110伏變壓器短路分bookmark0 2002年1丨0千伏及以上級(jí)變壓器短路事故臺(tái)次統(tǒng)計(jì)由于110千伏級(jí)變壓器短路損傷故率的非正常攀升，如何提高110千伏變壓器的抗短路能力，減少運(yùn)行中短路損傷概率已越來(lái)越引起供用電單位和設(shè)備制造企業(yè)的重視。國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)運(yùn)行部統(tǒng)計(jì)的1991年~2002年變壓器短路損壞事故的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1.年以后，短路損壞的變壓器占事故總臺(tái)次比率有明顯的上升。在1994年至1999年度，短路損壞臺(tái)次占總事故臺(tái)次比率在35%以上。1995年至1996年度甚至達(dá)到了50%左右。大型變壓器短路損傷事故居高不下的問(wèn)銓，已到了非解決不可的程度。

　　一、110千伏級(jí)變壓器事故損傷率大幅上升的原因從大童公布的技術(shù)分析，110千伏變壓器短路損傷率大幅攀升的原因，主要是因?yàn)橹圃鞆S在80年代未至90年代初進(jìn)行的低損耗“8型”產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)產(chǎn)品的抗短路強(qiáng)度未引起足夠的重視，以至在此期間生產(chǎn)的大置產(chǎn)品存在強(qiáng)度不足的先天性缺陷。同時(shí)，和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步的電力網(wǎng)系統(tǒng)容童的上升，導(dǎo)致系統(tǒng)短路阻抗的大幅下降。一旦線路發(fā)生短路事故，短路電流可能會(huì)比原來(lái)的運(yùn)行情況下大10%~20%左右，由此導(dǎo)致的變壓器短路率要大20%-40%之間。因此，可能同樣的一臺(tái)變壓器，在原來(lái)的系統(tǒng)容置較小的電網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)，因短路電流較小，可以承受短路沖擊而不發(fā)生事故；而當(dāng)電網(wǎng)容置大幅提升后，有可能承受不了這時(shí)的短路沖擊而發(fā)生損傷。在這兩個(gè)原因中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足是主因，電力網(wǎng)系統(tǒng)容*的上升是誘因。

　　結(jié)合90年代中后期發(fā)生的大量110千伏短路損傷事故圖片，原“8型”

　　低損耗產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要不足如下：在80年代早期或更早的國(guó)產(chǎn)110千伏產(chǎn)品中，110千伏變壓器大多采用了開(kāi)口鋼壓板的結(jié)構(gòu)。雖然鋼壓板的采用會(huì)引起變壓器負(fù)耗損耗的顯著上升，同時(shí)也可能會(huì)帶來(lái)局部高漏磁區(qū)的過(guò)熱問(wèn)題，但毫無(wú)疑問(wèn)，這種鋼壓板結(jié)構(gòu)的采用對(duì)變壓器軸向支持強(qiáng)度是一個(gè)有力的保證。

　　在“8型”低損耗產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，大量的企業(yè)采用了等厚度的國(guó)產(chǎn)層壓木開(kāi)口環(huán)代替原鋼壓板，事實(shí)證明，這種改變直接導(dǎo)致了上部機(jī)械強(qiáng)度的不足，是引起90年代后1丨0千伏級(jí)變壓器短路損傷事故的一大原因。

　　在線圈的卷制工藝上，“8型”設(shè)計(jì)調(diào)整前后并無(wú)大的區(qū)別。但在“8型”設(shè)計(jì)之前，大部分的變壓器線圈是采用浸漆工藝的，而“8型”設(shè)計(jì)以后的產(chǎn)品大多取消了浸漆工藝，同時(shí)自1996年開(kāi)始不斷有用戶提出的110千伏級(jí)變壓器局放水平也不允許對(duì)110千伏級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行浸漆處理，因?yàn)榻崽幚砗髮?duì)產(chǎn)品絕緣有明顯影響。

　　但浸漆處理對(duì)提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度卻是一個(gè)有力的措施。眾所周知，為保證線匝之間的絕緣強(qiáng)度，線圈繞制用導(dǎo)線必須包繞不同厚度的絕緣紙作為咀絕緣材料。對(duì)1丨0千伏級(jí)高壓線圈一般采用的匝絕緣厚度為1.35毫米，在線餅的整個(gè)幅向尺寸中，這個(gè)匝絕緣厚度要占相當(dāng)?shù)谋壤Ｈ鐚?duì)單根紙包銅線，匝絕緣大概要占40%左右，對(duì)雙根組合導(dǎo)線，由于組合導(dǎo)線單元線間匝絕緣較小，所以這時(shí)候匣絕緣大概占線餅幅向的30%.在線圈繞制時(shí)表觀看上去線圈是繞緊的，但線圈烘燥后絕緣物會(huì)發(fā)生收縮，收縮產(chǎn)生的后果就是線匝之間的狀態(tài)松了。

　　如果這種烘燥后相對(duì)較松的線圈投人運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)品的安全將帶來(lái)隱患。線圈的浸漆工藝是對(duì)經(jīng)烘燥收縮后的線圈進(jìn)行浸漆，從而彌補(bǔ)前面烘燥中產(chǎn)生的線餅松動(dòng)現(xiàn)象，有效地提高了線圈本身的強(qiáng)度。

　　在90年代中前期生產(chǎn)的110千伏變壓器大多采用兩個(gè)導(dǎo)電回路的中部進(jìn)線結(jié)構(gòu)，這樣就造成設(shè)計(jì)時(shí)單個(gè)回路的導(dǎo)電材料截面偏小，不能采用組合式導(dǎo)線，因此線餅輻向尺寸中匣絕緣占的比例很大，烘燥后收縮大，又沒(méi)有原來(lái)的浸漆工藝來(lái)彌補(bǔ)，因此線圈的卷制狀態(tài)實(shí)際上相對(duì)是比較松的，自然影響到產(chǎn)品的強(qiáng)度。

　　3、線餅軸向支堵墊塊處理工藝不到位和線餅幅向中匣絕緣要占一定比例這個(gè)情況類似，為保證線餅與線餅之間的絕緣和線餅本身的散熱，每個(gè)線餅之間都有一圈用絕緣紙板做的油道，這樣在整個(gè)軸向高度上，絕緣材料也要占一定的比例，對(duì)一般的110千伏產(chǎn)品，這個(gè)比例大概也要在30% ~40%之間。雖然軸向高度在線圈烘燥后可以通過(guò)加添墊塊的方法進(jìn)行調(diào)整，但如果墊塊處理不到位或者線圈預(yù)烘工藝控制不當(dāng)，有可能產(chǎn)生待套裝線圈高度上有一個(gè)“虛高”，這個(gè)“虛高”是指線圈在器身處理和浸油后會(huì)進(jìn)一步的收縮，如果線圈的“虛高”是大體相等的，則在變壓器出烘或二次吊罩緊固時(shí)仍可通過(guò)控制上部壓緊力的方法將每個(gè)線圈都?jí)壕o。但事實(shí)上，如果對(duì)線圈預(yù)烘工藝沒(méi)有足夠的重視，極可能產(chǎn)生每個(gè)線圈的“虛篼”

　　不一樣這種情況，這時(shí)候?qū)?dǎo)致鐵芯柱上套的幾個(gè)同心線圈壓緊后松緊不一，有的線圈是緊的，有的線圈是松的，這時(shí)勢(shì)必影響線圈的軸向強(qiáng)度。

　　在線圈浸漆工藝采用的時(shí)候，由于絕緣紙和墊塊中漆液的浸人將對(duì)線圈的前道處理中的不一致有一個(gè)彌補(bǔ)過(guò)程，因此這時(shí)候軸向上線圈的“虛高”不一致問(wèn)題不是太明顯。但如果取消浸漆工藝，對(duì)墊塊的處理和對(duì)線圈的處理控制有必要作相應(yīng)的調(diào)整。

　　4、內(nèi)線圈的內(nèi)後支撐較薄弱傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中鐵心和內(nèi)線圈之間的支撐并不是很理想，多采用多層可調(diào)整的圍屏結(jié)構(gòu)，這些圍屏一般是由8=1.5~2毫米的紙板制成，層與層之間沒(méi)有粘結(jié)，線圈在受到短路的內(nèi)擠力時(shí)，各個(gè)支撐撐條松緊狀態(tài)并不很一致，有的撐條處可能緊一點(diǎn)，有的撐條處可能很松。因此對(duì)比較松的地方，實(shí)際上內(nèi)部支撐是虛的，線圈內(nèi)擠時(shí)這些地方可能會(huì)首先變形，而一旦線圈發(fā)生一個(gè)初始的變形，將導(dǎo)致正反饋式的變形量擴(kuò)增，從而導(dǎo)致線圈的徹底扭擠破壞。

　　如果線圈是按傳統(tǒng)工藝浸漆處理的，這種初始的變形相對(duì)而言比較難以發(fā)生，因?yàn)榫€圈的線匝之間可能將力量互相傳遞，而一旦線圈不采用浸漆工藝，線匝卷緊程度相對(duì)較松，線匝之間力的傳遞要差，局部的初始變形相對(duì)要容易些，這時(shí)候線圈產(chǎn)生機(jī)械破壞的概率就大。

　　二、提離110千伏級(jí)變壓器抗短路能力的措施90年代后期暴露出來(lái)的110千伏級(jí)變壓器抗短路能力不足的原因，就可以有針對(duì)性地逐項(xiàng)整改。但變壓器制造技術(shù)的發(fā)展已不可能再倒退至鋼壓板加線圈浸漆的年代。因此，提高1丨千伏變壓器的抗短路能力，應(yīng)該吸收原“8型”低損耗變壓器設(shè)計(jì)中絕緣壓板和不浸漆的做法。雖然絕緣壓板和不浸漆這兩項(xiàng)改動(dòng)是造成前期110千伏變壓器抗短路能力不足的主因，但真正使這么多變壓器出問(wèn)題的原因，也不能簡(jiǎn)單的歸咎于這兩項(xiàng)改動(dòng)。因?yàn)檫@兩項(xiàng)改動(dòng)也是在引進(jìn)吸收國(guó)際變壓器制造先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上采用的，從發(fā)展的角度看，這兩個(gè)改動(dòng)是潮流所趨，是方向。

　　那么怎么解釋在采用這兩項(xiàng)技術(shù)后110千伏變壓器短路損傷的事故率明顯上升了呢，這里面主要的問(wèn)題是沒(méi)有在采用這兩項(xiàng)技術(shù)時(shí)進(jìn)行通盤考慮，沒(méi)有在采用這兩項(xiàng)技術(shù)后對(duì)由此可能帶來(lái)的影響作充分的論證，因此也沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的針對(duì)性調(diào)整。這才是造成90年代中后期大量110千伏變壓器事故損傷的比較大原因。

　　基于以上認(rèn)識(shí)，并吸收事故產(chǎn)品的教訓(xùn)，一些企業(yè)在制作110千伏產(chǎn)品時(shí)對(duì)以上各薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，并對(duì)不同容量段產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。多年的生產(chǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在充分考慮到絕緣壓板和不浸漆工藝的相關(guān)影響，并進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)和工藝調(diào)整后，生產(chǎn)的〗0千伏產(chǎn)品抗短路能力是可靠的，沿用“8型”設(shè)計(jì)的絕緣壓板結(jié)構(gòu)和不浸漆工藝是完全可能的。下面主要介紹在110千伏變壓器生產(chǎn)中提高產(chǎn)品抗短路能力的一些具體措施：1、改康來(lái)的分瓣壓板結(jié)構(gòu)為整固壓板結(jié)構(gòu)，并對(duì)鐵窗外線圈部分增加半固副壓板，解決端部壓板a度不足的脎患改進(jìn)后線圈整圓壓板厚度為40~60毫米不等（視變壓器容量和結(jié)構(gòu)定）。半圓副壓板厚度和主壓板尺寸相同，整體厚度達(dá)80-120毫米。按此方案調(diào)整后變壓器制作成本無(wú)明顯增加（多了三相半圓副壓板材料），變壓器的外限尺寸也無(wú)放大，但上部壓板強(qiáng)度不足的隱患得以徹底解決。

　　部進(jìn)線，使導(dǎo)電回珞截面翻倍，從而為組合導(dǎo)線的使用創(chuàng)造了條件前面已經(jīng)進(jìn)行過(guò)估算，組合導(dǎo)線的應(yīng)用可以大幅度地減少線餅幅向尺寸中絕緣材料的比例。減少線圈烘燥后的收縮量，保證線圈的緊實(shí)度。同時(shí)，組合導(dǎo)線的使用必然導(dǎo)致單個(gè)線餅線匝數(shù)的減少，而在線圈的卷制中可以發(fā)現(xiàn)，這種線餅匝數(shù)的減少為繞制時(shí)反餅的收緊創(chuàng)造了條件。因此，采用組合導(dǎo)線、端部進(jìn)線結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，線圈緊實(shí)度有明顯的提高。

　　規(guī)，使各線圈高度方向絕緣占比大致相同前面已經(jīng)提到，線圈烘燥、浸油后絕緣物會(huì)發(fā)生收縮，如果各個(gè)線圈的高度方向絕緣尺寸比率差距較大，則線圈烘燥、浸油后凈收縮量將有明顯差別；調(diào)整高度方向絕緣物占比，實(shí)際上就可以控制經(jīng)工藝處理后各線圈的“虛高”大致接近。

　　努力減少線圈“虛高”總量不浸漆工藝采用后對(duì)軸向穩(wěn)定處理的影響是顯而易見(jiàn)的，定量的數(shù)據(jù)在各個(gè)制造廠都可以得到。要減少不浸漆后線圈收縮量過(guò)大的問(wèn)題，就必須嚴(yán)格按工藝要求對(duì)線圈的餅間墊塊進(jìn)行密化處理，并對(duì)組套前線圈進(jìn)行二次烘燥、調(diào)整和穩(wěn)定。在紙板的密化工序中，采用瑞士魏德曼公司推薦的100公斤/平方厘米滾壓工藝，紙板經(jīng)滾壓后厚度方向尺寸約收縮9%.線圈的組套前烘壓是一個(gè)更繁雜的工作，其目的是確保紙板、匝絕緣材料烘燥收縮到位，調(diào)整各線圈高度方向一致。

　　從線圈本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，認(rèn)為線餅間上下“S”彎換位處是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，在線圈長(zhǎng)期的運(yùn)行振動(dòng)中，這種“S”彎過(guò)渡處的絕緣極可能破損，從而引起絕緣事故。在系統(tǒng)短路、線圈軸、輻向受力時(shí)，該處受力更為明顯。

　　對(duì)這一局部的加強(qiáng)方式是：在設(shè)計(jì)時(shí)要確保“S”彎導(dǎo)線為平拉換位，避免上下高差形成的剪刀口加劇對(duì)線匝的絕緣損壞；制作時(shí)在“S”彎儻線餅處加墊0.5毫米保護(hù)紙板1張，加強(qiáng)“S”彎過(guò)渡處線匝絕緣。在“S”彎上加包耐熱等級(jí)為F級(jí)的丹尼松紙半疊2層，由于丹尼松皺紙的耐溫等級(jí)遠(yuǎn)大于普通A級(jí)絕緣材料，因而可確保“S”彎匝絕緣不會(huì)發(fā)生受熱老化后在機(jī)械沖擊下斷裂。

　　6、注意短路大電流引起的《磁對(duì)并統(tǒng)線絕緣的影響在短路的大電流作用下，除線圈軸、輻向、線匝間可能產(chǎn)生機(jī)械損傷處，大電流導(dǎo)致的強(qiáng)磁場(chǎng)也可能導(dǎo)致并繞導(dǎo)線間漏磁壓差的增大。對(duì)組合導(dǎo)線繞制的110千伏線圈，這個(gè)漏磁壓差值可能高達(dá)1000伏左右。雖然這種高電壓的存在僅維持幾個(gè)周波的時(shí)間，但對(duì)于組合導(dǎo)線中兩個(gè)并繞單元線間并不太厚的絕緣來(lái)講，還是一種比較嚴(yán)厲的考核。為減少這種漏磁壓差的影響，對(duì)組合導(dǎo)線繞制的110千伏線圈可采用三次換位的方案，這種換位方式可以使換位導(dǎo)線并繞單元線間的漏磁壓差降為普通單次換位的1/3，漏磁壓差有效值在400伏以內(nèi)，確保了線圈短路時(shí)內(nèi)部并繞單元之間的絕緣安全。

　　引線的夾持是一個(gè)可能被忽略的問(wèn)銓，但系統(tǒng)中因?yàn)橐€夾持強(qiáng)度不足而導(dǎo)致的事故損壞并不少見(jiàn)。在大容量配電變壓器的短路試驗(yàn)中，引線夾持力的不足導(dǎo)致的變壓器試驗(yàn)失敗甚至占50%以上。大容量配電變壓器上的一些經(jīng)驗(yàn)可以反過(guò)來(lái)用在丨丨千伏變壓器上。經(jīng)驗(yàn)表明，典型的三相引線夾持系統(tǒng)中通流銅排間的受力和裕度系數(shù)取用是完全可行的，但問(wèn)題是制造廠能否保證具體的夾持結(jié)構(gòu)和材料的可靠。在早期產(chǎn)品中，制造單位多采用機(jī)械性能較差、并且分散性也較大的色木做導(dǎo)線夾持構(gòu)件，問(wèn)題很多。為保證引線夾持構(gòu)架的牢固、可靠，已全部采用電工層壓木或電工層壓紙板代替色木。另外，緊固件的選用上亦存在同樣的問(wèn)題。目前很多企業(yè)選用的是高強(qiáng)度尼龍蜾栓，雙并帽結(jié)構(gòu)。

　　在短路電流的電動(dòng)力作用下，變壓器內(nèi)部將產(chǎn)生和電源頻率對(duì)應(yīng)的（2FN）交變應(yīng)力和震動(dòng)。變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除要對(duì)一些主結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度仔細(xì)校核外，也應(yīng)對(duì)一些可能產(chǎn)生問(wèn)題的細(xì)節(jié)進(jìn)行考慮。統(tǒng)計(jì)表明：變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行后或受短路沖擊后鐵芯下軛片的墜落是一個(gè)需要引起重視的問(wèn)題。傳統(tǒng)的階梯木墊塊對(duì)下軛片的支撐是間隔的，并不是逐檔支撐，原因是如果階梯級(jí)很多，木墊塊的加工精度就要極難保證，因此支撐鐵芯就存在墜落的可能。此鐵芯墜落缺陷雖不致引起線圈燒毀，變壓器跳閘等惡性事故，但完全可能引起鐵芯的多點(diǎn)接地，運(yùn)行噪聲異常等缺陷。為解決這一問(wèn)題，對(duì)下軛鐵芯的支撐件采用環(huán)氧膩?zhàn)犹畛浣Y(jié)構(gòu)可以確保鐵軛各檔可靠支撐，徹底解決了器身振動(dòng)時(shí)下軛芯片墜落的隱患。

　　截止2003年年底，從國(guó)家電力公司和中國(guó)電力科學(xué)院的綜合統(tǒng)計(jì)看，全力采用以上技術(shù)，并依靠強(qiáng)有力的工藝來(lái)保證以上措施實(shí)現(xiàn)的企業(yè)，其生產(chǎn)的產(chǎn)品出現(xiàn)因抗短路能力不足而損壞的愈來(lái)愈少，有些控制得力的甚至無(wú)因此原因而出現(xiàn)的損壞。