路故障分析 第５期（总第１３７期） 发生严重损坏，给电网系统的安全运行构成了严重 的威胁，也给企业带来了不可估量的损失。从本次 事故中得出，必须在多方面采取有效措施，以减少 管理工作，以保证变压器处于良好的运行状况，并 采取相应措施，降低出口和近区短路故障的几率。 各种损失。 为尽量避免系统的短路故障，对于已投运的变压 器，首先配备可靠的供保护系统使用的直流系统， 以保证保护动作的正确性；其次，应尽量对因短路 跳闸的变压器进行试验检查，可用频率响应法测试 技术测量变压器受到短路跳闸冲击后的状况，这样 ２ 防止电力变压器线圈短路故障措施 ２．１ 重视线圈制造的轴向压紧工艺 制造厂家在设计时，除要考虑变压器降低损 就可有效地避免重大事故的发生。 耗，提高绝缘水平外，还要考虑到冶金企业的特 ２．３绕组变形试验 点，冶金企业用电力变压器负载不稳定，冲击负 它是通过各线圈在高频下的响应特性来判断其 荷，外部短路导致变压器线圈受到较大的电磁力作 结构和周围状况是否发生明显变化的新型试验项 用。因此在产品设计时，应考虑提高变压器的机械 目。由于有些变压器线圈变形不易被发现或难以吊 强度和抗短路故障能力。在制造工艺方面，由于很 芯检查，不知线圈内部状况，不能决定变压器是否 多变压器都采用了绝缘压板，且高低压线圈共用一 可以继续使用，这时可以根据绕组变形试验结果正 个压板，这种结构要求要有很高的制造工艺水平， 常与否来决定。在大短路容量的电网中，近年变压 应对垫块进行密化处理，在线圈加工好后还要对单 器发生出口短路事故比率较高，而绕组变形是其中 个线圈进行恒压干燥，并测量出线圈压缩后的高 常见的严重缺陷，所以该项目是现场决定变压器是 度；同一压板的各个线圈经过上述工艺处理后，再 否投运的主要依据，有其它试验项目不可替代的作 调整到同一高度，并在总装时用油压装置对线圈施 用。 加规定的压力，最终达到设计和工艺要求的高度。 在总装配中，除了要注意高压线圈的压紧情况外， ３ 结语 还要特别注意低压线圈压紧隋况的控制。由于径向 变压器能否承受各种短路电流主要取决于变压 力的作用，往往使内线圈向铁心方向挤压，故应加 器结构设计和制造工艺，且与运行管理、运行条件 强内线圈与铁心柱间的支撑，可通过增加撑条数目 及施工工艺水平等方面有很大的关系，变压器短路 并采取厚一些的纸筒作线圈骨架等措施来提高线圈 事故对电网系统的运行危害极大，为避免事故的发 的径向动稳定性能。 生，应从多方面采取有效的控制措施，以保证变压 ２．２使用可靠的短路保护系统 器及电网系统的安全稳定运行。＼ 运行维护人员应加强变压器的检查和维护保修 特邀编辑：魏克才 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｈｏｒｔｓ ｏｆ Ｃｏｉｌｓ Ｉｎｓｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ ｉｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｗａｎｇ Ｘｕｅｄｅ Ｃｕｉ Ｊｉｕｂｏ Ｌｉｕ Ｐｅｉ￣ｎ （Ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｐｔ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｃｏｍｍｏｎ ｔｒｏｕｂｌｅｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ｎａｍｅｌｙ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔｓ，ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｔｈ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｕｓｅｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃｏｉｌ；ｓｈｏｒｔｓ 型钢厂品种开发工作成果显著 作。２００８年１～８月份，型钢厂大、中、小三条生 产线共完成了２０个新产品的开发，其中大型线开 型钢厂中型线欧标产品ＨＥ２２０开发获得成功， 发了ＨＥ３４０、ＨＥ３６０、ＩＰＥ４５０等１３个规格，中型 从而进一步拓宽了莱钢的型钢规格覆盖面，提升了 线开发了ＨＥ２００、ＨＥ１６０、２２ 门架槽钢、ＨＥ２２０ ４ 市场竞争力。 个规格，小型线开发了ＩＰＥ２００、ＩＰＥ１８０和ＨＥ１００ 为“打造世界Ｈ型钢第一品牌”，型钢厂一直 ３个规格，品种开发工作成果显著。 发挥一切技术力量致力于“双高”产品的研发工 （蒲红兵宋恒俊） ３２